造成暫態(tài)電能質(zhì)量原因及常見問題分析

    電能質(zhì)量問題是一個(gè)跨學(xué)科的邊沿性課題，也是當(dāng)前及今后相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)電力部門及其用電部門所面臨的一個(gè)極嚴(yán)峻問題。一般而言，電能質(zhì)量問題可以劃分為穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題和暫態(tài)電能質(zhì)量問題。

　　穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題的研究已趨于深入，它是電能質(zhì)量的主要方面，影響范圍廣，程度深，其主要性能指標(biāo)是：電網(wǎng)頻率、電壓偏差、不平衡度、諧波、電壓閃變，目前，IEC及我國均有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)（國內(nèi)為GB標(biāo)準(zhǔn)），此方面的檢測設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)、專業(yè)性的分析仿真軟件、工程治理手段均較成熟，而且越來越被大家所熟知和接受。

　　暫態(tài)電能質(zhì)量問題的研究起步較晚，國內(nèi)剛剛有所認(rèn)識(shí)，它屬于穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題的延伸，影響范圍小，但后果卻比較嚴(yán)重；暫態(tài)電能質(zhì)量問題其實(shí)質(zhì)就是暫態(tài)電壓質(zhì)量問題，或者電網(wǎng)遭受外來干擾侵襲及內(nèi)部故障、操作所帶來的系統(tǒng)沖擊問題，其主要性能指標(biāo)是：電壓脈沖、浪涌、電壓跌落及瞬時(shí)電壓中斷，目前國際國內(nèi)還沒有此方面的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但一般采用其指標(biāo)參數(shù)的幅值和持續(xù)時(shí)間來描述（有時(shí)考慮其上升下降率、發(fā)生頻度等）。目前，在所有暫態(tài)電能質(zhì)量問題中，電壓跌落的影響最為普遍。

