電力系統的故障引起的電壓暫降分析方法

王振 林衛敏 王帥 周靈江 李萬里

摘要：電壓暫降是電力系統的一種突出的電能質量問題，伴隨用電設備的技術更新，對供電系統的電能質量提出了更高要求，該問題引起了有關部門與研究員的廣泛關注。近些年，在各種電能質量問題中，電壓暫降是造成電壓敏感設備不能正常工作的主要原因。通常可認為電壓暫降引起70%-90%電能質量問題。本文主要探討電力系統的故障引起的電壓暫降分析方法。

關鍵詞：電力系統;故障;電壓暫降;分析方法

引言

伴隨我國國民經濟的發展，電能質量問題受到供電部門和用戶的普遍關注，某電力部門的調查結果表明：在由電能質量引起的用戶投訴中，由電壓暫降引起的投訴占80%以上，而由諧波、開關操作過電壓等引起的投訴不到20%。可見，電壓暫降已成為最重要的電能質量問題。因此，本文主要研究電力系統的故障引起的電壓暫降分析方法，為改善電壓暫降狀況提供依據。

一、電壓暫降的相關概念

電壓暫降（voltagesag），也稱電壓跌落，電壓凹陷或電壓驟降，是指電壓均方根值在短時間突然下降至額定電壓幅值的90%-10%，其典型持續時間為0.5-30周波的一種現象。

IEEE標準中，電壓暫降的定義為：供電系統中某一點的工頻電壓有效值突然下降，并達到額定值的10%～90%，而且在短暫的持續期（10ms～1min）的短暫持續期后恢復正常。IEC標準中，電壓跌落（voltagedip）的定義與IEEEE標準的不同之處在于：下降到電壓額定值的1%～90%。

電壓暫降幅值、持續時間、和相位跳變是電壓暫降的三個特征量：

1、電壓暫降幅值，通常指暫降時的電壓均方根值與額定電壓均方根值的比值。

2、電壓暫降持續時間，即電壓暫降起止時刻之差。實際測量儀器中可對應不同人暫降幅值給出相應的持續時間，即電壓均方根值低于指定電壓門檻值的一段時間定義為與特定暫降幅值對應的持續時間。

3、電壓暫降的相們跳變，即電壓暫降前后相位角的變化，通常在系統和線路的電抗與電阻的比值（X/R）不同或發生不對稱電壓暫降時出現。

另外，暫降頻次是表征電壓暫降對敏感電力用戶影響頻繁程度的重要指標。暫降頻次的增加無疑將加重暫降對敏感用戶的危害。為更確切地分析電壓暫降的影響，在電壓暫降綜合評估中常將暫降頻次與暫降幅值及持續時間同時考慮。

二、電壓暫降的危害

電壓暫降已成為威脅現代社會用電設備正常、安全工作的主要干擾，并且成為威脅信息化社會供電質量不可忽視的因素。其危害性主要表現在以下幾個方面：

1、電壓暫降給高新科技、大型敏感工業用戶等經濟社會用戶造成巨大損失，幾個周期的供電電壓暫降都將影響一些設備的正常運行，造成產品質量下降，甚至使生產線程序紊亂或中斷，且電壓暫降后的無序啟動比計劃斷電后的有序恢復造成的危害及損失大得多。

2、電壓暫降可能造成工作、生活上的不便。

3、電壓暫降不僅造成經濟損失，而且還可能造成人員傷亡和設備損壞。例如醫院中的一些醫療保健設備，用計算機進行的腦外科、心血管外科、眼科手術等，當發生電壓暫降而造成設備不能正常工作時將帶來嚴重后果。

三、電力系統的故障引起的電壓暫降分析方法

電壓暫降分析計算，即電力系統發生電壓暫降時計算敏感負荷處（即其所連接的母線節點）的電壓暫降幅值、持續時間及相位跳變等特征量信息，凹陷域分析是其中最重要的研究內容。電壓暫降分析方法目前主要有實測統計法和隨機預估法兩類。

1、實測統計法

實測統計法是指選擇電力系統的部分站點進行電能質量實地監測，通過統計處理和分析計算所采集的數據確定電壓暫降情況。

通過監視來獲得統計信息有很大的局限性，由于電壓暫降的發生是隨機事件，如采用實地監測，監測周期的長短直接影響了分析結果的準確度。因此實地監測的結果對于因電壓暫降而跳閘頻繁的負荷有參考價值。而對于一般負荷，監測結果由于時間不夠長而變得意義不大。

2、隨機預估法

隨機預估法將故障發生視為隨機事件，通過已有的故障統計建立系統模型，從理論上預估由故障導致的電壓暫降。目前有兩種公認可行的隨機預估法：臨界距離法和故障點法。

臨界距離法是一種針對輻射型配電網絡的電壓暫降簡單快速預估方法。對臨界距離的定義是：當公共連接點電壓降低到等于臨界電壓V時，故障點與公共連接點之間的距離。在臨界距離內發生的故障將使公共連接點的敏感性負荷非正常工作。對于輻射型配電系統，可用一個簡單的電壓分配器電路描述，如圖1所示。

該法也可應用于某些非輻射型配電系統。臨界距離法的缺陷是：僅考慮電壓暫降幅值的影響，而未考慮電壓暫降持續時間等特征量的影響。且對大型輸電環網不適用。因此，臨界距離法適用于系統參數不完整、精度要求不高的情況，對系統電壓暫降情況進行分析計算。

故障點法的基本思想為：假定在系統中發生多處故障，計算這些故障所引起的電壓暫降的幅值、持續時間、相位跳變等特征量。

具體計算方法為：在已知系統結構的情況下，首先分析各種可能發生的故障對敏感負荷所產生的電壓暫降影響，將系統粗略地劃分為若干部分，具有相同電壓暫降特征的為同一部分，各部分由一個故障點代表。然后對各種故障類型進行仿真或者短路計算，得到電壓暫降幅值、相移和持續時間等特征量。

故障點法已成為廣為接受的電壓暫降分析計算方法，該方法易于編程，用計算機對電壓凹陷域進行分析計算非常方便，在故障點選取足夠多的時候可以取得較為精確的結果。

故障點法的缺陷是，較高的評估精度，需要設置較多的故障點。