配网系统中电压暂降问题的研究分析_胡舟

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期引言

随着现代工业及高科技产业的快速发展，新工艺、新技术广泛应用于国民经济各个领域，越来越多的电力用户采用了性能好、效率高但对电源特性变化敏感的高科技设备，电力用户对电能质量的

要求不断提高。

尤其是数字式自动控制技术在生产中得到大规模应用，基于计算机、微处理器的管理、分析、检测、控制的用电设备和各种电力电子设备在电力系统中也大量投入使用，它们比一般机电设备更加敏感，对供电质量的要求更苛刻，对配电系统可靠性提出更高的要求。与此同时，许多新型的电气设备在其运行中会向电力系统注入各种电磁干扰，对电力系统的安全运行和用电设备的正常工作造成的危害和影响不断增加，成为制约电能质量提高的重要因素。近年来，根据各个地方供电部门统计，电压暂降已成为电力用户诉求的一个突出问题。

1.配网系统中电压暂降问题的分析１．１电压暂降原因

导致电压暂降的根本原因是系统中某支路电流的短时增大，因此电力系统中短路故障、开关操作、变压器及电容器组的投切、大容量感应电机启动等都会造成电压暂降。其中雷击、感应电机启动和短路故障是引起电压暂降的最主要原因。

雷击引起的绝缘子闪络或线路对地放电都会使保护装置动作，

从而导致供电电压暂降。由于电力系统暴露在大自然中，

在雷雨季节的多雨地区，极易受到干扰，这种暂降影响范围大，持续时间一般超过１００ｍｓ。

感应电机启动时，将从电源汲取比正常工作时大很多的电流，其典型值为额定工作电流的５－６倍。启动过程中，电机转速上升达到额定值的时间一般约为几秒钟到１分钟，在此之前，电机电流一直维持较大值。电机启动引起的电压暂降所持续的时间与电机的许

多参数有关。

其中，电机的惯性是最重要的参数之一。电气转矩与电压的平方成正比，机械负荷转矩与电气转矩的差决定了电机的加速度，进而决定了启动加速的时间。

短路故障可能会引起系统远端供电电压较为严重的暂降，影响工业生产过程中对电压敏感的电气设备正常工作，甚至造成严重的经济损失。在一个特定的地点发生故障时的电压暂降的幅值取决于系统的阻抗、故障的阻抗、变压器的连接方式、系统的接地方式和暂降前的电压水平等因素。

１．２电压暂降问题调研近年来，海宁供电局曾数次接到电力用户的投诉，反应其用电设备因电压降低而跳闸，从而导致生产突然中断或重启。通过对有代表性的一些用户的用电设备对电能质量变化的敏感度进行全面、系统的调研发现，受电压暂降影响较明显的用户主要集中在经编、纺织行业。这类用户的共同特点是流水线生产作业，自动化程度高，大量采用变频器、电动机、直流整流及交流接触器等对电压暂降较

为敏感的装置；当系统电压降低到额定电压的８０％～８５％，

持续时间数十ｍｓ至上百ｍｓ时，就会导致这些敏感设备跳闸或停运，进而影响企业的正常生产流程，引起流水线作业的工艺流程闭锁。

１．３电压暂降的分析计算１．３．１电压暂降计算模型

电力系统中出现短路故障时，可通过对母线电压暂降幅值的计算，然后与允许给定电压作比较，从而判断是否对母线上某一敏感性用电负荷产生不利影响。另外，如果在已知允许给定电压的情况下，也可以确定系统中何处发生故障时会引起母线电压降低到超过该允许电压值，并进而确定使相关敏感性负荷不能正常工作的故障点所在的区域，即电压暂降域。

图1短路故障引起的电压暂降系统模型

图１所示为短路故障引起的电压暂降系统模型，其中Ｅ为系

统电压；ＺＳ为母线与电源之间的系统阻抗；ＺＦ为母线与故障点之间的线路阻抗。

在忽略负荷电流的情况下和假设短路故障阻抗为零的情况下，电源阻抗ＺＳ流经的电流ＩＳ为：

ＩＳ＝Ｅ／（ＺＳ＋ＺＦ）（１）当短路故障发生后，ＺＦ减小，ＩＳ增大，则母线电压为：Ｖｇ＝Ｅ－ＺＳＩＳ（２）故障后由于电源阻抗分压增加，母线电压下降，发生电压暂降。取Ｅ＝１，且ＺＦ＝ｚ＊Ｌ，其中ｚ为单位长度线路阻抗，Ｌ为故障点与母线之间的距离。将公式（１）代入公式（２）可得电压暂降幅值为：

