電網(wǎng)內(nèi)電壓暫降與短時間中斷

1、2022-7-31電網(wǎng)內(nèi)電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷 5.1 概述電壓暫降與短時間中斷通常是相關(guān)聯(lián)的電能質(zhì)量問題。電壓暫降：指供電電壓均方根值在短時間突然下降的事件，其典型持續(xù)時間為0.5-30周波。幅度：90%-1% （IEC）90%-10%（IEEE）電壓暫降的描述：暫降幅值：暫降時的電壓均方根值與額定電壓均方根值的比值。持續(xù)時間：從暫降發(fā)生到結(jié)束之間的時間。相位跳變：電壓相位的突然變化。暫降頻次電壓中斷：電壓均方根值降低到接近于零時，稱為中斷（短時、長時）幅度：1% （IEC）10%（IEEE）2022-7-325電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷隨著用電設(shè)備的技術(shù)更新

2、，敏感性設(shè)備的大量使用，對供電系統(tǒng)系統(tǒng)的電壓質(zhì)量提出了更高的要求。同時由于電壓暫降的隨機(jī)性。電壓暫降與中斷已上升為最重要的電能質(zhì)量問題（國外占80%） 圖為某一實測電壓暫降的概率分布情況，多數(shù)電壓暫降的幅值為額定電壓的9070。本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容： 電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷的起因、預(yù)估、臨界距離、的起因、預(yù)估、臨界距離、凹陷域、不平衡凹陷域、不平衡暫降暫降及檢測方法。及檢測方法。2022-7-335電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷5.2電壓暫降與中斷的起因主要原因：1.雷擊：造成的絕緣子閃絡(luò)或?qū)Φ胤烹姇贡Ｗo(hù)裝置動作，從而導(dǎo)致供電電壓暫降，這種暫降持續(xù)時間長，影

3、響范圍大；2.電機(jī)全電壓啟動：需要從電源汲取很大的啟動電流，這一大電流流過系統(tǒng)阻抗時，將會引起電壓的突然下降。暫降持續(xù)時間較長，但程度小；（黑啟動）3.短路故障：可能會引起系統(tǒng)遠(yuǎn)端供電電壓較為嚴(yán)重的跌落，可能引起中斷；4.保護(hù)裝置切除故障、誤動以及運(yùn)行人員誤操作：可引起供電中斷。具有故障自動恢復(fù)裝置(重合閘等)的斷電為短時間中斷，而需要手動才能恢復(fù)的斷電則為長時間中斷。 2022-7-345電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷例： 故障發(fā)生后，故障線路1上的用戶將承受一次電壓暫降(實線)，并將承受隨之而來的由于斷路器切除故障所引起的電壓中斷的影響。 非故障線路2上的用戶將僅承受一次電壓暫降

4、(虛線) 按上述方式配合時，將會對不同的用戶帶來不同的影響。一般暫態(tài)性質(zhì)的故障經(jīng)過一次重合可清除，但故障線路要經(jīng)過一次或多次電壓暫降或中斷。2022-7-355電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷非故障線2和故障線路1上的實測電壓波形(單相、兩相和三相電壓暫降占全部電壓暫降的比例約為66、17和17)2022-7-365電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷5.3短時間電壓中斷的監(jiān)測與隨機(jī)預(yù)估一、短時間中斷：由于故障或檢修而斷開，在短的時間內(nèi)重新供電的電壓中斷現(xiàn)象。短時電壓中斷發(fā)生的頻率較高。中斷類型中斷類型 短時間電壓中斷短時間電壓中斷 長時間電壓中斷長時間電壓中斷 起因起因 1.瞬時

5、性故障清除前，故障相線路經(jīng)歷短時間中斷2.保護(hù)誤動時，非故障相也會經(jīng)歷短時間電壓中斷3.運(yùn)行人員誤操作 1.永久性故障2.瞬時性故障時，重合閘拒動3.線路故障檢修 故障恢復(fù)方法故障恢復(fù)方法 自動恢復(fù) 手動恢復(fù) 具體措施具體措施 1.重合斷路器，主要用于架空配電線2.自動切換至正常供電母線，多用于工業(yè)用電系統(tǒng) 手動恢復(fù)至正常供電母線 2022-7-375電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷二、短時間中斷的監(jiān)測目的：了解某一地區(qū)電壓短時中斷的概率分布，為改善電能質(zhì)量提供數(shù)據(jù)。描述方式：中斷頻次/年(月)持續(xù)時間2022-7-385電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷中斷平均次數(shù) 在監(jiān)測期間

