第五章電壓暫降與短時間中斷(1).ppt

1、第五章 電壓暫降與短時間中斷 VOLTAGE SAGS AND SHORT INTERRUPTIONS,穩(wěn)態(tài)電壓質(zhì)量：頻率偏差、電壓偏差、 不平衡度、電壓諧波、欠電壓過電壓等 暫態(tài)電壓質(zhì)量：沖擊振蕩、電壓暫降 、 短時中斷、短時電壓波動、 快速變化諧波等,電流諧波、間諧波、次諧波、 相位超前與滯后、通訊干擾等,電流質(zhì)量,服務(wù)質(zhì)量2,服務(wù)質(zhì)量1,電壓質(zhì)量,用電質(zhì)量,電 能 質(zhì) 量,供電質(zhì)量,電能質(zhì)量體系構(gòu)成與分類示意圖,按照電壓變動細(xì)化分類圖,1）跌落幅值 2）持續(xù)時間 3）發(fā)生次數(shù) 4）相位跳變 多參數(shù)描述,電壓暫降(Sags/Dips)的基本概念,一、電壓暫降概念與定義 1）電壓暫降現(xiàn)象并不

2、是電力系統(tǒng)中的新問題，電網(wǎng)運行伊始就已經(jīng)存在。它主要是由于系統(tǒng)發(fā)生短路故障或者重負(fù)荷啟動引起的。 2）電壓暫降不同于電壓偏差，是指電壓方均根值的大幅度、快速、短時間下降的突發(fā)事件。,電壓快速短時突然變動示例,電壓暫降(Sags/Dips)的基本概念,一次暫降電磁擾動用兩維特性，即電壓跌落的幅值大小（即殘壓或暫降深度）和時間（即持續(xù)時間）（見圖）來描述。 殘壓是電壓暫降或短時間停電過程中電壓方均根值的最小值，殘壓可用伏特值或相對參考電壓的百分比值或標(biāo)幺值表示。而暫降深度僅從字面理解，是指電壓丟失的部分，與殘壓含義相反。,Dip,Sag,有專家這樣定義,在美國常用voltage dips；而在歐洲

3、常用voltage sags,額定電壓值,1,暫降持續(xù)時間2,電壓暫降事件的波形瞬時值與均方根值對比示意圖,Voltage dip,Voltage Sag,注：由于引發(fā)電壓暫降的原因不同，電壓變化過程形式多樣，尤其是下降和上升沿應(yīng)引起注意,電壓變動分布圖,電壓暫降(Sags/Dips)的基本定義,3）在電壓暫降的分析中，通常將暫降時的電壓有效值與額定電壓有效值的比值定義為暫降的幅值，將暫降從發(fā)生到結(jié)束之間的時間定義為持續(xù)時間，將單位時間內(nèi)發(fā)生電壓暫降的次數(shù)定義為暫降頻次。 4）國際電工委員會（IEC）將其定義為下降到額定值的90%至1%，國際電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）將其定義為下降到額定

4、值的90%至10%。,電壓 RMS,B,A,短時間中斷,時間,電壓暫降,圖5-4 重合閘時故障線路（實線）和非故障線路（虛線）電壓均方根值 A故障切除時間 B重合閘重合時間,暫降發(fā)生過程簡要分析,變電站,重合閘,主饋線,1,2,線路1發(fā)生1次電壓暫降，1次短時間中斷 線路2只發(fā)生1次電壓暫降 圖5-3 帶有熔斷器和重合閘的架空線路配電系統(tǒng),故障切除電壓恢復(fù),重合成功 電壓恢復(fù),1,2,保護(hù)和自動重合閘動作時間的的整定原則及一般整定值,繼電保護(hù)動作時間的整定原則：正確可靠，相互配合，并盡可能快速的將線路或設(shè)備的故障點清除在外。 故障切除時間等于保護(hù)裝置和斷路器動作時間之和； 保護(hù)裝置動作時間為

5、0.040.08s， 最快0.010.04s; 斷路器動作時間為 0.060.15s,，最快 0.020.06s; 切除故障的最快時間為 0.030.1s 重合閘時間整定原則：在保證故障線路絕緣恢復(fù)后盡可能快地重新供電?？己酥笜?biāo)是，瞬時故障重合閘成功率。 單端電源三相一次重合閘：整定值為0.3-0.4s;但考慮到兩端保護(hù)動作的不同時性，一般取整定值為1.0-1.5s; 例如，圖5-4中，A = 暫降時間（故障切除時間 0.1s)，B = 中斷時間（1.5s),電壓暫降和中斷的發(fā)生過程,1）由分支線路熔斷器保護(hù)與主干線路重合閘的配合關(guān)系可以知道，電壓暫降、短時電壓中斷和長時電壓中斷的出現(xiàn)是與故障