Ｖｇ＝ＺＦ／（ＺＳ＋ＺＦ）＝ｚ＊Ｌ／（ＺＳ＋ｚ＊Ｌ）（３）定义母线电压降低到临界电压Ｖ时，故障点与母线之间的距

离为临界距离。假设线路阻抗与系统阻抗的Ｘ／Ｒ的值相等，

那么临界距离Ｌ临的计算公式为：

Ｌ临＝ＺＳ＊Ｖ／［ｚ＊（１－Ｖ）］（４）也就是说在临界距离Ｌ临内发生的相关故障将使母线上的敏感负荷非正常工作。

严格的说，以上计算公式只适用于单相系统。对于三相系统的三相故障，如果ＺＳ和ｚ采用正序阻抗，以上公式仍成立；对于单相故障，应采用正序、负序和零序阻抗之和，式中的电压为故障相的相对地电压；对于两相故障，应采用正序和负序阻抗之和，式中的电压为故障相之间的电压。本篇主要以对母线电压沉降影响最严重的三相短路进行计算分析。

１．３．２实例情况计算

①２０１１年０３月２７日１２：５５，斜桥变１０ｋＶ庆联２６２２线发生三相短路，速断保护跳闸、重合成功，动作电流３７．３５Ａ；故障点在４２＃－４３＃导线，故障点距离母线约２．６５ｋｍ。现对该案例进行详细分析计算。

故障发生时运行方式：斜桥变１＃、２＃主变低压侧分列运行，１１０ｋＶＩ、ＩＩ段母线并列运行。（见下图）

计算所用的数据如下：＃２变压器容量和短路电压百分比分别为：Ｓ＝５０ＭＶＡ，ＵＳ（％）＝１７．１１；选取基准容量１００ＭＶＡ；

根据公式（３）Ｖｇ＝ＺＦ／（ＺＳ＋ＺＦ）＝ｚ＊Ｌ／（ＺＳ＋ｚ＊Ｌ）可知，发生三相短路时，随着短路点靠近变电所母线，变电所母线残压呈下降趋势，最小处（即变电所出口处故障）残压为零。

以斜桥变为例：（见下表）以上计算时，１０ｋＶ母线阻抗取系统大方式。若取小方式，在相同点处发生相同类型故障，母线残压还要略小。

按照公式（３）代入数据可计算得到：Ｖｇ＝０．６７７５，Ｖｇ／Ｅ＊１００％＝６７．７５％，即１０ｋＶ母线电压降落到额定

配网系统中电压暂降问题的研究分析

胡舟韦安强

（海宁市供电局浙江海宁

314400）

【摘

要】配网系统中电压暂降问题对新型电力负荷的影响日趋严重，本文介绍了电压骤降的基本概念，并通过配网系统故障实例计算

分析电压暂降的原因、影响因素，并提出改善治理电压骤降的技术措施。

【关键词】电能质量;电压暂降;改善;治

理

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值的６７．７５％；

从故障录波器调出的记录，可看出１０ｋＶ母线电压降落到额定值的７４％。

考虑到系统运行方式、短路时的过渡电阻、录波电压读取误差等不确定因素，理论计算与故障录波存在一些误差。

在发生三相短路的情况下，由公式（４）代入数据可得：Ｌ０．４＝０．８２５Ｌ０．５＝１．２３７Ｌ０．６＝１．８５６

Ｌ０．７＝２．８８６

Ｌ０．８＝４．９４８Ｌ０．９＝１１．１３３以上计算的数据中Ｌ０．４＝０．８２５表示在距离１０ｋＶ母线０．８２５ｋｍ处发生故障会造成１０ｋＶ母线电压降落到额定值的４０％，即任何发生在馈线０．８２５ｋｍ内的故障都会电压降落到额定值的４０％甚至更低的水平。同理Ｌ０．５＝１．２３７表示任何发生在出线１．２３７ｋｍ内的短路故障都会引起电压降落到额定值５０％甚至更低。

从计算结果可以得出：离母线距离越近，其故障引起的电压暂降越严重，且这种趋势的变化不是线性，它服从一定的分布规律，如下图所示：

②２０１２年７月１４日１９：０８尖山变２０ｋＶ安江Ｃ５３４５线过流Ⅰ段保护动作跳闸、重合失败。动作电流ＡＢＣ三相４５．２４Ａ，线路上４２＃杆ＰＴ引线遭雷击，故障点距离母线约２．１ｋｍ。

