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有關電壓暫降的概述與綜合治理措施

2020.01.16

電壓暫降或下跌是指供電電壓有效值在短時間內突然下降又回升恢復的現象,國際電氣與電子工程師協會(IEEE)將電壓暫降定義為供電電壓有效值快速下降到額定值的90%10%,然后回升至正常值附近,持續時間為10ms1min。電壓暫降往往會導致制造設備?;蛘呱棧?,給工業制造帶來極大的危害,同時給企業帶來巨大的損失。電壓暫降目前被公認為電子制造業危害最大的電能質量問題。

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 一、電壓暫降的危害

 

  電壓暫降帶來的危害與行業性質和負載有關。下表為部分設備對電壓敏感程度的說明

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1)對生產造成的影響

 

  a.影響設備的正常運行,造成產品質量下降;

 

  b.精密產品的損壞和浪費,原料報廢;

 

  c.自動化裝置停頓或誤動作,變頻調速器停頓;

 

  d.引起接觸器脫扣或低壓?;て舳?,造成電動機,電梯等停頓;

 

  e.引起高溫光源(碘鎢燈)熄滅;

 

  f.使生產線紊亂或中斷,且跌落后的無序啟動比計劃斷電后的有序恢復造成危害及損失大得多;

 

  g.延誤交貨時間。

 

 ?。?/span>2)對電氣設備造成損害

 

  a.計算機系統失靈、數據丟失、生產線上電機停頓、變頻器失壓?;ざ?、可編程邏輯控制器(PLC)失靈等;

 

  b.醫院中用計算機控制的腦外科,心血管外科,眼科手術等,電壓跌落而造成的設備不能正常工作時帶來嚴重后果;

 

  c.是電氣設備壽命縮短甚至損壞。

 

 ?。?/span>3)對公司財政造成影響

 

  a.降低1-2%工廠效率;

 

  b.降低勞動工時利用率;

 

  c.設備投資回報率低;

 

  d.加大維護費用;

 

  e.增加額外備品備件支出。

 

 

二、電壓暫降的治理措施

 

  電壓暫降的治理措施應該從三方面討論:供電系統、設備制造商、用戶業主,三者需要共同合作,協作解決。

 

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1、 供電系統

 

  如若某地區存在電壓暫降的頻率較大,持續時間較長,那么首先應當考慮從供電系統方面解決問題。

 

  在供電系統方面,主要通過采取減少故障數目、縮短故障清除時間和改變供電方式等措施解決電壓暫降問題。

 

  減少短路故障數目不僅可以減少電壓暫降的發生,也可以減少供電中斷事故。事實上,電力部門都已經盡最大努力來減少故障發生的頻度,具體的改進措施包括:架空線入地、架空線加外絕緣、架設附加屏蔽導等。需要強調的是,這些措施的實施可能代價很高,應當通過全面衡量用電設備跳閘與各種措施之間的經濟利益關系來確定合理的方案。

 

  縮短故障清除時間雖然不能減少電壓暫降發生的頻率,卻能明顯減少電壓暫降的幅值和持續時間。縮短故障清除時間的最有效措施是應用有限流作用的熔斷器,這種熔斷器能夠在半個周期內清除故障,使得電壓暫降的持續時間不超過1個周波。此外,還可以用反時延過電流繼電器來縮短故障清除時間,因為與時間成反比的過電流繼電器的延時是隨故障電流的不斷增加而減少的。

 

  通過供電方式的改變可以有效降低電壓暫降問題的嚴重性,但這類方法通常需要很高的代價。隨著分布式發電技術的發展,以及儲能技術、燃料電池技術等技術的實用化,敏感負荷附近裝設電源設備成為一種可行的方案;另外,還可以采用母線分段或多設配電站的方法來限制同一回供電母線上的饋線數;為了增加與故障點間的電氣距離,還可以在系統中的關鍵位置安裝限流線圈,等等。總之,采用這類方法時,電壓質量的改善是通過增加更多的線路及配電設備達到的,考慮到投資與效益的權衡,這類方法通常僅適用于對供電質量要求高的工業和商業用戶。

 

  另外,在必要情況下,供電部門應對電能質量進行準確監測,以便為確定設備敏感度和解決設備敏感度問題提供資料。

 

2、設備制造商

 

  如若設備在大多數電壓暫降的干擾下都不能正常工作,甚至發生跳閘,說明該設備不適應這種工作環境,應該考慮從設備制造商反面解決問題。

 