6、Ti內(nèi)，由監(jiān)測裝置i觀察到的在r范圍內(nèi) 的事件次數(shù)； 事件發(fā)生平均值。持續(xù)時間概率密度f(r)函數(shù)和概率分布函數(shù)F(r) kiikirirTNN11)()( )riN( )rN)()()()(krrNNrftrtftF)()()(2022-7-395電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷某一典型的短時間電壓中斷統(tǒng)計結(jié)果實例注意:短時間電壓中斷次數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果隨監(jiān)測點(diǎn)位置的不同而不同。越靠近負(fù)荷側(cè)，短時間中斷的次數(shù)越多。2022-7-3105電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷三、電壓中斷次數(shù)的隨機(jī)預(yù)估對重要的輸配電線路的電壓中斷可能發(fā)生的次數(shù)進(jìn)行估計是必要的。估計的前提條件：1. 重合閘裝

7、置和熔斷器的安裝位置（時間配合、保護(hù)整定）2. 重合閘裝置多次重合每次的成功率3. 線路長度及各線路的故障率。2022-7-3115電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷例：例：主饋線故障率： 0.1次(年km)分支線路故障率：0.25次(年km)第一次重合成功率:75，第二次重合成功率:10，重合閘過程1.發(fā)生故障，斷路器瞬時斷開；2.斷路器1s后重合；3.故障仍然存在，過電流使斷路器再次瞬時斷開；4.斷路器5s后重合，閉合約1s時間，故障仍然存在，保持閉合到分支線路熔斷器動作；5.熔斷器熔斷后，若故障仍然沒有消失，斷路器第三次斷開，并保持?jǐn)嗦窢顟B(tài)（長時間斷電） ；2022-7-3125電

8、壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷有重合閘動作和無重合閘動作條件下，長時間電壓中斷和短時間電壓中斷次數(shù)的比較可見：設(shè)置重合閘與否要視用戶對中斷次數(shù)的要求而定 類型類型位置位置 長時間電壓中斷次數(shù)（次長時間電壓中斷次數(shù)（次/年）年） 所有電壓中斷次數(shù)（次所有電壓中斷次數(shù)（次/年）年） 有重合閘有重合閘 無重合閘無重合閘 有重合閘有重合閘 無重合閘無重合閘 主饋線 0.21.16.61.1分支A 0.53.16.63.1分支B 0.32.16.62.1分支C 0.42.96.62.9分支D 0.51.96.61.92022-7-3135電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷5.4電壓暫降對敏

9、感用電設(shè)備的影響 電壓暫降和中斷是影響大工商業(yè)用戶的最主要的電能質(zhì)量問題。由前面的討論可知，當(dāng)保護(hù)裝置動作時該供電線路上將出現(xiàn)電壓中斷，而相鄰線路上都將發(fā)生不同程度的電壓暫降。因此電壓暫降遠(yuǎn)比電壓中斷發(fā)生的次數(shù)多。所以從總體上來看，暫降所帶來的損失是巨大的。暫降10%，持續(xù)時間大于0.1s的短時電壓暫降就可使計算機(jī)系統(tǒng)紊亂。據(jù)IBM統(tǒng)計表明，48.5的計算機(jī)數(shù)據(jù)丟失是由電壓不合格造成的。一、CBEMA曲線與ITIC曲線隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，敏感設(shè)備的增加。20世紀(jì)80年代，美國計算機(jī)商業(yè)設(shè)備制造者協(xié)會（Computer Business Equipment Manufacturing Assoc

10、iationCBEMA,現(xiàn)已改稱Information Technology Industry CouncilITIC信息技術(shù)工業(yè)協(xié)會）基于大型計算機(jī)對電能質(zhì)量的要求，提出了電壓允許的CBEMA曲線。2022-7-3145電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷CBEMA曲線后來修訂為折線形式的ITIC曲線ITIC：穩(wěn)壓容限：110%90% (CBEMA:106%87% 允許電壓中斷：=20ms 8.33ms)2022-7-3155電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷二、計算機(jī)與電子設(shè)備對電壓暫降的敏感度分析 計算機(jī)與其他電子設(shè)備的電源結(jié)構(gòu)極為相似，通常由一個二極管整流器和一個電壓調(diào)節(jié)器（

11、DC/DC換流器）組成，它們對電壓暫降的敏感程度也是相近的。2022-7-3165電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷設(shè)電容量為C，電壓暫降前與暫降期間直流側(cè)電壓值分別為Uo和U，直流側(cè)負(fù)荷功率為P可見：紋波 越小，性能越好。 220002200max200112221(1)21 4minCUCUPtPPUUtUtU CU CPTUUU CtUUT定義：2022-7-3175電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷三、典型設(shè)備受電壓暫降影響1.冷卻控制裝置：對生產(chǎn)電子器件的廠家來說，在發(fā)生電壓暫降的情況下，制冷用的大型電動機(jī)可能跳閘而停止工作；2.直流電機(jī)控制：在印刷與塑料生產(chǎn)中，發(fā)生電壓

