电网内电压暂降与短时间中断

2023/2/51电网内电压暂降与短时间中断

5.1概述电压暂降与短时间中断通常是相关联的电能质量问题。

电压暂降：指供电电压均方根值在短时间突然下降的事件，其典型持续时间为0.5-30周波。 幅度： 90%--1%（IEC）

90%--10%（IEEE）电压暂降的描述：暂降幅值：暂降时的电压均方根值与额定电压均方根值的比值。持续时间：从暂降发生到结束之间的时间。相位跳变：电压相位的突然变化。暂降频次电压中断：电压均方根值降低到接近于零时，称为中断（短时、长时） 幅度： <1%（IEC）

<10%（IEEE）2023/2/525电压暂降与短时间中断

随着用电设备的技术更新，敏感性设备的大量使用，对供电系统系统的电压质量提出了更高的要求。同时由于电压暂降的随机性。电压暂降与中断已上升为最重要的电能质量问题（国外占80%）

图为某一实测电压暂降的概率分布情况，多数电压暂降的幅值为额定电压的90％～70％。本章主要内容：

电压暂降与短时间中断的起因、预估、临界距离、凹陷域、不平衡暂降及检测方法。2023/2/535电压暂降与短时间中断5.2电压暂降与中断的起因主要原因：雷击：造成的绝缘子闪络或对地放电会使保护装置动作，从而导致供电电压暂降，这种暂降持续时间长，影响范围大；电机全电压启动：需要从电源汲取很大的启动电流，这一大电流流过系统阻抗时，将会引起电压的突然下降。暂降持续时间较长，但程度小；（黑启动）短路故障：可能会引起系统远端供电电压较为严重的跌落，可能引起中断；保护装置切除故障、误动以及运行人员误操作：可引起供电中断。具有故障自动恢复装置(重合闸等)的断电为短时间中断，而需要手动才能恢复的断电则为长时间中断。

2023/2/545电压暂降与短时间中断例：

故障发生后，故障线路1上的用户将承受一次电压暂降(实线)，并将承受随之而来的由于断路器切除故障所引起的电压中断的影响。 非故障线路2上的用户将仅承受一次电压暂降(虚线)

按上述方式配合时，将会对不同的用户带来不同的影响。一般暂态性质的故障经过一次重合可清除，但故障线路要经过一次或多次电压暂降或中断。2023/2/555电压暂降与短时间中断非故障线2和故障线路1上的实测电压波形(单相、两相和三相电压暂降占全部电压暂降的比例约为66％、17％和17％)2023/2/565电压暂降与短时间中断5.3短时间电压中断的监测与随机预估一、短时间中断：由于故障或检修而断开，在短的时间内重新供电的电压中断现象。短时电压中断发生的频率较高。中断类型

短时间电压中断

长时间电压中断

起因

1.瞬时性故障清除前，故障相线路经历短时间中断2.保护误动时，非故障相也会经历短时间电压中断3.运行人员误操作

1.永久性故障2.瞬时性故障时，重合闸拒动3.线路故障检修

故障恢复方法

自动恢复

手动恢复

具体措施

1.重合断路器，主要用于架空配电线2.自动切换至正常供电母线，多用于工业用电系统

手动恢复至正常供电母线

2023/2/575电压暂降与短时间中断二、短时间中断的监测目的：了解某一地区电压短时中断的概率分布，为改善电能质量提供数据。描述方式： 中断频次/年(月)

