電能質(zhì)量：對(duì)電壓驟降問(wèn)題的分析

電力現(xiàn)在被人們廣泛的使用，電能已成了人們使用最為普遍的能源了，電能也是一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力和發(fā)展水平的一個(gè)重要的標(biāo)志。保證電能的供應(yīng)穩(wěn)定關(guān)系到人們的正常生活生產(chǎn)的進(jìn)行，國(guó)家經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行和電網(wǎng)電氣設(shè)備的安全都有重要的意義。電能質(zhì)量的問(wèn)題已經(jīng)受到人們的普遍關(guān)注，關(guān)于電能的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)陸續(xù)的頒布。但是和歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我們還存在一定的差距，對(duì)電壓問(wèn)題還沒(méi)有進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的研究，對(duì)電能的認(rèn)識(shí)還停留在傳統(tǒng)的電壓，頻率偏差上。

電力配電系統(tǒng)中電壓的驟降是一中常見(jiàn)的電壓擾動(dòng)現(xiàn)象，其不論如何提高電力系統(tǒng)的可靠性，電壓驟降現(xiàn)象仍然存在，比如，大型發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)，電路的各種短路故障，因雷擊導(dǎo)致的電路保護(hù)動(dòng)作，倒閘開(kāi)關(guān)的操作等等這些現(xiàn)象都有很大可能造成電路電壓驟降的的情況發(fā)生。伴隨著科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)電路電壓的驟降越來(lái)越關(guān)注。

一、產(chǎn)生電壓驟降的原因

電能指標(biāo)中一個(gè)重要的指標(biāo)就是電壓驟降。電壓驟降是電能指標(biāo)中的一項(xiàng)重要組成部分。電壓驟降在電氣和電子工程師協(xié)會(huì)中的定義是，在電力供電系統(tǒng)中電壓的工頻有效值突然下降到了其額定值的10%-90%，并在隨后短暫的1min中之內(nèi)恢復(fù)正常的工作狀態(tài)。

產(chǎn)生電壓驟降的因素是多方面的，主要原因有：大功率的用電設(shè)備突然啟動(dòng)或加載時(shí)，電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)遭受到雷擊，電路發(fā)生短路，電路保護(hù)措施檢測(cè)出現(xiàn)故障等。和電力線路停電相比，電壓驟降的現(xiàn)象發(fā)生的次數(shù)頻繁，人們很難容易察覺(jué)，為此處理起來(lái)相對(duì)比較困難。

二、電壓驟降造成的危害

由于電壓驟降現(xiàn)象發(fā)生比較頻繁，是影響電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的主要因素，其能夠影響到電力系統(tǒng)中的每一個(gè)電力用戶。電力系統(tǒng)中的電力驟降現(xiàn)象的危害主要有：一是，信息產(chǎn)業(yè)造成巨大的影響，自動(dòng)化控制裝置的誤動(dòng)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的失靈等。二是，對(duì)敏感機(jī)械設(shè)備造成的危害，如對(duì)直流發(fā)電機(jī)的危害，當(dāng)電壓低于正常的 80%時(shí)就極有可能發(fā)生電路跳閘事故，而對(duì)于PLC控制器，每次電壓驟降或電路短路都會(huì)造成控制程序紊亂現(xiàn)象發(fā)生，而對(duì)于變頻調(diào)速器，當(dāng)電壓在120s內(nèi)持續(xù)的低于70%時(shí)，就會(huì)被退出運(yùn)行。四是，對(duì)人們的正常生產(chǎn)和生活帶來(lái)影響。五是，每次電壓驟降或者電壓波動(dòng)都會(huì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)少則10萬(wàn)-20萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)損失，多則達(dá)到上百萬(wàn)的經(jīng)濟(jì)損失。

三、解決電壓驟降的措施

從以上可以看出電壓驟降給我們的生活帶來(lái)了諸多的危害，為此必須采取措施解決電壓驟降所造成的損失。解決電壓驟降問(wèn)題一般采取以下幾個(gè)措施：

(一)降低電壓驟降發(fā)生的頻率，減少電路故障排除的時(shí)間。減少電路故障排除的時(shí)間也就是減少電壓驟降持續(xù)的時(shí)間，減少電壓驟降對(duì)機(jī)器設(shè)備造成的影響，以此減少造成的經(jīng)濟(jì)損失。