6、類型和發(fā)生點、保護(hù)方式的配合以及恢復(fù)供電時間相關(guān)聯(lián)，并且電壓事件的形式可能發(fā)生轉(zhuǎn)變。 2）由于故障性質(zhì)、重合閘設(shè)定等因素影響，一次故障可能引發(fā)多次電壓事件。以圖5-4線路1為例，假設(shè)為永久性故障， 從一次電壓暫降和一次短時間中斷，發(fā)展到二次電壓暫降和二 次短時間中斷，直至長時供電中斷。,重合閘可能使長時間停電次數(shù)減少，而使短時間中斷和電壓暫降次數(shù)增加,電壓 RMS,B,A,短時間中斷,時間,電壓暫降,故障切除電壓恢復(fù),重合成功 電壓恢復(fù),如果重合不成功， 第二次保護(hù)動作,1、2號線發(fā)生二次電壓暫降,1、2號線 恢復(fù)正常,1號線恢復(fù)正常，2號線停電,如果上一級 保護(hù)動作。,短時間中斷的隨機(jī)預(yù)估數(shù)

7、據(jù)比較,表所示為有重合動作和無重合動作條件下，長時間 電壓中斷和短時間電壓中斷次數(shù)的比較結(jié)果。,電動機(jī)啟動引起的電壓跌落變化,6倍左右,t=數(shù)秒至1min,事件型電能質(zhì)量電壓暫降實測波形,電壓短時間中斷、電壓暫降的實例波形記錄,電壓短時間中斷（方均根值、瞬時波形）記錄,不平衡故障引起的電壓暫降記錄,三相系統(tǒng)中電壓暫降的持續(xù)時間,電壓暫降的持續(xù)時間取決于設(shè)定閾值。 最先發(fā)生相的電壓低于閾值的時刻起，只有當(dāng)各相電壓都等于或高過暫降結(jié)束閾值時，三相電壓的暫降才結(jié)束。因此，三相電壓暫降的持續(xù)時間等于或大于單相電壓暫降持續(xù)時間。 電壓短時間中斷是電壓暫降的極端情況，即當(dāng)所有相的電壓下降到閾值（殘壓）為1

8、0%（IEEE)，或1%(IEC)時為電壓短時間中斷。,閾值與電壓暫降持續(xù)時間的關(guān)系,電壓暫降的持續(xù)時間取決于設(shè)定的閾值,三相系統(tǒng)中持續(xù)時間要以設(shè)定閾值為準(zhǔn)則,只有一相電壓跌落超過設(shè)定閾值,電壓暫降的特性參數(shù)變化,電力系統(tǒng)是一個自成一體的強耦合動態(tài)系統(tǒng)。任意 一點的電壓、電流或者阻抗發(fā)生變化都將引起系統(tǒng)其他 地方的電參數(shù)發(fā)生不同程度的變化。 一、電壓暫降持續(xù)時間 電壓暫降的持續(xù)時間主要是由熔斷器、斷路器和保護(hù)裝置的動作時間決定。 傳輸線路的短路故障清除時間較短，約60150ms; 配電故障的清除時間較長，MV, 0.52s, LV則取決于熔絲的特性。,電壓暫降的特性參數(shù)變化,二、電壓暫降幅值

9、泛泛而論，電壓暫降的跌落程度是隨機(jī)的；實際上它取決于電網(wǎng)內(nèi)觀察點（PCC）相對于短路點的位置（距離）。 觀察點離短路點越近，殘壓越低； 觀察點離電源（電源、電容器組、蓄電池等）點越近，電壓跌落的越??； 輸電系統(tǒng)的故障會導(dǎo)致大范圍（數(shù)百公里遠(yuǎn)的地區(qū)）發(fā)生電壓暫降； 配電網(wǎng)短路故障的影響范圍較小；但用戶設(shè)備內(nèi)部故障引起的附近觀察點的電壓暫降更嚴(yán)重； 短路類型和變壓器繞組的連接方式會改變電壓暫降深度（可參見陶順博士發(fā)表的論文）。,變壓器原邊發(fā)生單相接地故障時副邊的電壓,三相電壓暫降的類型,電壓暫降三特征量示意圖,可采用三維圖形展示 電壓暫降三特征量（即 暫降幅值 持續(xù)時間 暫降次數(shù) 的分布圖）。這是

10、完整描述 電網(wǎng)發(fā)生電壓暫降的圖示化 方法。此外，在某些用電設(shè)備 （可調(diào)速驅(qū)動裝置）由于電壓 暫降引起的供電電壓相位跳變 亦很敏感。 的相位 相位跳變,電壓暫降協(xié)調(diào)圖描述觀察點信息的二維形式,根據(jù)監(jiān)測記錄的數(shù)據(jù)，描繪出電壓暫降事件的等高線（通常以每年發(fā)生的電壓暫降次數(shù)為等高線），也可采用二維方法提供供電電壓質(zhì)量的完整信息。 在把設(shè)備敏感度疊加在等高線上后，可掌握設(shè)備運行狀態(tài)與供電性能的比較結(jié)果。,例如，設(shè)備A的敏感度為：殘壓65%，持續(xù)時間 0.2s。從圖可知，該供電監(jiān)測點這樣的電壓暫降每年發(fā)生5次，由此考慮設(shè)備是否可以耐受。而在該連接點，沒有發(fā)生低于設(shè)備C敏感度的暫降事件記錄，因此，設(shè)備C不會

