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配电压波动分析

随着国家经济的飞速发展，电能已作为一种清洁能源被广泛应用，目前，伴随着新技术、新设备、新工艺在电力产业发展中的应用，电力企业已由粗放型发展向集约型发展转变，在生产管理和技术应用上，不断地追求精细化。现在对于电力企业的要求是，不光要能提供充足的电能，还要能提供高质量的电能，而且越来越多的工业生产和电子设备，对电中电能的质量提出更高的要求。提供高质量的电能已经成为电力企业运行与管理水平高低的重要标志，控制和改善电能质量也是保证电力企业自身可持续发展的必要条件。

根据有关方统计，电中电压波动是引起电能质量问题主要原因。电压波动引起的用户投诉，占整个电能质量问题的80% 以上；而由谐波、断路器操作过电压等引起的电能质量问题约为20% ，在我国这个比例更高。因此电压波动问题的严重性受到世界各国电力行业的广泛重视，在20 世纪90 年代，先后研究电系统的电压波动，20 世纪90 年代后，国外学术期刊关于电压波动影响的讨论明显增多，某些理论成果已经用于工程实际，为避免电压波动的危害起到了积极的作用。随着我国国民经济的快速发展，工业生产的自动化水平不断提高，各种敏感设备如可编程控制器（PLC ）、调速驱动器（ASD ）、计算机（PC） 在工业负荷中所占比重日益增多。同时由于电压波动而造成用户设备受到影响的投诉办公家具越来越多，引起我国电力企业对以电压波动问题为主的电能质量问题的关注。

1 电压波动产生的原因

当配电系统中发生短路故障、雷击、断路器操作、变压器、电容器组的投切以及所带感应电机的启动等事件时并能自动中断操作，均会引起电压波动。其中，短路故障、雷击和所带感应电机的启动是引起配电中电压波动的最主要原因。

相比雷击和电机启动，短路故障引起的电压波动最为严重，也是灵敏设备误动作的主要原因。短路故障发生后，短路点附近节点电压下降，电压波动发生；随着故障消失，短路点附近电压恢复正常，电压波动结束，因而电压波动的持续时间取决于故障清除时间。短路故障引起的电压波动可以分为两类：对称电压波动（三相短路故障引起）和不对称电压波动（单相接地短路、两相短路以及两相短路接地引起）。配电系统中的多数故障为单相接地故障，该故障是产生电压波动的最主要原因。据统计，单相、两相和三相电压波动占该类速腾配件电压暂降的比例分别约为66％、17％和17％。

目前多数供电企业通过断路器拉合逐段查找线路故障的方法，也是产生电压波动的重要原因。当配电线路发生短路故障时，保护动作将故障点切除，尔后又自动重合成功，这样一个过程对于故障线路上的用户，将有一次短时断电，而对于邻近（同一供电母线） 的相关用户，一般会经受一次电压波动过程。如果重合不成功，故障线路再次断电，则故障线路上用户还可能被长期（大于3 min）断电，而其余用户又将再经受一次电压波动过程。

2 电压波动的危害

对于当今供电企业来说，可靠稳定的供电质量才能赢得用户的认可由于没有了鉴戒，从而不断地扩大营业面。然而，配电中不断出现的电压波动严重影响了用户使用信心。

在北京电力公司昌平供电公司进行的多次供电保障中，就曾出现由于电压波动而造成用户设备停机重起的事故。特别是对某卫星地面站进行供电保障中，由于给其供电的线路所连接的母线，发生短路故障产生电压波动，从而造成卫星地面站内精密电子设备停机，造成不良影响。这次事件说明了电压波动危害性。

在昌平地区，供电公司配电运行人员就根据其能测试的最大实验力（加载容量）的不同、载荷传感器也分50N用、5kN用等不同种类曾对10 kV 马坊路通过断路器的反复拉合查找事故，使其线路以及同母线线路产生电压波动，致使部分用户电压瞬间达410 V， 造成设备的损坏。

