配电网电压波动产生的原因及抑制措施

阐述了电压波动对运行中的电气设备产生的影响及危害，通过对电压波动产生的原因分析，提出了抑制电压波动的措施。关键词电压波动；影响；原因；抑制措施电压波动是指电压快速变动时其电压最大值（Umax）与最小值（Umin）之差相对于额定电压的百分比，即电压均方根值一系列的变动或连续的改变，公式为δU(%)=（Umax—Umax）/UN*100。按GB12326—1990《电能质量·电压允许波动和闪变》规定，电压快速变动应不低于每秒0.2%。电压波动的频率用单位时间内电压波动的次数来表示。统计频率的时段取引起电压波动的冲击性负荷一个周期，电压变化的速度低于0.2%的不统计在变化次数中，同一方向的变化，如间隔时间不大于30ms，则算一次变化。电力系统公共供电点由冲击负荷产生的电压波动允许值δU(%)，见表一。表１电压波动允许值额定电压（KV）电压波动允许值δU(%)10及以下2．535~1102．0220及以上1．6各种电气设备都是设计在额定电压下工作的，只有电网内各级电压符合标准，才能使用电设备处于最佳工作状态。当用户端电压波动超过允许值时，则用电设备的性能、生产效率、产品质量等都将受到不同程度的影响，供电线路损耗增加、电动机启动困难，另外还将影响通信、广播电视质量等。电压波动常给工业生产、科学研究和日常生活增添不少麻烦，有时会损坏设备，造成事故。表2为电压波动对一些设备的影响。表２电压波动对一些设备的影响(以电压额定值的100%为标准)设备名电压波动造成的影响某公司芯片测试仪当电压低于85%，芯片被毁，测试仪停止工作，内部电子电路主板故障。可编程控制器（PLC）当电压低于80%时，PLC停止工作，一些I/O设备，当电压低于90%，持续几个周波就会被切除。精密机械工具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。调速驱动器(ASD)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。交流接触器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。计算机当电压低于60%，持续12个周波时，计算工作将受到影响。直流电机当电压低于80%时，直流电机被跳闸。一、电压波动产生的原因1、短路故障引起电压波动。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所占比例分别约为66％、17％和17％。2、大型电动机启动时引起电压波动。现在，厂矿中使用的电动机功率越来越大，启动电流（为额定电流的4~7倍）所引起的电压波动是一个不可忽视的问题。启动电流不仅数值很大，且有很低的滞后功率因数，故电压波动将更大。3、由反复短时工作负载引起电压波动。这类负载的特点为负载作增减变化，且周期性交替。但交替的周期为不定值，其交替的幅值也为不定值。如吊运工件的吊车，手工焊接用的交直流电焊机等。目前，厂矿为节约用电，交直流电焊机均装设了自动断电装置。因此，在节约用电的同时，电动机的启动电流和焊接变压器的涌流却又加剧了所在电网的电压波动。4、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3min）断电，而其余用户又将再经受一次电压波动过程。5、带冲击负载的电动机引起电压波动。有些机械由于生产工艺的需要，其电动机负载是冲击性的，如冲床、压力机、轧钢机等。它们的特点是负荷在工作时间中作剧增和剧减变化，并周期性地交替。二、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1、对负荷变动剧烈的大型电气设备，采用专用线或专用变压器单独供电。2、设法增大供电容量，减小系统阻抗，如将单回路线路改为双回路线路，或将架空线路改为电缆线路等，使系统的电压损耗减小，从而减小负荷变动时引起的电压波动。3、减少配电网的故障。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。4、对于必须使用高敏感度设备的用户或使用大功率电弧炉变压器的用户，应选用短路容量较大的电网供电，或选用更高电压等级的电网供电。5、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。6、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。7、安装补偿装置。一般用户可采用稳压变压器、电磁合成器等较便宜的设备；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；对大型冲击负荷可装设能吸收冲击无功功率的静止型无功补偿装置（SVC）。电压波动使用电设备不能正常工作，甚至损坏设备，造成事故。根据有关方统计，电网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。通过对电压波动产生的原因分析，采取相应措施，可以有效抑制电压波动，控制电压波动在允许的范围内，确保用电设备正常运行。参考文献1肖湘宁，韩民晓等.电能质量分析与控制M.北京中国电力出版社.2004，4.2常波.配网电压波动分析.北京中国电力网.2008，6.