11、受到暫降影響。,不能承受區(qū),南非PQ標(biāo)準(zhǔn)（ESKOM）：NRS048-2，2004中采用在一定的規(guī)定條件下限值發(fā)生次數(shù)的辦法,暫降幅值、持續(xù)時間和暫降頻次是標(biāo)稱電壓暫降嚴(yán)重度的最重要的三個特征量電壓的相位跳變是其次特征量,反映出電壓暫降發(fā)生的基本規(guī)律,某工業(yè)用戶端電壓暫降幅值分布圖,圖所示為一家115kV 工業(yè)用戶電壓暫降幅值的實 測結(jié)果（監(jiān)測期為1年）。 可以看到，該工廠供電系統(tǒng) 中電壓暫降絕大多數(shù)處在 低于額定值的10%-30% （或表示為0.9pu 0.7pu） 范圍內(nèi)。電壓暫降大于50 的幾乎為0. （注：按照IEEE定義，低于額定值0-10%的電壓變動不屬于電壓暫降）,某工業(yè)用戶端電

12、壓暫降幅值分布圖,電壓暫降特征量的統(tǒng)計規(guī)律,美國EPRI-DPQ電壓暫降 統(tǒng)計調(diào)查分布結(jié)果 暫降幅值為0.7p.u0.9p.u 的電壓暫降占70%。; 持續(xù)時間不超過1s的約占90%， 不超過0.1s的約占60%; 發(fā)生頻次平均低于0.7p.u.的 為18.422次/年，低于0.9p.u 的為56.308次/年。電壓暫降發(fā)生 次數(shù)很分散。,電壓暫降發(fā)生次數(shù)的統(tǒng)計例,調(diào)查結(jié)果顯示： 美國電壓暫降幅值低于0.7p.u.的典型值為18-20次/年，低于0.9p.u.的次數(shù)為50-60次/年。 加拿大對工業(yè)用戶的調(diào)查結(jié)果是每個用戶側(cè)監(jiān)測點每相每月平均暫降38次。 英國某造紙廠年電壓暫降事件次數(shù)約36次

13、。 杭州東信通訊移動電話公司2003年上半年就發(fā)生了6-7次暫降事件。,電壓暫降現(xiàn)象的起因總結(jié),引起電壓嚴(yán)重暫降的最主要原因是系統(tǒng)元件或 線路的故障。(雷電等惡劣天氣影響居多的線路短路) 特征：暫降幅度大、近乎矩形曲線、持續(xù)時間短（即故障在線時間） 引起電壓暫降的另一主要原因是大容量負(fù)荷的 投切。（大型電機(jī)、電弧爐、焊接設(shè)備等） 特征：暫降幅度小、非規(guī)則矩形、持續(xù)時間長,圖a：線路短路,圖b：大型電機(jī)啟動,就現(xiàn)象可見,電壓暫降并不是新問題。但是,由于其危害和影響十分突出,它卻成為近年來日益引起電工界關(guān)注的最重要的電能質(zhì)量問題.,電壓短時間中斷 (Short-time Interruption)

14、,二、短時間中斷的定義 1）當(dāng)電壓有效值降低到接近于零時，則稱為中斷。 由于對電壓暫降下降幅度定義的不同，對“接近于零”也有不同的定義 IEC定義“接近于零”為“低于額定電壓的1%”； IEEE定義為“低于10%”IEEE Std.1159-1995。 （之所以此時規(guī)定電壓不為，是有系統(tǒng)儲能元件電壓反饋的原因）。 2）中斷可按其持續(xù)時間長短進(jìn)一步分類，但分類原則也尚未 統(tǒng)一。 IEC定義長時間中斷持續(xù)時間最少為3分鐘，小于3分鐘的中斷稱為短時中 斷。 IEEE標(biāo)準(zhǔn)IEEE Std.1250-1995中將大于2分鐘的中斷稱為持續(xù)中斷（而 在 IEEE Std.1159-1995中則將大于3秒鐘的

15、中斷稱為持續(xù)中斷，見下 表）。,IEC/IEEE關(guān)于中斷持續(xù)時間的標(biāo)準(zhǔn),（注意到，上表中各種電壓中斷現(xiàn)象的用語仍未統(tǒng)一。）,0.5周波3秒,現(xiàn)象分類,IEEE 1159-1995標(biāo)準(zhǔn)對電壓暫降和短時間中斷按持續(xù)時間特征進(jìn)行分類。,短時間與長時間中斷的區(qū)別,雖然兩者的起因相同，即多是由于短路故障清除、保護(hù)誤動等引起的，但持續(xù)時間的長短是由于在技術(shù)處理上有區(qū)別，見下表， 能自動恢復(fù)的 中斷時為短時間中 斷，需要手動才 能恢復(fù)的中斷為 長時中斷。,短時間與長時間中斷的區(qū)別,電壓暫降與中斷問題的不同點,1）暫降造成的總損失可能大于中斷造成的損失 雖然看起來一次電壓暫降對電力用戶的危害不象一次長/短時間

