电力系统电压跌落的研究

1、电力系统电压跌落的研究2006年第8期(-It州电力技术)(总第86期)电力系统电压跌落的研究贵州电力调度通信局王国松5501302三峡大学职业技术学院周皓443002解放军重庆通信学院李云虎400035摘要对动态电能质量问题中最主要的电压跌落问题进行了研究,分析了电压跌落的原因,传播过程及对电力系统的危害.并在此基础上对电压跌落进行了分类,提出了评估指标,最后提出了应对电压跌落问题的措施.关键词电能质量电压跌落设备敏感曲线1绪论电能是一种特殊商品,既具有以商品形式向用户售出的性质,有具有为千百万用户服务的公用事业性质.电能质量的优劣对电网和电气设备的安全,经济运行,保证产品质量和科学实验以及

2、人民生活和生产的正常运行均具有十分重要的意义,直接关系到国民经济的总体利益.1989年欧洲共同体制定了电能的全面标准,1992年欧洲电工标准化委员会(CEm:uC)正式颁布公共配电系统供电特性文件(CENE.I.ECCI.E/B1686(sec)15),作为欧洲对电能的统一标准,并已为国际电工委员会(皿C)采用,其中就有关于电压跌落的规定.随着电压跌落问题在电能质量诸多问题中的日益突出,很有必要对电压跌落问题做一个比较深入全面的探讨.Voltagesag在电工词典上的译名是短时间电压下降,即指在短时间内(通常指半个Hz至1rain)供电系统电压突然下降,且超出正常电压偏差允许值然后又返回到正常

3、的电压水平.电压跌落深度则定义为电压额定值与电压跌落过程中的最小值之差.美国IEEE推荐标准(IEEEStd.11591992)中对Voltagesag的定义为:工频电压的有效值的下降,其持续时间为lOmslmin.另外有的文献将相移也作为描述电压跌落的特征量之一【2J.2电压跌落的原因大部分电压跌落是由于雷击和输电线路短路故障引起的.感应电动机的启动等也会引起电压跌落,但这种电压跌落一般并不严重.雷击引起的绝缘子闪络和线路对地放电是造成系统电压跌落的主要原因.由于电力系统中的大多数设备是暴露在露天的,在雨季或多雷地区,暴露在?32?露天的运行设备很容易受到雷电干扰.因雷击引起的电压跌落约占总

4、数的6o%左右,并且持续时间超过5个周期.系统故障是引起电压跌落的另一重要原因.目前配电系统中的线路主保护一般是分段式电流保护,该保护最大的缺陷就是在线路故障时不能做到无延时地切除故障.即使是无延时保护,其固有动作时间也要36个周期,因此在故障期间,线路上的敏感负荷将被迫退出工作.如线路上装有重合闸装置时,由此引起的电压跌落次数将成倍增加.故障引起的电压跌落的幅值大部分在30%额定值以下【1.3电压跌落的危害电压跌落的危害:电压跌落和瞬时中断已被认为是影响许多用电设备正常,安全运行的最严重的动态电能质量问题.电压跌落对现代社会造成的危害主要有以下4个方面【2】.(1)电压跌落对人们的日常生活有

5、很大的影响1999年l1月9日,中国国际广播电台报道了美国商业周刊的一名编辑被困在电梯内长达40h,以心理和身体受严重伤害为由向办公大楼的物业管理部门提出索赔2500万美元的要求.此次电梯故障是由于供电系统突然降压1s造成的.(2)电压跌落对信息业有很大的影响据估计80%服务器出现瘫痪以及用户端45%左右数据丢失和出错均与电压跌落有关.(3)电压跌落对大型敏感工业用户造成很大的危害;(4)电压跌落对现代社会广泛应用的电子设备影响也很大:有的研究表明当电压低于5O%额定电压,持续2OO6年第8期<贵州电力技术>(总第86期)时间超过lHz时,接触器就会脱扣;而有的研究表明当电压低于7

6、O%额定电压甚至更高,接触器就会脱扣.对早期的可编程控制器(PLC),当电压低于10%U,仍能持续工作15Hz;新版产品,当电压低于5o%,N时,PLC停止工作;当电压低于8l%时,PLC停止工作;一些I/O设备,当电压低于90%,持续时间仅几个Hz就会被切除.4电压跌落的分类及其特性根据引起电压跌落的原因,可以将电压跌落分成3类:第1类叫FRS(faultrelatedsags),即与故障有关的电压跌落;第2类叫MSRS(motorstartingrelatedsags),即与大型电动机的启动有关的电压跌落;第3类叫MRRS(motorreaccelerationrelatedsags),即

7、与电动机的再加速有关的电压跌落,也就是大型电动机运行和故障之间的相互作用对电压跌落的特性有重大的影响.这3种类型的电压跌落具有明显不同的特性.对于FRS,跌落开始下降和最后恢复都非常迅速;对于MSRS,跌落事件的恢复需要很长的时间,通常为几百IIls到几s;对于MRRS,在故障开始的时候,大型电动机作为电压源,因而减少了电压降,当故障清除以后,电动机再加速加深了电压跌落导致延长了电压跌落的恢复时问L2】.三种类型的特性如图l所示.t,.图1FRS的特性示意图图2MSRS的特性示惹图一般情况下,用来描述电压跌落特征的参数主要有3个:一是电压跌落的幅值,即电压发生突然下降后的电压幅值大小,常用电压