  設備制造商可以降低設備對電壓暫降的敏感度或影響。用戶在設備訂貨合同中向制造商明確這方面的技術要求,使設備具備一定的抗電壓暫降能力;也可以通過分析,調整內部某些環節參數來解決。如果電壓暫降是由于用戶大電動機啟動引起的,則直接采取改進啟動方式(如:全壓啟動改為降壓啟動,硬啟動改為軟啟動)或增加公共連接點(PCC)的短路容量來解決。

 

3、用戶業主

 

  現實的情況是供電系統難以保證能夠提供完美的電力,并且往往也并不能要求設備制造商提供免疫電壓暫降的設備。因此,目前應用最普遍也是比較推薦的治理電壓暫降的措施是在供電系統與用戶設備之間加裝補償裝置,常見的補償裝置包括:不間斷電源(UPSUninterruptible Power Supply)、固態切換開關(SSTSSolid State Transfer Switch)、動態電壓恢復器(DVRDynamic Voltage Restorer)。下面分別具體介紹:

 

 ?。?/span>1)不間斷電源(UPS

 

  不間斷電源Uninterruptible Power Supply,簡稱UPS。UPS是廣為所知的一種設備,主要采取電池等化學能來進行儲能,當電網斷電時,UPS是解決供電中斷的有效方法,能提供幾分鐘到幾小時的電能供應,同時也能抑制電壓暫降。

 

  UPS采用在線方式時,電壓暫降就得到抑制,但這種方式能耗比較大,約為8%-12%;采用后備方式時,采用快速固態開關,電壓暫降幾乎不會對設備造成影響。如果企業敏感負荷所占比重較大,此時需要大功率UPS,所需費用太大而不現實,并且UPS也有其致命的弱點:UPS儲能電池維護成本較高。UPS占地面積較大,不適合工廠電力改造工作。UPS不適用于負荷劇烈變動的負載,如變頻電機、伺服驅動系統、智能機器人等對電網沖擊性大的負荷,不然很容易引起其儲能電池故障。

 

 ?。?/span>2)固態高速切換開關(SSTS

 

  固態高速切換開關Solid State Transfer Switch,簡稱SSTS。當工廠或者用戶配電系統是由兩條不同母線或者不同變電所的線路供電時,為了防止供電中斷及電壓暫降的影響,當一路電壓有問題時,可快速(SSTS切換速度為512ms)切換至另一路電源,從而保證負荷供電的連續性。并且SSTS在開關過程中不產生電弧,體積小、價格低、免維護。根據廠家提供的技術參數,SSTS在電壓中斷或者下降時,能在13ms內切換到正常電源,可以滿足很多設備對電壓暫降的影響。該產品適用于各級變電站、開閉所、配電室、終端負荷等有兩路或兩路以上獨立電源的新建或已存在的供電場合。使用SSTS進行全廠級電壓暫降治理,只需要將SSTS串接在原配電系統中,具有改造簡單,調試方便的優點。設備投資整體費用也低于采用UPS的方案,是一種理想的大功率負荷電壓驟降的解決方案,但SSTS需要有備用電源這個前提條件。

 

 ?。?/span>3)動態電壓恢復器(DVR

 

  動態電壓恢復器Dynamic Voltage Restorer,簡稱DVR。對于敏感負荷,解決電壓暫降問題的一個有效措施就是在供電電源與負荷設備之間加裝DVR設備。DVR能在毫秒級的時間內給負荷側補償適當的跌落電壓,讓負載側恢復正常電壓,消除電壓暫降影響。

 

  響應時間、暫降?;ど疃仁翹逑?/span>DVR補償性能的兩個重要參數。響應時間包含檢測時間和動作時間。目前市面上已經有了采用超級電容的DVR產品,能有效提高動態電壓恢復器的響應時間。暫降?;し段?,即補償深度。市面上銷售的DVR產品,都可以補償三相電壓發生30%跌落的電壓。單相電壓補償能力會比三相補償更好些。短時電壓擾動是造成工廠設備產生次品的主要原因,DVR5ms內能產生補償電壓,抵消市電所受干擾,使工廠設備幾乎感受不到電壓擾動,保證了工廠設備的安全可靠運行。不過DVR具有致命性缺陷,即電網電壓跌至50%以下,或完全中斷時,DVR無法進行有效補償。不過在電壓跌落在0-50%范圍時,且不中斷的情況下,DVR是一種較好的解決方案。


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