16、電壓中斷那么嚴(yán)重，但是由于供電系統(tǒng)中發(fā)生電壓暫降的頻次遠(yuǎn)比電壓中斷次數(shù)多的多，暫降造成的總損失可能大于中斷造成的損失。 2）電壓暫降問題比電壓中斷更具有全局性 短時間中斷和長時間中斷的起因一般都發(fā)生在當(dāng)?shù)氐呐潆娋€路上，而設(shè)備端電源出現(xiàn)的電壓暫降則可能是由于數(shù)百公里外的輸電系統(tǒng)的短路故障引起的。因此上，電壓暫降問題比電壓中斷更具有全局性（a “global” problem）。 3）解決電壓暫降問題更困難 在消除影響上，為減少發(fā)生的電壓中斷次數(shù)，一般僅僅需要改造一個饋電系統(tǒng)，而為減少電壓暫降次數(shù)則往往需要改造多個饋電系統(tǒng)，甚至需改造遠(yuǎn)處的輸電系統(tǒng)。,引起電壓暫降與短時間中斷的主要責(zé)任方,當(dāng)輸配電

17、線路發(fā)生短路故障、配電網(wǎng)中感應(yīng)電機(jī)啟動， 用電設(shè)備內(nèi)部故障、開關(guān)操作、變壓器以及電容器組的投切 等，均可引起電壓暫降。其中，架空線路發(fā)生短路故障和大 型感應(yīng)電機(jī)啟動是主要的兩個原因。 在對大量發(fā)生的事件 統(tǒng)計分析后，許多學(xué)者認(rèn)為，電壓暫降的多數(shù)起因是電網(wǎng)故 障引起的，并且其影響嚴(yán)重，這一質(zhì)量的主要責(zé)任方應(yīng)當(dāng)是 供電部門。由用戶引起的電壓暫降深度和影響面不及輸配電 線路故障，但電壓暫降的發(fā)生頻次卻很高。,電壓暫降對供電條件的影響,電壓暫降的起因是由于事件引起的功率（尤其是無功功率）大幅度變化，其波及面較大。 電壓暫降的直接技術(shù)性影響取決于暫降幅值和持續(xù)時間。 設(shè)備不能發(fā)揮應(yīng)有的功能，或只能在有限

18、的范圍內(nèi)運行。 設(shè)備性能降低，在極端情況下完全停止工作。 更為嚴(yán)重的是，工藝流程重啟動造成的連帶影響； 由此，造成的經(jīng)濟(jì)損失是相當(dāng)大的：1）原材料損壞； 2）生產(chǎn)劣質(zhì)或廢品；3）部分設(shè)備損壞；4）延期交貨；5）員工收入損失等 對于供電部門而言，劣質(zhì)電能（電壓暫降等）對其影響 主要是失去用戶和降低在電力能源市場上的地位。,影響用戶工作的故障點位置統(tǒng)計,因內(nèi)外對故障引起用戶不能正常工作的故障點統(tǒng)計情況（圖a）。 從所顯示的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可知： 非本線路故障引起電壓暫降影響用戶設(shè)備不正常工作所占比例可達(dá)463177%。 輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)故障引起暫降都會影響用戶正常工作，且配電線路故障引起電壓暫降的比

19、例大于輸電線路故障原因。 由故障點位置統(tǒng)計結(jié)果（圖b）。,圖a,圖b,國際供電界關(guān)于電壓暫降的認(rèn)識,CIRED KL2002國際供電會議主席指出，把電能質(zhì)量問題列為當(dāng)前國際 供電界關(guān)注的首要問題。而電能質(zhì)量的首要問題是電壓驟降，應(yīng)該作為研 究解決的重點（在用戶電能質(zhì)量問題投訴中，90%以上是電壓驟降引起 的。據(jù)統(tǒng)計和案例反映，造成用電設(shè)備異常運行或停電的絕大部分因素是 電壓驟降問題）。 供電可靠性反映的是供電中斷程度。一般只考慮持續(xù)時間5分鐘以上， 有的國家規(guī)定為小于1分鐘的電壓中斷不予計算。電壓驟降發(fā)生頻率高， 有統(tǒng)計數(shù)據(jù)表示，數(shù)十次或上千次/年，暫降深度多為40%（0.8-0.6p.u.)

