造成暂态电能质量原因及常见问题分析

    电能质量问题是一个跨学科的边沿性课题，也是当前及今后相当长时间内电力部门及其用电部门所面临的一个极严峻问题。一般而言，电能质量问题可以划分为稳态电能质量问题和暂态电能质量问题。

　　稳态电能质量问题的研究已趋于深入，它是电能质量的主要方面，影响范围广，程度深，其主要性能指标是：电网频率、电压偏差、不平衡度、谐波、电压闪变，目前，IEC及我国均有严格的标准（国内为GB标准），此方面的检测设备、监控系统、专业性的分析仿真软件、工程治理手段均较成熟，而且越来越被大家所熟知和接受。

　　暂态电能质量问题的研究起步较晚，国内刚刚有所认识，它属于稳态电能质量问题的延伸，影响范围小，但后果却比较严重；暂态电能质量问题其实质就是暂态电压质量问题，或者电网遭受外来干扰侵袭及内部故障、操作所带来的系统冲击问题，其主要性能指标是：电压脉冲、浪涌、电压跌落及瞬时电压中断，目前国际国内还没有此方面的统一标准，但一般采用其指标参数的幅值和持续时间来描述（有时考虑其上升下降率、发生频度等）。目前，在所有暂态电能质量问题中，电压跌落的影响最为普遍。

　　暂态电能质量问题产生的原因较为复杂，发生的频度较为偶然，它主要是系统遭受外来干扰、或内部故障、或正常操作情况下发生，而且与电网结构、电网联系强度、感觉设备（敏感负荷）的用电特性等因素有关；相同的干扰在不同的电网结构及联系强度下产生的效果指标参数不同，相同的干扰在相同的电网结构及联系强度下对不同的响应源（敏感负荷）所感受的程度及产生的效果也不相同。一般来说，扰动能量的传递遵循由高电压等级损失较小地向低电压等级传输，同时在同电压等级之间根据联系紧密程度也进行传输。引起暂态电能质量问题的主要原因可归结为以下几个方面：
　　1、电力系统短路故障
　　这是最普遍、最明显直观的干扰因素。电力系统的短路故障总是伴随着瞬间的电压跌落、中断，这种扰动传播的强度与电网结构及电器参数存在密切的关系。另外，这种扰动同样能够由低电压等级向高电压等级传播，只不过范围及强度较弱而已。
　　短路干扰产生的跌落幅值可通过理论计算或数字模拟或动态模拟获取，其手段可根据具体情况选择，例如成熟的短路计算、MATPOWER(开放式专业化的计算仿真工具)，国内也具有相当水平的动态模拟实验站（电科院、西高所）对实际电网进行模拟操作。这种干扰所持续的时间与系统的保护设置及保护设备、开关设备的固有动作时间有关。一般短路故障从发生到切除基本持续5个周波左右。
　　另外，重合闸设备的动作使得这种扰动更加复杂，需认真对待分析。
　　2、闪络或线路对地放电
　　雷击引起绝缘子闪络、阴雨季节（春秋季）或鸟粪引起绝缘子污闪、或者其他形式的线路对地放电是造成电压跌落和供电中断的一个较普遍、发生几率较大的因素，带有一定的天灾人祸性质。据有些文献报道，其持续时间一般超过5个周波，造成的跌落幅值比较难以计算，与当地气候、电网电容性设备的材料结构外形以及污闪面积等因素有关。
　　3、电力系统正常的开关操作
　　电力系统正常的断路器投切一般伴随着瞬间的电压跌落，但幅度一般不大。但如果合闸较大负荷，往往产生不可忽视的电压跌落。因此负荷的分配要比较均匀，负荷的投入可逐级进行。
　　4、储能性电器设备的正常操作
　　5、一些典型的冲击性负荷的生产过程，主要包括：
　　1）、交（直）流炼钢电弧炉（在同电压等级供电母线）
　　2）、轧机、提升机、绞车
　　3）、电动机的启动（特别大容量、高频度启动的电机）
　　4）、电焊设备
　　上面说过，暂态电能质量问题特别是电压跌落、短时中断指标的评判是根据其跌落中断幅值及其持续时间来衡量的。但是这一幅值与持续时间很难有统一的指标规范，只能根据不同敏感负荷的生产过程及生产环节进行确定。例如有的文献认为电压幅值标么值在0.1～0.9之间，持续时间在半个周波到1min的低电压为电压跌落；有的文献认为电压幅值低于0.1标么值或大于0.5个周波的供电中断属于短时供电中断；ITIC曲线的初衷是基于大型计算机对电能质量的要求而制定的；浦东新区上海索广映像有限公司（生产等离子电视机）显象管生产线中PLC的电压要求不低于85％额定电压持续0.01s；英特尔中国有限公司（芯片封装厂）对电源提出零停电要求，电压降不低于87％额定电压持续时间0.12s；华虹NEC（芯片生产厂）同样提出零停电要求，电压不低于90％额定电压持续时间0.01s。因此，只能根据具体情况进行具体分析，并确定最佳经济性的解决方案，不能盲目性地套用某些标准，否则要么达不到技术要求，要么多花费资金。暂态电能质量问题对于传统性工业及一般性负荷影响不大,它主要影响电子类设备的正常工作，或者影响由新型电子类设备所控制的传统工业过程。用户设备对暂态电能质量问题特别是电压跌落、中断的敏感程度视其用电特性的不同各异。下表1、2为根据国外有关资料整理的电压跌落对一些设备的影响调查及事故案例：

表1：电压跌落造成的影响

表2：电压跌落造成的事故