持续时间2023/2/585电压暂降与短时间中断中断平均次数

—在监测期间Ti内，由监测装置i观察到的在r范围内 的事件次数；

—事件发生平均值。持续时间概率密度f(r)函数和概率分布函数F(r)2023/2/595电压暂降与短时间中断某一典型的短时间电压中断统计结果实例注意:短时间电压中断次数的统计结果随监测点位置的不同而不同。越靠近负荷侧，短时间中断的次数越多。2023/2/5105电压暂降与短时间中断三、电压中断次数的随机预估 对重要的输配电线路的电压中断可能发生的次数进行估计是必要的。估计的前提条件：重合闸装置和熔断器的安装位置（时间配合、保护整定）重合闸装置多次重合每次的成功率线路长度及各线路的故障率。2023/2/5115电压暂降与短时间中断例：主馈线故障率：0.1次／(年·km)分支线路故障率：0.25次／(年·km)第一次重合成功率:75％，第二次重合成功率:10％，重合闸过程发生故障，断路器瞬时断开；断路器1s后重合；故障仍然存在，过电流使断路器再次瞬时断开；断路器5s后重合，闭合约1s时间，故障仍然存在，保持闭合到分支线路熔断器动作；熔断器熔断后，若故障仍然没有消失，断路器第三次断开，并保持断路状态（长时间断电）；2023/2/5125电压暂降与短时间中断有重合闸动作和无重合闸动作条件下，长时间电压中断和短时间电压中断次数的比较可见：设置重合闸与否要视用户对中断次数的要求而定

类型位置

长时间电压中断次数（次/年）

所有电压中断次数（次/年）

有重合闸

无重合闸

有重合闸

无重合闸

主馈线

0.21.16.61.1分支A0.53.16.63.1分支B0.32.16.62.1分支C0.42.96.62.9分支D0.51.96.61.92023/2/5135电压暂降与短时间中断5.4电压暂降对敏感用电设备的影响电压暂降和中断是影响大工商业用户的最主要的电能质量问题。由前面的讨论可知，当保护装置动作时该供电线路上将出现电压中断，而相邻线路上都将发生不同程度的电压暂降。因此电压暂降远比电压中断发生的次数多。所以从总体上来看，暂降所带来的损失是巨大的。暂降10%，持续时间大于0.1s的短时电压暂降就可使计算机系统紊乱。据IBM统计表明，48.5％的计算机数据丢失是由电压不合格造成的。一、CBEMA曲线与ITIC曲线 随着经济的快速发展，敏感设备的增加。20世纪80年代，美国计算机商业设备制造者协会（ComputerBusinessEquipmentManufacturingAssociation－CBEMA,现已改称InformationTechnologyIndustryCouncil－ITIC信息技术工业协会）基于大型计算机对电能质量的要求，提出了电压允许的CBEMA曲线。2023/2/5145电压暂降与短时间中断CBEMA曲线后来修订为折线形式的ITIC曲线ITIC：稳压容限：110%~90%(CBEMA:106%~87%

允许电压中断：<=20ms8.33ms)2023/2/5155电压暂降与短时间中断二、计算机与电子设备对电压暂降的敏感度分析

计算机与其他电子设备的电源结构极为相似，通常由一个二极管整流器和一个电压调节器（DC/DC换流器）组成，它们对电压暂降的敏感程度也是相近的。2023/2/5165电压暂降与短时间中断设电容量为C，电压暂降前与暂降期间直流侧电压值分别为Uo和U，直流侧负荷功率为P可见：纹波越小，性能越好。

2023/2/5175电压暂降与短时间中断三、典型设备受电压暂降影响冷却控制装置：对生产电子器件的厂家来说，在发生电压暂降的情况下，制冷用的大型电动机可能跳闸而停止工作；直流电机控制：在印刷与塑料生产中，发生电压暂降期间，直流驱动的控制器和卷绕机都可能断电，造成巨大的经济损失；

PLC:在工业生产中，PLC的某些部分对电压暂降非常敏感。机械装置：电压的任何波动，特别是电压暂降，都有可能引起自动装置或复杂机械的不安全运行；可调速装置：电压暂降可能引起可调速驱动装置跳闸。

2023/2/5185电压暂降与短时间中断5.5电压暂降幅值、临界距离与凹陷域故障PCC电压暂降对敏感设备造成影响给定敏感设备电压暂降允许值何处故障引起PCC电压暂降超过该值凹陷域一、辐射状配电系统的电压暂降幅值与临界距离ZF—故障点与PCC点之间的线路阻抗ZS—PCC点与电源之间的系统阻抗令(z为单位长度线路阻抗)，则

2023/2/5195电压暂降与短时间中断临界距离： 定义PCC电压降低到等于临界电压U时，故障点与PCC之间的距离为临界距离。（临界距离外发生故障时对设备无影响）