20、 以內(nèi)，持續(xù)時間多小于1秒鐘。 暫降是與短時間中斷伴隨發(fā)生，且暫降發(fā)生頻度高，事故原因不易察覺。,現(xiàn)代電氣設(shè)備對電壓暫降愈加敏感,當(dāng)保護(hù)裝置因該線路發(fā)生短路故障而跳閘，切斷某一用戶的供電時，將 出現(xiàn)電壓中斷，而相鄰的非故障線路上將出現(xiàn)不同程度的電壓暫降。 因此，電壓暫降發(fā)生的次數(shù)遠(yuǎn)比電壓中斷發(fā)生次數(shù)多。如果用電設(shè)備對電 壓暫降也很敏感，則由此引發(fā)問題的次數(shù)將顯著增加。一方面我們要了解 系統(tǒng)故障的常見類型和特點，從而知道電壓暫降的基本規(guī)律。另一方面， 還需要了解電氣設(shè)備對電壓暫降的敏感程度或耐受能力（知己知彼，相互 兼容）是十分重要的。 舉例：計算機(jī)與電子設(shè)備對電壓暫降的敏感度， 一臺計算機(jī)若在

21、70直流額定電壓 時掉電，且正常電壓紋波為1時，小于 13個周期的電壓暫降是可以容忍的。,電壓暫降對電氣設(shè)備及控制系統(tǒng)的影響,廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)的微處理器對電壓暫降尤為敏感。電壓暫降引起的最常見的影響為傳輸損失和信號傳輸錯誤（例如，PLC的4個基本功能的執(zhí)行周期需要10ms左右的時間要得到保證；邏輯信號0與1的閾值電壓并非標(biāo)準(zhǔn)化帶來的邏輯錯誤等） 多數(shù)的接觸器和繼電器制造商規(guī)定為電壓為0.5pu，持續(xù)時間超過1個周期就會退出和斷開。且各廠家標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一和規(guī)范。 當(dāng)供應(yīng)感應(yīng)電動機(jī)的電壓跌落深度大于30%時，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩會小于負(fù)荷轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)轉(zhuǎn)速降低，汲取電流增大。 可調(diào)速驅(qū)動裝置對電壓暫降極為敏感

22、，因為，1）控制系統(tǒng)的供電電壓水平要求高，否則必須關(guān)閉以免失控；2）功率驅(qū)動環(huán)節(jié)的換相失敗；3）驅(qū)動轉(zhuǎn)速和力矩控制精度差，嚴(yán)重影響工藝流程的進(jìn)程；此外，對相位跳變、不平衡及諧波的綜合反應(yīng)敏感。 高壓氣體放電照明持續(xù)2個周期的短時間停電或電壓低于0.45pu（且隨著使用老化，甚至殘壓為0.85pu）會熄滅，之后需要幾分鐘冷卻后才能重新啟動。,設(shè)備不能正常工作的原由,電壓暫降往往引起用戶電氣設(shè)備不能正常工作,究其原因主要有： 交流電壓不足，供應(yīng)電能不足，導(dǎo)致設(shè)備停運；如典型的橋式整流的電源電路。 電壓低引起設(shè)備電源監(jiān)視回路跳閘，設(shè)備停運； 電壓低引起緊急關(guān)閉電路等的速動繼電器動作切斷電源； 電壓暫

23、降恢復(fù)時上升脈沖引起設(shè)備的復(fù)位電路不正確動作，設(shè)備重啟； 電壓相角跳變或不平衡電壓暫降引起不平衡保護(hù)繼電器動作，設(shè)備停運。,整流濾波波形,速動繼電器,復(fù)位電路,平衡保護(hù)繼電器,短時間中斷對設(shè)備的影響,顯見的影響有：失電，無燈光，屏幕空白，電機(jī)減速等。更為嚴(yán)重的是破壞生產(chǎn)過程，計算機(jī)丟失內(nèi)存信息，建筑體的火災(zāi)報警系統(tǒng)失靈，無控制啟動造成的危險等。 在大多數(shù)敏感設(shè)備中，暫降與中斷的影響并無直接區(qū)別或分界，中斷可以視為嚴(yán)重暫降。因此在談危害時，兩者可以同等看待。例如，調(diào)速驅(qū)動在秒或甚至在個周波的中斷都會掉電。,電壓暫降與短時間中斷造成的危害與損失,二十世紀(jì)80年代以來數(shù)字式自動控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的

24、大規(guī)模應(yīng)用，如變頻調(diào)速設(shè)備、可編程邏輯控制器、各種自動生產(chǎn)線以及計算機(jī)系統(tǒng)等敏感性用電設(shè)備的大量使用，對供電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量提出了更高的要求，該問題才引起各有關(guān)部門與研究人員的廣泛關(guān)注。 由于一次電壓暫降而使某生產(chǎn)線重新啟動需花費50,000美元； 某玻璃制品廠工頻5個周期的電壓中斷，造成損失約200,000美元；某計算機(jī)中心2秒的供電中斷引起約600,000美元的損失。,電壓暫降的危害-EPRI的調(diào)查,據(jù)美國電力科學(xué)研究院EPRI的調(diào)查報告， 美國每年因可靠性和電能質(zhì)量問題造成工業(yè)的生產(chǎn)力和停工損失達(dá)1500-1900億$。且據(jù)其DP項目研究發(fā)現(xiàn)，只有3%的事件是由于電力供應(yīng)中斷造成的，而其余