12、暫降期間，直流驅(qū)動的控制器和卷繞機(jī)都可能斷電，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失；3. PLC:在工業(yè)生產(chǎn)中，PLC的某些部分對電壓暫降非常敏感。4.機(jī)械裝置：電壓的任何波動，特別是電壓暫降，都有可能引起自動裝置或復(fù)雜機(jī)械的不安全運(yùn)行；5.可調(diào)速裝置：電壓暫降可能引起可調(diào)速驅(qū)動裝置跳閘。 2022-7-3185電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷5.5電壓暫降幅值、臨界距離與凹陷域1.故障PCC電壓暫降對敏感設(shè)備造成影響2.給定敏感設(shè)備電壓暫降允許值何處故障引起PCC電壓暫降超過該值凹陷域一、輻射狀配電系統(tǒng)的電壓暫降幅值與臨界距離一、輻射狀配電系統(tǒng)的電壓暫降幅值與臨界距離ZF故障點(diǎn)與PCC點(diǎn)之間的線路阻抗

13、ZS PCC點(diǎn)與電源之間的系統(tǒng)阻抗令 (z為單位長度線路阻抗)，則 FsagFSZUZZFZzlsagSzlUzlZ2022-7-3195電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷臨界距離： 定義PCC電壓降低到等于臨界電壓U時，故障點(diǎn)與PCC之間的距離為臨界距離。（臨界距離外發(fā)生故障時對設(shè)備無影響）假設(shè)線路阻抗與系統(tǒng)阻抗的XR值相等，則上式可得臨界距離的計算公式為一般：1ScritZUlzU22111cos1sin111(1 cos )1 ScritSSSSZUlkzUZXUUUxtgtgzUURrZUUzU2022-7-3205電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷二、非輻射狀配電系統(tǒng)的電

14、壓暫降幅值二、非輻射狀配電系統(tǒng)的電壓暫降幅值與臨界距離（如：雙回線供電）與臨界距離（如：雙回線供電）假設(shè)Z1和Z2為兩條線路阻抗，Z0為系統(tǒng)阻抗，線路1在距電源p處發(fā)生故障，則負(fù)荷母線電壓暫降為212012121(1)()(1)sagpp ZUZZZpZ Zpp Z例5-2 如右圖可見：環(huán)網(wǎng)供電可使電壓中斷次數(shù)大大減少，但故障引起的電壓暫降一般較輻射狀配電系統(tǒng)故障引起的電壓暫降嚴(yán)重2022-7-3215電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷 三、凹陷域三、凹陷域 臨界距離，描述了當(dāng)PCC電壓降低到等于臨界電壓時，故障點(diǎn)與PCC之間的距離，即當(dāng)故障發(fā)生在PCC與臨界點(diǎn)之間時，PCC處的敏感性負(fù)

15、荷將受到嚴(yán)重影響。將系統(tǒng)中發(fā)生故障引起電壓暫降，使所關(guān)心的某一點(diǎn)敏感性負(fù)荷不能正常工作的故障點(diǎn)所在區(qū)域稱為凹陷域。 在凹陷域以內(nèi)發(fā)生的相關(guān)故障引起的電壓暫降，將使所關(guān)心的敏感性負(fù)荷不能正常工作； 在凹陷域外: 在未來的電力系統(tǒng)中，電壓凹陷域的分析在未來的電力系統(tǒng)中，電壓凹陷域的分析可能會像潮流計算和短路計算一樣，成為可能會像潮流計算和短路計算一樣，成為電力系統(tǒng)分析中不可缺少的一部分。電力系統(tǒng)分析中不可缺少的一部分。2022-7-3225電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷5.6三相不平衡電壓暫降圖5-16所示電壓暫降的電壓分配器模型，是針對三相故障而言的。 電力系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障時，將引起

16、不平衡電壓暫降。 分析方法：對稱分量法，通過三個序網(wǎng)絡(luò)分析。如圖所示為正序、負(fù)序和零序網(wǎng)路。2022-7-3235電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷一、單相故障一、單相故障 對于單相故障，三個序網(wǎng)應(yīng)在故障位置處串聯(lián)連接。以A相發(fā)生故障為例，圖給出了單相故障的等值電路圖。1、先在序網(wǎng)絡(luò)中求出U1、U2、U01220011201202212012000120120() ()() ()() ()FsFsFFFFssssFFFssssFFFsssZZZZZUZZZZZZZUZZZZZZZUZZZZZZ2022-7-3245電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷2、再由變換關(guān)系求出三相電壓122

