邹 韵

天津环通电子工程公司

配电系统电压骤降特性分析与可靠性评估

邹 韵

天津环通电子工程公司

随着高新技术尤其是信息技术的飞速发展，基于计算机、微处理器以及调速驱动的管理、分析、检测、控制的用电设备和各种电力电子设备在电力系统中大量投入使用，它们对电压短时波动比一般机电设备更加敏感，对供电质量的要求更苛刻，因此以信息技术和其他高科技产业为代表的现代工业对传统电力供应提出了新的挑战，要求系统即使处于非稳态也要保证可靠、恒定的优质电力供应。

配电系统；电压骤降；特性分析；可靠性评估

电压骤降已成为影响许多设备尤其是电子类设备正常工作的重要因素，而且不同类型、甚至同类型但不同品牌的用电设备对电压骤降的敏感度差异很大，这表明电压骤降所造成的危害与设备自身的特性以及用户的要求密切相关，因此如何消除或抑制电压骤降的影响，需要供电方、设备制造方以及用户的协力合作，共同解决。

1 引起电压骤降的因素

当输配电系统中发生短路故障、感应电机启动与再加速、雷击、开关操作、变压器以及电容器的投切等事件时，均可引起电压骤降。其中短路故障、感应电机启动和雷击是引起电压骤降的最主要原因。

雷击引起的绝缘子闪络或线路对地放电会使保护装置动作，从而导致供电电压骤降。由于电力系统暴露在大自然中，在雷雨季节的多雨地区，极易受到干扰。这种骤降影响范围大，持续时间一般超过100ms。

感应电机启动时，将从电源汲取比正常工作时大很多的电流，其典型值为额定工作电流的5～6倍。启动过程中，电机转速上升达到额定值的时间一般约为几秒钟到1分钟，在此之前，电机电流一直维持较大值。电机启动引起的电压骤降所持续的时间与电机的许多参数有关，其中，电机的惯性是最重要的参数之一。电气转矩与电压的平方成正比，机械负荷转矩与电气转矩的差决定了电机的加速度，进而决定了启动加速的时间。在额定电压下，在大多数启动过程中都可假设机械负荷转矩为电气转矩的一半。当电压降低时，电气转矩与机械负荷转矩之间的差，即加速转矩也将降低，这将导致较长的加速时间，从而也使电压骤降的持续时间较长。但这种电压骤降程度较小，不会对用户造成严重的影响。通过采取适当的措施，可有效消除电机启动所引起的骤降的不利影响。

与输电相关的电压骤降其持续时间要比配电电压骤降要更加稳定。因为输电故障都可以尽可能的清除掉，从故障发生到断路器动作通常为3～6个周波。而通常发生输电系统故障时用户不会经受电压间断，因为配电系统是辐射状的，而输电系统为环状或是网状的，这样当其中的一根线路故障无法正常供电时，剩余的系统仍可以为负荷供电。

变电站中其中一条馈线出现故障会造成其它所有馈线上的不同程度的电压骤降，而这些馈线上的用户也会遭受相同的电压骤降。即使是用户自身出现故障时也会造成类似的远距离故障清除电压骤降的现象。只有当故障被清除才会恢复正常供电。骤降的程度取决于与故障点间的距离等因素。在这些引起电压骤降的因素中，感应电机启动及三相短路故障会造成平衡电压骤降，而雷击、变压器及开关投切、单相接地故障、相间故障和两相接地故障引起的为不平衡电压骤降。感应电机造成的骤降影响并不会很严重，本文中主要讨论短路故障所引起的各种电压骤降类型。

2 配电网可靠性评估方法

随着我国电网建设的发展，配电系统的可靠性评估显得日益重要，据电力公司估计，大约80%的用户故障属于配电系统故障，近年来，由于电力供需矛盾的日益突出，供电可靠性在电力工业领域越来越受到重视。在工业发达国家，可靠性评估已经成为配电系统规划决策的一项常规性工作。中国电力百科全书对电力系统可靠性准则的定义是：“在规划设计或运行中为使发电和输配电系统达到所要求的可靠度所必须满足的指标、条件或规定。”电力系统可靠性准则的应用范围为发电系统、输电系统、发输电合成系统和配电系统的规划、设计、运行和维修工作。配电系统规划使用可靠性准则的目的，总体而言是要在合理投资的限度内减少未来用户的停电事件和损失。由此可知，不同地理、气候、社会环境和不同经济条件的国家或地区，可靠性的考核标准存在一定的差异。

配电系统可靠性的评估算法可分为两大类：解析法和模拟法。解析法是利用故障枚举进行状态的选择和估计，建立比较严格的数学物理模型来计算可靠性指标，包括状态空间法，近似法和故障树等。其优点是概念清晰，模型精度高，缺点是计算量随着规模的增大而急剧增加，且不易处理相关事件。而模拟法是通过对元件的概率分布采样来进行状态的选择和估计，是利用统计学的方法得到可靠性指标，它非常适合进行复杂电力系统的可靠性计算，只是其计算精度受到各种因素的限制。这种概率性的指标在处理以下问题时，往往不能完全说明问题：

(1)负荷预测存在大量不确定性因素影响时；

(2)增加比已有元件容量大的新元件时；

(3)电网元件的可靠性指标非常接近于1时，如负荷密度大的短馈线电网；

(4)考察非常稀少，但可能导致电网崩溃的多重事件时。遇到这类情况，就需要用确定性的方法进行分析研究，也可以用概率性的方法研究，但必须用确定性的方法加以补充验证。本论文研究的是计及电压骤降的配电网的可靠性问题，由于配电网的分支线都很短，所连接的负荷各类用电设备的组成也不是一定的，因此，我们用确定性的方法加以研究。

结论

总而言之，引起电压骤降的问题是多种多样的，而像由雷击引起的电压骤降甚至是供电中断，又是非人为的。定制电力的实现，这将预示着不仅仅是电力公司的责任。优质优电，对电能有特殊需求的用户，就应当承担相应的电费；而对那些对公用电网造成危害的用户，就应当承受相应的处罚。解决电压骤降所带来的问题，关键在于电力部门、电力用户、设备制造商之间的密切配合。为了更好地保护各方的利益，制定相应的标准、政策、法律，明确各方的责任、权利和义务对解决问题非常重要。

[1] 杨洪耕，肖先勇，刘俊勇.电能质量问题的研究和技术发展(一).电力自动化设备，2003，23(12)：1-4.

[2] 韩英铎，严干贵，姜齐荣，等.信息电力与FACTS及DFACTS技术，电力系统及其自动化，2000年10月：332-337.