為了減少排除故障的時(shí)間，一般電路使用的是靜態(tài)短路器和電流限流熔斷器。

(二)改變電路網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，避免或降低電壓擾動(dòng)。這種措施主要是改變布線，使用特種的變壓器，比如k型的變壓器，提高設(shè)備的性能，導(dǎo)線加粗，針對(duì)敏感器材設(shè)備使用靈敏的防干擾保護(hù)措施，采用獨(dú)立回線，降低接地的電阻，避雷器配置和參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)等。

(三)提高電路設(shè)備的抵抗電壓驟降的能力。比如，使用電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組(MG)，利用電動(dòng)機(jī)的慣性當(dāng)電壓驟降發(fā)生時(shí)能夠保持發(fā)電機(jī)的電壓平穩(wěn)，電路變壓器使用磁諧振變壓器(CVT)，當(dāng)電路電壓驟降到正常電壓的70%時(shí)其仍能夠提供平穩(wěn)的電壓，唯一缺點(diǎn)是體積比普通的變壓器稍大。

(四) 電路中安裝電壓補(bǔ)償?shù)难b置。電路中安裝電壓補(bǔ)償裝置最典型的就是安裝，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)期(DVR)和不間斷電源(UPS)。電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)AC-DC逆變器輸出直流電壓，供給DC-AC逆變器，輸出穩(wěn)定的交流電壓供給負(fù)載，同時(shí)，電網(wǎng)電壓對(duì)儲(chǔ)能電池充電。當(dāng)電網(wǎng)欠壓或突然掉電時(shí)，UPS電源開(kāi)始工作，由儲(chǔ)能電池供給負(fù)載所需電源，維持正常的生產(chǎn)。由于生產(chǎn)需要，當(dāng)負(fù)載嚴(yán)重過(guò)載時(shí)，由電網(wǎng)電壓經(jīng)整流直接給負(fù)載供電UPS可以有效解決電壓驟降及短時(shí)間供電中斷等問(wèn)題。另外，負(fù)荷的全部功率要通過(guò)UPS進(jìn)行變換后提供，增加了系統(tǒng)損耗，降低了效率。

當(dāng)DVR串聯(lián)在敏感負(fù)荷上，發(fā)生電壓驟降時(shí)，帶脈沖寬度調(diào)制功能的DC-AC逆變器會(huì)合成一個(gè)幅值、頻率和波形受控的電壓，經(jīng)過(guò)串聯(lián)的升壓變壓器將這個(gè)電壓加到線路電壓上，可以在1/4周期內(nèi)對(duì)電壓驟降做出反應(yīng)，即將輸出的電壓升高到系統(tǒng)需要的電壓水平。逆變器的PWM調(diào)制波的基準(zhǔn)源為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，通過(guò)采集電壓波形與標(biāo)準(zhǔn)波進(jìn)行比較，能有效補(bǔ)償電壓諧波。提供電壓提升的能量是由直流電容器供給的。

DVR是目前國(guó)內(nèi)外最受關(guān)注的解決電壓驟降的裝置。雖然DVR串聯(lián)于線路中運(yùn)行，但由于只需補(bǔ)償電壓驟降部分的能量，所以，其設(shè)計(jì)功率只有負(fù)荷全部容量的1/5~1/3，價(jià)格優(yōu)于同容量的UPS，損耗也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后者，具有顯著的技術(shù)先進(jìn)性。

四、結(jié)論

由以上可知，電能質(zhì)量問(wèn)題中電壓驟降是一個(gè)特別突出的問(wèn)題，減少電力系統(tǒng)損失的關(guān)鍵在于，當(dāng)電壓驟降發(fā)生時(shí)能夠迅速，及時(shí)的進(jìn)行有效的控制和處理。電壓質(zhì)量檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)要不斷的健全完善，提高電能質(zhì)量的全面檢測(cè)能力，提高電力用戶對(duì)電壓驟降問(wèn)題的正確認(rèn)識(shí)，對(duì)電力驟降問(wèn)題較為敏感的電力用戶要幫助改善電路等措施減少電壓驟降所帶來(lái)的危害。減少電壓驟降不僅對(duì)電網(wǎng)安全意義重大，而且對(duì)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行也有重要意義。

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