　　暫態(tài)電能質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜，發(fā)生的頻度較為偶然，它主要是系統(tǒng)遭受外來干擾、或內(nèi)部故障、或正常操作情況下發(fā)生，而且與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)聯(lián)系強(qiáng)度、感覺設(shè)備（敏感負(fù)荷）的用電特性等因素有關(guān)；相同的干擾在不同的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及聯(lián)系強(qiáng)度下產(chǎn)生的效果指標(biāo)參數(shù)不同，相同的干擾在相同的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及聯(lián)系強(qiáng)度下對(duì)不同的響應(yīng)源（敏感負(fù)荷）所感受的程度及產(chǎn)生的效果也不相同。一般來說，擾動(dòng)能量的傳遞遵循由高電壓等級(jí)損失較小地向低電壓等級(jí)傳輸，同時(shí)在同電壓等級(jí)之間根據(jù)聯(lián)系緊密程度也進(jìn)行傳輸。引起暫態(tài)電能質(zhì)量問題的主要原因可歸結(jié)為以下幾個(gè)方面：
　　1、電力系統(tǒng)短路故障
　　這是最普遍、最明顯直觀的干擾因素。電力系統(tǒng)的短路故障總是伴隨著瞬間的電壓跌落、中斷，這種擾動(dòng)傳播的強(qiáng)度與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及電器參數(shù)存在密切的關(guān)系。另外，這種擾動(dòng)同樣能夠由低電壓等級(jí)向高電壓等級(jí)傳播，只不過范圍及強(qiáng)度較弱而已。
　　短路干擾產(chǎn)生的跌落幅值可通過理論計(jì)算或數(shù)字模擬或動(dòng)態(tài)模擬獲取，其手段可根據(jù)具體情況選擇，例如成熟的短路計(jì)算、MATPOWER(開放式專業(yè)化的計(jì)算仿真工具)，國內(nèi)也具有相當(dāng)水平的動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)站（電科院、西高所）對(duì)實(shí)際電網(wǎng)進(jìn)行模擬操作。這種干擾所持續(xù)的時(shí)間與系統(tǒng)的保護(hù)設(shè)置及保護(hù)設(shè)備、開關(guān)設(shè)備的固有動(dòng)作時(shí)間有關(guān)。一般短路故障從發(fā)生到切除基本持續(xù)5個(gè)周波左右。
　　另外，重合閘設(shè)備的動(dòng)作使得這種擾動(dòng)更加復(fù)雜，需認(rèn)真對(duì)待分析。
　　2、閃絡(luò)或線路對(duì)地放電
　　雷擊引起絕緣子閃絡(luò)、陰雨季節(jié)（春秋季）或鳥糞引起絕緣子污閃、或者其他形式的線路對(duì)地放電是造成電壓跌落和供電中斷的一個(gè)較普遍、發(fā)生幾率較大的因素，帶有一定的天災(zāi)人禍性質(zhì)。據(jù)有些文獻(xiàn)報(bào)道，其持續(xù)時(shí)間一般超過5個(gè)周波，造成的跌落幅值比較難以計(jì)算，與當(dāng)?shù)貧夂颉㈦娋W(wǎng)電容性設(shè)備的材料結(jié)構(gòu)外形以及污閃面積等因素有關(guān)。
　　3、電力系統(tǒng)正常的開關(guān)操作
　　電力系統(tǒng)正常的斷路器投切一般伴隨著瞬間的電壓跌落，但幅度一般不大。但如果合閘較大負(fù)荷，往往產(chǎn)生不可忽視的電壓跌落。因此負(fù)荷的分配要比較均勻，負(fù)荷的投入可逐級(jí)進(jìn)行。
　　4、儲(chǔ)能性電器設(shè)備的正常操作
　　5、一些典型的沖擊性負(fù)荷的生產(chǎn)過程，主要包括：
　　1）、交（直）流煉鋼電弧爐（在同電壓等級(jí)供電母線）
　　2）、軋機(jī)、提升機(jī)、絞車
　　3）、電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)（特別大容量、高頻度啟動(dòng)的電機(jī)）
　　4）、電焊設(shè)備
　　上面說過，暫態(tài)電能質(zhì)量問題特別是電壓跌落、短時(shí)中斷指標(biāo)的評(píng)判是根據(jù)其跌落中斷幅值及其持續(xù)時(shí)間來衡量的。但是這一幅值與持續(xù)時(shí)間很難有統(tǒng)一的指標(biāo)規(guī)范，只能根據(jù)不同敏感負(fù)荷的生產(chǎn)過程及生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行確定。例如有的文獻(xiàn)認(rèn)為電壓幅值標(biāo)么值在0.1～0.9之間，持續(xù)時(shí)間在半個(gè)周波到1min的低電壓為電壓跌落；有的文獻(xiàn)認(rèn)為電壓幅值低于0.1標(biāo)么值或大于0.5個(gè)周波的供電中斷屬于短時(shí)供電中斷；ITIC曲線的初衷是基于大型計(jì)算機(jī)對(duì)電能質(zhì)量的要求而制定的；浦東新區(qū)上海索廣映像有限公司（生產(chǎn)等離子電視機(jī)）顯象管生產(chǎn)線中PLC的電壓要求不低于85％額定電壓持續(xù)0.01s；英特爾中國有限公司（芯片封裝廠）對(duì)電源提出零停電要求，電壓降不低于87％額定電壓持續(xù)時(shí)間0.12s；華虹NEC（芯片生產(chǎn)廠）同樣提出零停電要求，電壓不低于90％額定電壓持續(xù)時(shí)間0.01s。因此，只能根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分析，并確定最佳經(jīng)濟(jì)性的解決方案，不能盲目性地套用某些標(biāo)準(zhǔn)，否則要么達(dá)不到技術(shù)要求，要么多花費(fèi)資金。暫態(tài)電能質(zhì)量問題對(duì)于傳統(tǒng)性工業(yè)及一般性負(fù)荷影響不大,它主要影響電子類設(shè)備的正常工作，或者影響由新型電子類設(shè)備所控制的傳統(tǒng)工業(yè)過程。用戶設(shè)備對(duì)暫態(tài)電能質(zhì)量問題特別是電壓跌落、中斷的敏感程度視其用電特性的不同各異。下表1、2為根據(jù)國外有關(guān)資料整理的電壓跌落對(duì)一些設(shè)備的影響調(diào)查及事故案例：

表1：電壓跌落造成的影響

表2：電壓跌落造成的事故