根据公式（３）Ｖｇ＝ＺＦ／（ＺＳ＋ＺＦ）＝ｚ＊Ｌ／（ＺＳ＋ｚ＊Ｌ）代入数据计算可得：Ｖｇ＝０．１＊２．１／（０．２５７８＋０．１＊２．１）＝０．４４８９，即２０ｋＶ母线电压降落到额定值的４４．８９％．

根据变电所故障录波器录波记录如下：

２０１２年７月１４日１９：０８变电所２０ｋＶ母线电压

２０１２年７月１４日１９：０８变电所２０ｋＶ母线电流

由故障录波器录波记录可知，变电所２０ｋＶ母线电压沉降情

况：在这两次三相短路故障的１２个周波

（２４０ｍｓ）内，相间电压沉降到４５％正常电压左右、

持续时间为各１２周波（２４０ｍｓ）。与计算所得的４４．８９％相比，误差不大。

根据造成影响的用户反馈：用户高配２０ｋＶⅡ段母线在２０１２年７月１４日１９：０８，持续２４０ｍｓ、电压沉降到４５％的两次瞬时低电压；与实际情况符合。

2.电压暂降问题的改善治理目前，国外针对电压暂降的解决策略通常为由原来要求从供电侧解决问题，逐步转变成深入到用户侧生产设备来解决问题。根据有关的调查表明，在任何一级设备上治理都可以改善电能质量，而

花费的费用与时间却不同。

电压暂降从电力供应源头治理到整条生产线的治理、设备级的治理，再到设备控制级的治理，治理费用以数

量级的比例下降。因此从治理的成本及有效性来说，

更提倡在设备末端进行治理，甚至是深入到设备内部的电气控制元器件处治理，这样的费用可能只是整个设备治理费用的１／１０。越是靠近末端进行治理，所花费的成本越少，亦能达到同样的治理效果。

针对电压暂降的危害，目前可行的改善治理措施可以从以下几个方面来考虑：

２．１电力系统方面

２．１．１加强设备日常维护，减少故障发生加强设备运行维护，提高设备健康水平，防止外力破坏，是最根本和基础的措施。

此外，可对架空线加外绝缘，对架空线入地化，地下电缆受恶劣天气影响的程度小，地下电缆的故障率要比架空线路的故障率低。

２．１．２优化电力系统运行方式

通过优化电力系统，可以有效降低电压骤降问题的严重性，这

类方法通常需要很高的代价。下面列出几种具体的措施：（

ａ）对于辐射状的系统，可以减少同一母线上的出线的条数，以限制故障数目。通常对重要敏感负荷进行单独供电，以减少其它线路的影响；或是

在系统中的关键位置安装限流线圈来增加与故障点间的电气距离，

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（上接第１１８页）

６ｋＶ开关柜母线上及配电设备发生的弧光短路故障，保证电气设备

的安全运行。但若因６ｋＶ母线电弧光保护配置不当，

电弧光保护装置不可靠而误动作，造成６ｋＶ母线及其上的动力回路失电，

甚至造成机组跳闸。由于弧光保护动作后闭锁备用电源自投，弧光保护动作造成６ｋＶ母线失电后备用电源不起作用。

４．２弧光保护不正确动作的后果严重，因此必须保证弧光保护装置的完好性，做好弧光保护的运行维护和管理工作，减少回路干扰，保证保护装置的运行可靠。本次动作后制定的防范措施如下：

４．３为了防止弧光传感器误动，对所有弧光传感器进行了检查，对辅助单元过长的通信线进行了重新处理。

４．４把辅助单元内原设置的弧光动作信号由保持更改为不保持。

４．５将６ｋＶ母线上弧光保护过电流动作整定值由原来的１．５Ａ（一次电流６ＫＡ）调整为２Ａ（一次电流８ＫＡ），防止母线上大动力启动时弧光保护的过电流误动作，以提高弧光保护装置的动作可靠性。

４．６由于运行规程没有明确规定弧光保护必须投入，暂时将两台机共八段６ｋＶ母线的弧光保护投信号，退出两台机所有６ｋＶ母线的进线分支及备用分支的弧光保护装置的出口压板，拆除两台机所有６ｋＶ母线的弧光保护装置闭锁快切的回路接线。