25、大部分都是由于短時動態(tài)電力干擾引起的。關(guān)于停電和劣質(zhì)電能造成的經(jīng)濟(jì)損失劃分仍然需要具體分析，尚待明確。,電壓暫降的危害具體例子,（1）某個主要生產(chǎn)光纖電纜的廠商監(jiān)測7年的電能質(zhì)量，雖然沒有發(fā)生過一次停電，但每年要經(jīng)受6-10次電壓暫降，每次損失達(dá)15-50萬$； （2）塑制品聚合加工業(yè)、造紙業(yè)、玻璃制造業(yè)等都是電力消耗大戶，暫降導(dǎo)致現(xiàn)代化生產(chǎn)線突然停止意味著重啟前需要數(shù)小時清除設(shè)備內(nèi)的垃圾。某玻璃制品廠工頻5個周期的電壓間斷，造成損失（含停工）約200,000$；,電壓暫降的危害具體例子,（3）英國某造紙廠由于持續(xù)僅23個周波0.9p.u.的電壓暫降造成關(guān)鍵負(fù)荷可調(diào)速驅(qū)動裝置跳閘，生產(chǎn)線作業(yè)中

26、斷，一次事件的直接損失達(dá)14萬英鎊。 對石化工業(yè)來說，生產(chǎn)線的連續(xù)性也是非常關(guān)鍵的。國內(nèi)有資料統(tǒng)計，一次短時的電壓暫降有可能造成整個生產(chǎn)線長時間停運，將會造成數(shù)百萬美元的損失。國內(nèi)石化行業(yè)把電壓暫降俗稱“晃電”現(xiàn)象。,電壓暫降的危害-行業(yè)舉例1,。,汽車制造業(yè)靈活的自動控制和鏈?zhǔn)焦?yīng)生產(chǎn)線管理 由于無序斷電和上電,暫降導(dǎo)致?lián)p壞部件或加工設(shè)備以及數(shù)字控制設(shè)備需重新設(shè)置控制流程； 暫降影響機(jī)器人電焊工的焊接質(zhì)量，甚至需要重新回爐或電焊程序的重啟； 暫降使得噴漆線突然停止，在火爐控制重啟前，需要30min凈化空氣控制系統(tǒng)。 暫降導(dǎo)致停產(chǎn)的更多時間是花費在整個生產(chǎn)線再啟動上（有報道講，由于4個周波的電

27、壓暫降，需要72min才能恢復(fù)生產(chǎn)線工作，造成損失可達(dá)700，000$）,暫降造成商業(yè)與民用建筑中的電梯、自動消防與報警系統(tǒng)中止工作,電壓暫降危害-行業(yè)舉例2,塑制品聚合加工業(yè)、造紙業(yè)、玻璃制造業(yè)電力消耗大戶 暫降導(dǎo)致現(xiàn)代化生產(chǎn)線突然停止意味著重啟前需要數(shù)小時清除設(shè)備內(nèi)的垃圾。 某玻璃制品廠工頻5個周期的電壓間斷，造成損失約200,000$； IT、通訊業(yè)高價值端客戶需要超高可靠性 某計算機(jī)中心2秒的供電中斷引起約600,000$的損失。杭州東信通訊移動電話公司一次暫降造成損失達(dá)3，000，000￥。 醫(yī)療器械暫降引起設(shè)備不正常工作影響診斷、治療、手術(shù)進(jìn)行，甚至危及到病人的生命。,電壓暫降危害

28、-平均損失統(tǒng)計,美國電力公司調(diào)查統(tǒng)計：,加拿大電氣協(xié)會對電能質(zhì)量的調(diào)查報告,1991年起，加拿大電氣協(xié)會（CEA）開始的一項為期三年的電能質(zhì)量調(diào)查，調(diào)查的主要目的是了解加拿大電能質(zhì)量的現(xiàn)有狀況。共有22個電力公司參加了本次調(diào)查，選擇了550個地點（工業(yè)、商業(yè)和民用）進(jìn)行了監(jiān)測。 工業(yè)用戶組的調(diào)查結(jié)果： 用戶側(cè)監(jiān)測點每相每月平均發(fā)生38次暫降，電源側(cè)為4次。 用戶側(cè)85的監(jiān)測點每相每月平均發(fā)生過1020次電壓暫降，電源側(cè)為5-6次。 商業(yè)和民用用戶組的調(diào)查結(jié)果： 用戶側(cè)70的監(jiān)測點每相每月平均發(fā)生過23次電壓暫降，電源側(cè)為12次。,電壓暫降與短時間中斷已成為最重要的電能質(zhì)量問題,據(jù)統(tǒng)計，在歐洲電

29、力部門與用戶對電壓暫降的關(guān)注程度比其它有關(guān)電能質(zhì)量問題的關(guān)注程度要強得多，其中一個重要的因素是在電能質(zhì)量的諸多原因中，由電壓暫降引起的用戶投訴占整個電能質(zhì)量問題的80%以上，而由諧波、開關(guān)操作過電壓等引起的電能質(zhì)量問題投訴不到20%。 專家們認(rèn)為，電壓暫降與中斷已上升為最重要的電能質(zhì)量問題之一，已成為信息社會對供電質(zhì)量提出的新挑戰(zhàn)。,國際供電界關(guān)于電壓暫降的標(biāo)準(zhǔn),國際上有一些國家已經(jīng)制定和頒布了針對本國電網(wǎng)的電壓暫降標(biāo)準(zhǔn)，例如，德國、南非、但還沒有正式的國際標(biāo)準(zhǔn)。而在對電氣設(shè)備方面，機(jī)電制造業(yè)用電設(shè)備耐受或過渡低電壓（Low Voltage Ride ThroughLVRT，也稱之為低電壓穿越