8、幅值跌落深度(MF=,)来表示,其中指跌落前的电压有效值,表示电压跌落时的有效值,发生不对称电压跌落时,指电压基波正序分量的有效值;二是电压跌落时的相角跳变,指电压跌落前后相位角的变化,不对称电压跌落时,指电压基波正序分量的相角变化;三是电压跌落起止时刻,即电压跌落的持续时问.图3MRRS的特性示意图5电压跌落传播过程分析配电系统电压跌落传播过程分析主要包括两方面内容1:(1)变压器运行方式对电压跌落传播的影响.输电系统故障引起的电压跌落将会通过变压器耦合到配电系统,因此运用变压器建模方法及故障分析方法等,详细分析不同故障类型和不同变压器接线方式下的电压跌落的传播特性,将有助于进一步认识电压跌

9、落的传播过程.目前国外在这方面已经做了大量研究,国内的研究刚起步,但是我国的配电系统运行方式与国外的运行方式有较大差别,因此结合我国配电系统的实际运行方式,掌握变压器在电压跌落传播过程中的作用,将是国内研究的方向.(2)对某一点电压跌落凹陷域的分析.主要是在已知系统结构的情况下,运用故障分析方法,实现对某一点电压跌落凹陷域的分析.故障若发生在凹陷域内,电压跌落则会影响本点的工作;凹陷域以外的故障,电压跌落则不会影响本点的正常运行.目前主要应用的分析方法有:临界距离法和故障点法.临界距离法通过确定当母线电压降低到所设定的临界电压时故障点与所关心母线之间的距离,从而得到该母线的临界域,若故障发生在

10、此临界域内,则对敏感负荷有不良影响.故障点法先粗略分析各种可能发生的故障对敏感负荷产生的跌落影响,然后对各种故障类型进行仿真或短路计算,得到跌落幅值,相移和持续时问等特征量,再据此准确地判断可能带给所关心负荷不良影响的故障所在区域,即凹陷域.临界距离法原理简单明确,但没有计及跌落持续时间对敏感负荷的影响.故障点法可考虑各种故障情况及各个特征量对凹陷域的影响,但较复杂,计算量大.?33?2OO6年第8期贵州电力技术(总第86期)6电压骤降影响的评估评估电压骤降影响的方法要基于电力网的电压骤降特性,规律(电压骤降的幅值,持续时间和发生频率等)和负荷(或工业过程)的敏感曲线(容许曲线)两者的结合.从

11、根本上来讲,电压骤降的评估方法有两大类,即基于实测数据的方法和基于理论分析的预测方法L8J.基于实测数据的评估方法以美国工程师R.C.Dugan提出的方法为代表,包括类似于SAIFI的指标SARFIx(系统平均有效值波动频率指标,systemaverageRMS(variation)frequencyindex)以及从属的3个子指标,分别针对即时,瞬时和暂时电压骤降.该方法简化了电压骤降的分类,指标并不完备.实测方法的缺陷是在其研究的时间段内,得到的指标在概率意义上的置信度不高,而长期的测量结果在目前世界各国都难以得到.对于用户的敏感设备,可以由公共连接点(PCC)上的负荷工业过程的电压(V.

12、)一持续时间(D)曲线所表示的敏感曲线来建模.西方工业界使用最广泛的设备敏感曲线是CBEMA曲线,得名于提出该曲线的组织CputerBusinessEquipmentManufacturersAssociation(CBEMA).该曲线最初用于描述大型计算机对于电压骤降等的耐受能力,但其后被工业界所接受和推广应用到可调速驱动设备(ASD),荧光照明设备,基于计算机和微处理器的负荷以及其他一般负荷.获得CBEMA曲线成为低电压事件尤其是电压骤降的评估中不可缺少的一环.该曲线一般可以简化为图4所示.可将敏感曲线表述为两状态模型,如图5所示.图4简化后的敏感曲线图5两状态模型7电压跌落问题的控制措施

13、与方法为减少电压跌落对敏感负荷的影响,仅从电力?34?系统着手,无法彻底防止问题的发生.由于用户对电能质量的要求日益多样,因此从技术成本上考虑,对电压跌落问题采取的措施要从供电部门,用户与用电设备厂商等多方面考虑.供电部门的措施:提高供电可靠性.供电部门可采取的措施有:降低线路故障发生的可能性;an快故障切除时间;采用快速动作的继电保护装置;架设双回输电线路等.此外,还可以提供用户敏感设备电压跌落的可能性评估,为用户和电力部门提供规划阶段的成本或效益的定量分析和方案比较,安装必要的设备以抑制和消除电力扰动.迄今为止,解决电能质量问题的装置很多,对电压跌落起抑制作用的装置有以下几种:蓄电池储能系

14、统(BESS),动态不间断电源(DUPS),机械切换开关(DUl1),超导磁能系统(s),静止电子分接开关(sErI),固态切换开关(SSTS),静止无功补偿器(SVC),不间断电源(UI】s).就用户而言,可以对负荷进行调整,使负荷减少敏感程度.当负荷的电能质量要求特别高而单靠电力企业无法在短时期满足其要求时,与用户共同采取措施,降低负荷敏感程度和降低电能质量不良程度来克服困难.就设备制造商而言,对设备灵敏性进行研究,使设备具备对某种程度内电压下跌的免疫力,制造部门提供的产品说明书中应有类似rI.IC电压容限曲线,并标明该曲线的实用条件.参考文献1吴刚,滕云,潘永刚.电力系统电压跌落相关问题初探.华北电力技术,2OO4,4:14.2吴玉蓉,刘会金,孙丽萍,等.电能质量问题中的电压跌落.电力建设,2OO2,8:6467.3王宾,潘贞存,徐文远.配电系统电压跌落幅值估算分析.中国电机工程,20O5,13:2934.4熊玲玲,刘会金,傅志伟.基于小波包变换的电压骤降信号分析.继电器,2OO4,11:812.5金燕云,罗毅,涂光瑜.配电系统电压跌落问题的研究.继电器,2003,10:5662.6王宾,