造成暫態電能質量原因及常見問題分析

    電能質量問題是一個跨學科的邊沿性課題，也是當前及今后相當長時間內電力部門及其用電部門所面臨的一個極嚴峻問題。一般而言，電能質量問題可以劃分為穩態電能質量問題和暫態電能質量問題。

　　穩態電能質量問題的研究已趨于深入，它是電能質量的主要方面，影響范圍廣，程度深，其主要性能指標是：電網頻率、電壓偏差、不平衡度、諧波、電壓閃變，目前，IEC及我國均有嚴格的標準（國內為GB標準），此方面的檢測設備、監控系統、專業性的分析仿真軟件、工程治理手段均較成熟，而且越來越被大家所熟知和接受。

　　暫態電能質量問題的研究起步較晚，國內剛剛有所認識，它屬于穩態電能質量問題的延伸，影響范圍小，但后果卻比較嚴重；暫態電能質量問題其實質就是暫態電壓質量問題，或者電網遭受外來干擾侵襲及內部故障、操作所帶來的系統沖擊問題，其主要性能指標是：電壓脈沖、浪涌、電壓跌落及瞬時電壓中斷，目前國際國內還沒有此方面的統一標準，但一般采用其指標參數的幅值和持續時間來描述（有時考慮其上升下降率、發生頻度等）。目前，在所有暫態電能質量問題中，電壓跌落的影響最為普遍。

　　暫態電能質量問題產生的原因較為復雜，發生的頻度較為偶然，它主要是系統遭受外來干擾、或內部故障、或正常操作情況下發生，而且與電網結構、電網聯系強度、感覺設備（敏感負荷）的用電特性等因素有關；相同的干擾在不同的電網結構及聯系強度下產生的效果指標參數不同，相同的干擾在相同的電網結構及聯系強度下對不同的響應源（敏感負荷）所感受的程度及產生的效果也不相同。一般來說，擾動能量的傳遞遵循由高電壓等級損失較小地向低電壓等級傳輸，同時在同電壓等級之間根據聯系緊密程度也進行傳輸。引起暫態電能質量問題的主要原因可歸結為以下幾個方面：
　　1、電力系統短路故障
　　這是最普遍、最明顯直觀的干擾因素。電力系統的短路故障總是伴隨著瞬間的電壓跌落、中斷，這種擾動傳播的強度與電網結構及電器參數存在密切的關系。另外，這種擾動同樣能夠由低電壓等級向高電壓等級傳播，只不過范圍及強度較弱而已。
　　短路干擾產生的跌落幅值可通過理論計算或數字模擬或動態模擬獲取，其手段可根據具體情況選擇，例如成熟的短路計算、MATPOWER(開放式專業化的計算仿真工具)，國內也具有相當水平的動態模擬實驗站（電科院、西高所）對實際電網進行模擬操作。這種干擾所持續的時間與系統的保護設置及保護設備、開關設備的固有動作時間有關。一般短路故障從發生到切除基本持續5個周波左右。
　　另外，重合閘設備的動作使得這種擾動更加復雜，需認真對待分析。
　　2、閃絡或線路對地放電
　　雷擊引起絕緣子閃絡、陰雨季節（春秋季）或鳥糞引起絕緣子污閃、或者其他形式的線路對地放電是造成電壓跌落和供電中斷的一個較普遍、發生幾率較大的因素，帶有一定的天災人禍性質。據有些文獻報道，其持續時間一般超過5個周波，造成的跌落幅值比較難以計算，與當地氣候、電網電容性設備的材料結構外形以及污閃面積等因素有關。
　　3、電力系統正常的開關操作
　　電力系統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。但如果合閘較大負荷，往往產生不可忽視的電壓跌落。因此負荷的分配要比較均勻，負荷的投入可逐級進行。
　　4、儲能性電器設備的正常操作
　　5、一些典型的沖擊性負荷的生產過程，主要包括：
　　1）、交（直）流煉鋼電弧爐（在同電壓等級供電母線）
　　2）、軋機、提升機、絞車
　　3）、電動機的啟動（特別大容量、高頻度啟動的電機）
　　4）、電焊設備
　　上面說過，暫態電能質量問題特別是電壓跌落、短時中斷指標的評判是根據其跌落中斷幅值及其持續時間來衡量的。但是這一幅值與持續時間很難有統一的指標規范，只能根據不同敏感負荷的生產過程及生產環節進行確定。例如有的文獻認為電壓幅值標么值在0.1～0.9之間，持續時間在半個周波到1min的低電壓為電壓跌落；有的文獻認為電壓幅值低于0.1標么值或大于0.5個周波的供電中斷屬于短時供電中斷；ITIC曲線的初衷是基于大型計算機對電能質量的要求而制定的；浦東新區上海索廣映像有限公司（生產等離子電視機）顯象管生產線中PLC的電壓要求不低于85％額定電壓持續0.01s；英特爾中國有限公司（芯片封裝廠）對電源提出零停電要求，電壓降不低于87％額定電壓持續時間0.12s；華虹NEC（芯片生產廠）同樣提出零停電要求，電壓不低于90％額定電壓持續時間0.01s。因此，只能根據具體情況進行具體分析，并確定最佳經濟性的解決方案，不能盲目性地套用某些標準，否則要么達不到技術要求，要么多花費資金。暫態電能質量問題對于傳統性工業及一般性負荷影響不大,它主要影響電子類設備的正常工作，或者影響由新型電子類設備所控制的傳統工業過程。用戶設備對暫態電能質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為根據國外有關資料整理的電壓跌落對一些設備的影響調查及事故案例：

表1：電壓跌落造成的影響

表2：電壓跌落造成的事故