30、，通常是指電壓暫降現(xiàn)象）的能力，制定了許多相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 為此，計算機(jī)行業(yè)組織制定的CBEMA曲線、國際半導(dǎo)體生產(chǎn)商組織制定的 SEMI F47標(biāo)準(zhǔn)等已經(jīng)被廣泛采用。 在我國，對電能質(zhì)量問題的把握不夠全面，主要集中在電壓合格率和諧波方面，對電壓驟降及電壓短時間中斷引起的電能質(zhì)量問題、危害以及反措施認(rèn)識不足。 我校多年來一直在開展對電壓暫降檢測算法、統(tǒng)計評估方法、指標(biāo)設(shè)定和治理技術(shù)等方面的研究，為國家標(biāo)準(zhǔn)的制定奠定了基礎(chǔ)。,電壓暫降對電氣設(shè)備及 控制系統(tǒng)影響的描述方法,將每一次電壓暫降和受影響結(jié)果以2維圖描述可獲得設(shè)備的工作特性曲線，工作特性曲線反應(yīng)出多數(shù)用戶要求計算機(jī)或其他設(shè)備制造商要達(dá)到的耐受標(biāo)

31、準(zhǔn) 。 現(xiàn)在，設(shè)備敏感度曲線也稱之為設(shè)備免疫力(immunity)曲線。,早期采用的CBEMA曲線,現(xiàn)實采用的ITIC曲線,暫降敏感曲線與暫降特征分布圖,電壓暫降事件次數(shù) = 不正常工作區(qū)內(nèi)發(fā)生頻次之和亦可另外統(tǒng)計.,實際上，將不計事件次數(shù)的系統(tǒng)電壓暫降特征分布圖與用戶設(shè)備的電壓暫降敏感曲線對應(yīng)起來，就可得到用戶設(shè)備因電壓暫降而不能正常工作的完整描述。,CBEMA曲線,20世紀(jì)80年代，美國計算機(jī)和商用設(shè)備制造商協(xié)會（CBEMA）出于大型計算機(jī)對電能質(zhì)量的要求提出了電壓容限曲線并作為對其制造商產(chǎn)品設(shè)計的技術(shù)要求，以防止電壓擾動造成計算機(jī)及其控制裝置誤動和損壞。容限曲線見下圖，包絡(luò)線內(nèi)部為合格電

32、壓，外部為不合格電壓。該曲線已為IEEE采納作為IEEESTD446-1980的一部分。,ITIC曲線,美國CBEMA改稱為信息技術(shù)工業(yè)協(xié)會(ITIC)后，其所屬的第三技術(shù)委員會（TC3）對上圖的曲線作了修訂，如下圖所示，稱作ITIC曲線，表明了適用于所有類型設(shè)備的電壓容限的幅值和持續(xù)時間，亦有人仍稱之為CBEMA曲線。ITIC曲線的邊界由以下七種可能的電壓擾動圍成:高頻脈沖和振蕩、低頻衰減振蕩（140200）、電壓凸起（120）、穩(wěn)態(tài)容限（10）、幅值為80的電壓暫降、幅值為70的電壓暫降、電壓間斷。,高頻脈沖和振蕩,低頻衰減振蕩,電壓凸起,穩(wěn)態(tài)容限,電壓間斷,典型設(shè)備的暫降敏感曲線,耐受或

33、過渡電壓暫降的能力（voltage sag ride-through capability，又稱為電壓暫降承受值或容忍值）是指確保設(shè)備正常運行所能容忍的最低電壓值與承受時間。 用戶設(shè)備對電壓暫降的容忍性，表現(xiàn)為設(shè)備的最小暫降承受值與持續(xù)時間的函數(shù)關(guān)系，即電壓暫降敏感曲線，如圖所示。,設(shè)備電壓暫降敏感曲線舉例,暫降記錄分布圖 - ITIC_1997標(biāo)準(zhǔn),ITIC: Information Technology Industry Council（IT業(yè)委員會）,暫降事件分布圖 - SEMI F47_1998標(biāo)準(zhǔn),SEMI: Semiconductor Equipment and Materials

34、 International group（半導(dǎo)體設(shè)備及材料國際組織）,國家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的風(fēng)電場低電壓穿越要求,時間/s,并網(wǎng)點電壓（pu）,電網(wǎng)故障引起的電壓跌落,風(fēng)電機(jī)組可以從電網(wǎng)切出,時間/s,短時間中斷的隨機(jī)預(yù)估,分支D：3km,為了隨機(jī)預(yù)估某一饋電用戶所承受的短時電壓中斷次數(shù)，需要以下輸入數(shù)據(jù)： 不同主饋線或分支線路每年米饋線故障率。 主饋線和分支導(dǎo)線長度。 重合成功率，多次重合的第一次成功率和第二次成功率。 重合開關(guān)和熔斷器安裝位置。 數(shù)據(jù)表 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%， 第二次重合機(jī)率：25%， 第二次成功率是故