４．７结合母线停役对弧光保护装置的动作电流进行试验，检查电流闭锁的可靠性，检查弧光传感器的动作性能。

４．８弧光保护投信号期间，检修及运行人员加强弧光保护运行

情况的巡视检查，监视、

记录弧光保护弧光传感器的运行情况并进行运行可靠性分析。

结论

弧光保护作为一种原理简单、动作快速可靠的新型保护，已经开始应用于发电厂、变电所等领域，但由于弧光保护不像其它保护那样有成熟的现场应用经验，且弧光传感器的工作可靠性易受环境

的影响，一旦误动将可能造成整段母线失电甚至跳机。

因此，要及时发现并消除该型保护装置存在的缺陷，不断总结经验教训，提高６ｋＶ母线系统的安全稳定性，确保电气设备的安全、可靠运行。参考文献：

［１］郑威《ＶＡＭＰ３２１电弧光保护系统在电力系统保护中的应用

和研究》

机电技术２０１２年０５期．［２］田光青《电弧光保护及其在中低压开关柜和母线保护中的应用》电工技术杂志，２００４（０１）．

［３］ＶＡＭＰ２２１电弧光保护系统技术手册．作者简介：倪颖女职称：高级工程师现从事继电保护和励磁系统及自动装置的检修管理及日常维护工作

熊召法男职称：工程师现从事火电机组、

风电机组、光伏电站等继电保护及自动装置的调试、

试验工作；负责火电厂、风电场、光伏太阳能等新能源领域技术监督工作。

但是这样可能增加某些用户的骤降深度。（ｂ）优化网络的运行方式。线路串供的变电站越多，该线路的故障概率越高，对电压质量的影响也越多，应尽量减少这种运行方式。系统和变电站内部尽量采用分裂运行方式，缩小电压暂降的影响范围。使得短路故障发生时用户设备处的电压扰动最小。

２．２用户侧方面

２．２．１提高设备的抗扰动能力

用户应该在选择设备时首先考虑自己作为电力需求方对电力供应的要求，了解自己设备的敏感度问题，进而在设备订货合同上向制造商明确有关的技术要求，使设备对电压骤降具有某种程度上的抗干扰能力。

２．２．２安装缓解装置对于用户来说，重要的敏感负荷采取保护措施；普通负荷采用电力调节器隔离电压扰动，以提高设备忍受电压骤降的能力。目前应用的有如下几种补偿装置：

（ａ）不间断电源（ＵＰＳ）。但是ＵＰＳ主要用于提高信息处理系统的供电可靠性，其容量一般在１ｋＷ至１ＭＷ之间，很难解决综合性敏感负荷的供电质量问题，并且售价昂贵。

（ｂ）动态电压补偿器（ＤＶＲ）。由于ＤＶＲ装置只补偿系统电压中因干扰而缺失的部分，无需承担负荷所需的全部电压，因此与ＵＰＳ相比容量可以更小，通常只需负荷容量的１／５－１／３，造价可以大大降低。ＤＶＲ被看作是减轻电压暂变影响的有利措施。在系统和负荷间同步串联注人三相交流电压，并控制电压的幅值和相位，以消除故障对敏感负荷的影响，用于对供电可靠性和电能质量要求较高的用

户。

（ｃ）超导储能设备（ＳＳＤＳ）．ＳＳＤＳ用超导磁体储存能量，相当于

ＵＰＳ中的蓄电池，与ＵＰＳ相比，规格小、造价高。

（ｄ）恒压变压器（ＣＶＴＳ）。ＣＶＴＳ是变比为１：１，工作在过饱和状态

下的变压器，其输出电压可保持不变。

但其工作在过饱和状态下，属于非线性元件，会增加系统的谐波含量，影响电能质量指标。

（ｅ）电磁合成器（ＭＳＳ）。ＭＳＳ用于大型负载，如大型ＡＳＤＳ和大型计算机等敏感设备，可弥补ＵＰＳ和ＳＳＤ的不足。

结束语

随着配网系统规模的日益扩大，用户对电能需求的不断增大，对电能质量要求的不断提高，电压骤降问题已经成为电力企业和用

户共同关注的问题。重视电压骤降问题，

并着手对电压暂降的有效治理，将是一项需要电力行业与电力用户长期共同应对的重要工作。参考文献：

［１］李娟娟，李天友，蔡金锭．泉州地区电网电压骤降的分析及建议．电力设备，２００６（３）：５３－５５．

［２］周皓．电力系统电压暂降的简述．电气应用，２００７（７）：２８－３１．［３］张哲，卢本初，陈红坤．电力系统中电压骤降特性及其传播．电力科学与工程，２００４（４）：４７－５１．

［４］丁永，周长新．配电网电压骤降问题及对策．天津电力技术，２００６（３）：４７－４８．

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