假设线路阻抗与系统阻抗的X／R值相等，则上式可得临界距离的计算公式为一般：2023/2/5205电压暂降与短时间中断二、非辐射状配电系统的电压暂降幅值与临界距离（如：双回线供电） 假设Z1和Z2为两条线路阻抗，Z0为系统阻抗，线路1在距电源p处发生故障，则负荷母线电压暂降为例5-2如右图可见：环网供电可使电压中断次数大大减少，但故障引起的电压暂降一般较辐射状配电系统故障引起的电压暂降严重2023/2/5215电压暂降与短时间中断

三、凹陷域

临界距离，描述了当PCC电压降低到等于临界电压时，故障点与PCC之间的距离，即当故障发生在PCC与临界点之间时，PCC处的敏感性负荷将受到严重影响。

将系统中发生故障引起电压暂降，使所关心的某一点敏感性负荷不能正常工作的故障点所在区域称为凹陷域。在凹陷域以内发生的相关故障引起的电压暂降，将使所关心的敏感性负荷不能正常工作；在凹陷域外:~~~~

在未来的电力系统中，电压凹陷域的分析可能会像潮流计算和短路计算一样，成为电力系统分析中不可缺少的一部分。2023/2/5225电压暂降与短时间中断5.6三相不平衡电压暂降

图5-16所示电压暂降的电压分配器模型，是针对三相故障而言的。

电力系统发生不对称故障时，将引起不平衡电压暂降。

分析方法：对称分量法，通过三个序网络分析。

如图所示为正序、负序和零序网路。2023/2/5235电压暂降与短时间中断一、单相故障

对于单相故障，三个序网应在故障位置处串联连接。以A相发生故障为例，图给出了单相故障的等值电路图。1、先在序网络中求出U1、U2、U02023/2/5245电压暂降与短时间中断2、再由变换关系求出三相电压2023/2/5255电压暂降与短时间中断两非故障相间的电压为与非故障时相比，该电压的变化量仅由正序和负序系统阻抗的差值决定。一般情况下，考虑正序和负序系统阻抗相等，则两非故障相间的电压不受故障的影响。非故障相的电压降包含三项：正比于正序系统阻抗的电压降，与该非故障相故障前电压方向相同；正比于负序系统阻抗的电压降，与另一非故障相故障前电压方向相同；正比于零序系统阻抗的电压降，与故障相故障前电压方向相同。2023/2/5265电压暂降与短时间中断进一步：假设：正序、负序和零序系统阻抗相等；正序和负序系统阻抗相等、正序和负序线路阻抗相等。

单相直接接地系统单相经阻抗接地系统故障相电压与三相故障时相同，而非故障相电压则不受影响两非故障相电压降相同，并仅包含零序分量2023/2/5275电压暂降与短时间中断

二、相间故障

对于相间故障，正、负序网络相并联

上面假设故障发生在b相和c相之间，即a相为非故障相，b相和c相为故障相。可知，非故障相的电压暂降依赖于正、负序系统阻抗的差值。通常可认为正、负序系统阻抗相等，因此，非故障相的电压不受相间故障的影响。2023/2/5285电压暂降与短时间中断5.7感应电机启动引起的电压暂降除短路故障外，引起电压暂降的另一重要原因是大容量感应电机的启动。感应电机启动时，将从电源汲取比正常工作时大得多的电流，其典型值为额定工作电流的5～6倍。假设电机额定功率为Sm，系统短路容量为Sdβ—启动电流与额定电流的比值可见：暂降与系统容量、电机功率及电机参数有关。2023/2/5295电压暂降与短时间中断5.8电压暂降特征量检测方法测量：暂降幅值、持续时间、相位跳变一、均方根值计算方法 采用滑动窗口，采样点取半周期的整数倍，否则数据无意义。对信号进行数字化处理之后，积分运算可采用下面的求和运算实现：

2023/2/5305电压暂降与短时间中断特点：到达暂降幅值与实际电压暂降起点之间有一个窗口长度的延时（过渡时间