在社会生产领域，高科技孕育大量电子企业，其生产往往伴随着大量精密电子控制系统的广泛使用，同样参缩管机与生产的过程控制装置PLC 、工业机器人等都是对电压波动十分敏感的负荷，表1详细列举了电压波动给各种敏感设备带来的不良影响。

表1 电压波动对一些设备的影响(以电压额定值的100%为标准)

由机器人控制的精密加工机械，为保证产品的质量和安全，工作电压门槛值一般设为90%，当电压低于此值，持续 2～3 个周波时跳闸。

当电压低于70%，持续时间超过6 个周波时，ASD被切除；而对于一些精细加工工业中的电机，当电压低于90%，持续时间超过3个周波时，电机会被跳闸而退出运行。

有报告表明当电压低于50%，持续时间超过1个周波，接触器就会脱扣；也有报告表明当电压低于70%甚至更高，接触器就会脱扣。

在现代工业中，广泛应用着这些设备，任一设备的作业中断都将可能导致整个流水线、甚至全厂作业的中断，造成的损失非常巨大，因此工业用户对供电质量的要求比其中单个敏感用电设备更高。尤其是当今个人计算机的应用十分普遍，当电压下降到额定值的60%及以下时，可能造成计算机程序紊乱，数据丢失。这也就是一些重要的计算机设备都要装配不停电电源（UPS）的原因。同样，对基于单片机原理的数控设备、复印机、银行自动提款机等都会遇到类似的问题。

3 电压波动的抑制措施

3.1 电压波动问题的现状

由于电压波动和短时中断的成因比较复杂，而且有很大比例的成因是不可控的。所以，想从成因上阻止电压波动和短时的发生难度很大，可以说不可能彻底避免其发生。

换个角度考虑，电压波动之所以危害很大，就是因为很多用电设备对其太过敏感。降低设备对电压波动和短时中断的敏感度，提高其抗扰动的能力，就可以让用户把损失降到最小，甚至可以完全避免由于电压波动和短时中断所带来的损失。

3.2 电压波动抑制措施

电压波动主要由系统故障和干扰引起，对不同要求用户造成的危害程度与其用电设备对电压波动的敏感度有关。因此，要减少电压波动的影响，需要供电方、设备制造方以及用户等各方面的协力合作，共同解决。目前，抑制电压波动的主要措施如下。

减少配电的故障。供电方可以从检查事故的一般起因着手，例如动物接触带电体、污闪、架空线碰触树木及遭雷击等， 采取相应措施，比如增加线路清扫、安装线路避雷器等减少或杜绝这类事故的发生。

降低设备对电压波动的敏感度。用户在设备订货合同上向制造商明确这方面的技术要求，使设备具备一定的抗电压波动能力；或通过调整内部某些环节参数来解决。如果电压波动是由于用户大电动机启动引起的，应改进启动方式（如由全压启动改为降压启动，由硬启动改为软启动等）或增加公共连接点（PCC ）的短路容量。对于必须使用高敏感度设备的用户，在目前供电企业对此类用户为消除电压波动的影响，一般采取让对电能质量要求高的用户，提高其供电等级或专路电缆供电的方式。

加装补偿装置。一般用户可采用稳压变压器、电磁合成器等较便宜的设备，减少电压波动造成的停产事故。由于用户在承受多次电压波动的同时，也要承受为数相对较少的断电事故， 对供电电压波动敏感的用户可采用比较昂贵的不间断电源系统（UPS）、固态切换断镀锌滚筒路器（SSTS）或动态电压恢复器（DVR）等灵敏、快速的电压波动补偿装置。

随着电力市场的开放，供用电双方要签订买卖电合同，在合同中必定有电能质量条款。因此，电压波动作为最严重的电能质量问题之一，是一个值得深入研究和探讨的内容。目前，电压波动与相关的电能质量问题是新技术的研究课题，至今还没有一个关于电压波动的专用标准，它的测量统计方法与可靠指标也处于研究阶段，但电压波动问题却越来越突显在我们供电企业的面前。

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