35、障數(shù)的10%， 因此，故障數(shù)的15%二次重合沒有成功， 即屬于永久性故障，導(dǎo)致長時間中斷。 圖為一個假想系統(tǒng)例，介紹隨機(jī)預(yù)估的各項步驟。,分支C：7km,分支B：4km,分支A：8km,主饋線：11km,熔斷器,系統(tǒng),重合閘,短時間中斷的隨機(jī)預(yù)估事件過程,重合閘動作過程： 1）由于發(fā)生短路故障，過電流使線路保護(hù)動作，斷路器瞬時打開。 2）開關(guān)打開1秒，期間75%故障會被消除。 3）重合閘動作，斷路器閉合。如果故障仍然存在，過電流使開關(guān)再次瞬時打開，這種情況占25%(如前所述，第一次重合成功率75）。 4）此次短路器打開時間為5秒，期間10%總故障數(shù)被消除。 5）短路器閉合約1秒時間后，如果故障

36、仍然存在，開關(guān)保持閉合直到分支線路熔斷器動作。 6）熔斷器熔斷后，故障仍然沒有消失，短路器第三次打開，并保持?jǐn)嗦窢顟B(tài)，直到人為操作恢復(fù)供電。此時整個饋線將承受長時間電壓中斷。,短時間中斷的隨機(jī)預(yù)估故障總次數(shù),主饋線與分支線故障總次數(shù)計算： 11km*0.1/年*km +22km*0.25/年*km =6.6次/年 每次故障都將引起電壓幅值事件，并且可能存在4種不同的情況： ） 1秒持續(xù)時間的短時間電壓中斷。 ） 二次短時間中斷，一次為1秒，一次為5秒持續(xù)時間。 ） 二次短時間中斷，隨之出現(xiàn)一次電壓暫降。 ） 二次短時間中斷，隨之出現(xiàn)一次長時中斷。,短時間中斷的隨機(jī)預(yù)估年次數(shù),由于預(yù)估該饋線上每

37、年發(fā)生6.6次事件，所以其中， ）每年6.6次*75% =5.0次為所有用戶一次短時間中斷電。 ）每年6.6次*10% =0.7次為所有用戶二次短時間中斷電。 ）每年6.6次*15%=1.0次為永久性故障，即用戶將承受二次短時斷電和隨之發(fā)生的二次電壓暫降，或隨之出現(xiàn)的長時中斷電。 由該饋線供電的每一個用戶所承受的短時電壓中斷次數(shù)是相等的，即， 1秒持續(xù)時間的為5.0次/年， 1+5秒持續(xù)時間的為0.7次/年。,短時間中斷的隨機(jī)預(yù)估永久性故障次數(shù),長時間中斷次數(shù)則取決與在饋線上的不同位置。當(dāng)主饋線發(fā)生永久性故障時，所有用戶都將承受長時間中斷；當(dāng)分支線路發(fā)生永久性故障，則僅僅是由該分支線饋電的用戶

38、承受長時中斷。不同饋線，永久性故障的次數(shù)為： ） 分支A：8km*0.25次/年*km *0.15 =0.30次/年 ） 分支B：4km*0.25次/年*km *0.15 =0.15次/年 ）分支C：7km*0.25次/年*km *0.15 =0.26次/年 ）分支D：3km*0.25次/年*km *0.15 =0.11次/年,短時間中斷的隨機(jī)預(yù)估長時中斷次數(shù),饋線上不同的連接處，經(jīng)受長時間中斷的次數(shù)為： ）主饋線：0.17次/年 ）分支A： 0.17+0.30 =0.47次/年 ）分支B： 0.17+0.15 =0.32次/年 ）分支C： 0.17+0.26 =0.43次/年 ）分支D： 0

39、.17+0.11 =0.28次/年 不設(shè)置重合閘動作，而僅靠熔斷器清除分支線上的所有故障， 將只可能存在長時間電壓中斷，其次數(shù)為（線路長度故障率） ： ） 主饋線：11km（0.1次/年*km） =1.1次/年 ） 分支A： 1.1次/年+8km(0.25次/年*km)=3.1次/年 ） 分支B： 2.1次/年 ） 分支C： 2.9次/年 ） 分支D： 1.9次/年,短時間中斷的隨機(jī)預(yù)估數(shù)據(jù)比較,表所示為有重合動作和無重合動作條件下，長時間 電壓中斷和短時間電壓中斷次數(shù)的比較結(jié)果。,短時間中斷的隨機(jī)預(yù)估分析結(jié)果,分析結(jié)果 對于長時間電壓中斷敏感的設(shè)備或生產(chǎn)過程，顯然應(yīng)當(dāng)采取有重合閘設(shè)置的系統(tǒng)。因為這會使長時間中斷減少85%。 如果當(dāng)設(shè)備