17、2011111abcUUUUUU1201201202212012012021201201201()()()()()()sssaFFFssssssbFFFsssssscFFFsssZZZUZZZZZZZZZUZZZZZZZZZUZZZZZZ 2022-7-3255電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷兩非故障相間的電壓為兩非故障相間的電壓為 與非故障時相比，該電壓的變化量僅由正序和負(fù)序系統(tǒng)阻抗的差值決定。一般情況下，考慮正序和負(fù)序系統(tǒng)阻抗相等，則兩非故障相間的電壓不受故障的影響。212120120() 1()()ssbcFFFsssZZUUZZZZZZ120120120221201201202

18、1201201201() ()() ()() ()sssaFFFssssssbFFFsssssscFFFsssZZZUZZZZZZZZZUZZZZZZZZZUZZZZZZ 非故障相的電壓降包含三項：非故障相的電壓降包含三項：1. 正比于正序系統(tǒng)阻抗的電壓降，與該非故障相故障前電壓方向相同；2. 正比于負(fù)序系統(tǒng)阻抗的電壓降，與另一非故障相故障前電壓方向相同；3. 正比于零序系統(tǒng)阻抗的電壓降，與故障相故障前電壓方向相同。2022-7-3265電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷進(jìn)一步：假設(shè)：1.正序、負(fù)序和零序系統(tǒng)阻抗相等；2.正序和負(fù)序系統(tǒng)阻抗相等、正序和負(fù)序線路阻抗相等。 單相直接接地系統(tǒng)

19、單相直接接地系統(tǒng) 單相經(jīng)阻抗接地系統(tǒng)單相經(jīng)阻抗接地系統(tǒng)故障相電壓與三相故障時相同，而非故障相電壓則不受影響11201211()3saFFFsbcZUZZZZUU011010201101001101021(2)(2)(2)(2)(2)(2)ssaFFssssbFFsssscFFssZZUZZZZZZUZZZZZZUZZZZ 兩非故障相電壓降相同，并僅包含零序分量2022-7-3275電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷二、相間故障二、相間故障對于相間故障，正、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)相并聯(lián)上面假設(shè)故障發(fā)生在b相和c相之間，即a相為非故障相，b相和c相為故障相?？芍枪收舷嗟碾妷簳航狄蕾囉谡?、負(fù)序系統(tǒng)阻抗的

20、差值。通?？烧J(rèn)為正、負(fù)序系統(tǒng)阻抗相等，因此，非故障相的電壓不受相間故障的影響。 1212122212121221212121()()()()()()ssaSSFFssbSSFFsscSSFFZZUZZZZZZUZZZZZZUZZZZ 2022-7-3285電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷5.7感應(yīng)電機(jī)啟動引起的電壓暫降 除短路故障外，引起電壓暫降的另一重要原因是大容量感應(yīng)電機(jī)的啟動。感應(yīng)電機(jī)啟動時，將從電源汲取比正常工作時大得多的電流，其典型值為額定工作電流的56倍。 假設(shè)電機(jī)額定功率為Sm，系統(tǒng)短路容量為Sd啟動電流與額定電流的比值可見：暫降與系統(tǒng)容量、電機(jī)功率及電機(jī)參數(shù)有關(guān)。dsa

21、gdmSUSSMsagsMZUZZ2022-7-3295電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷5.8電壓暫降特征量檢測方法測量：暫降幅值、持續(xù)時間、相位跳變一、均方根值計算方法一、均方根值計算方法采用滑動窗口，采樣點(diǎn)取半周期的整數(shù)倍，否則數(shù)據(jù)無意義。對信號進(jìn)行數(shù)字化處理之后，積分運(yùn)算可采用下面的求和運(yùn)算實現(xiàn)： 0021( )tTRMStUut dtT1210NkNRMSKu2022-7-3305電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷特點(diǎn)：1.到達(dá)暫降幅值與實際電壓暫降起點(diǎn)之間有一個窗口長度的延時（過渡時間）2.同樣在暫降終止前與實際電壓暫降終點(diǎn)之間有一個窗口長度的延時（過渡時間）3.持續(xù)時間約有1個窗口長度誤差4.無法給出相位信息2022-7-3315電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷二、缺損電壓計算方法（配合其他方法）二、缺損電壓計算方法（配合其他方法） 缺損電壓=期望電壓-實際電壓期望的瞬時電壓可通過對事件發(fā)生前的電壓進(jìn)行外推得到缺損電壓均方根值與相位( )2sin()( )2sin()PLLasagsagbutUtutUt2212cossinsincoscoscsagsaga