电压暂降对电网负荷影响的研究

摘要：文章针对近年来深圳电网发生的数起线路故障引起电压暂降，导致大量负荷因欠压脱扣动作被切除的事件，分析电压暂降的标准和影响，探讨欠压脱扣器的使用范围和时间设定原则，提出减少电压暂降的手段、合理使用欠压脱扣器等建议降低电压暂降对电网负荷的影响。

关键词：电压暂降；欠电压；脱扣负荷

中图分类号：TM726 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）32-0116-02

随着现代科学技术的发展，各行业对电力的依赖程度越来越高，各种对电能质量异常敏感的用电设备得到广泛应用。由于深圳地区负荷密集，当电网出现故障引起电压暂降时，大量负荷因欠压脱扣装置动作而从电网剥离，影响供电可靠性和连续性，并进一步加剧电网的频率波动和震荡，对电网安全稳定造成巨大冲击。为了减少电网事故发生时造成的负荷损失，确保电网安全、可靠、稳定运行，有必要开展电压暂降对电网负荷影响的研究。

1 电网中电压暂降

1.1 电压暂降定义

在国家标准GB/T17626.11-2008中，“电压暂降”定义为：“在电气供电系统某一点上的电压突然减少到低于规定的阈限，随后经历一段短暂的间隔恢复到正常值。”在欧洲供电电压标准EN50160中对“电压暂降”（supply voltage dip）的定义为：电压突然减小到标称电压的1%～90%之间，随后电压在一个很短的时间内又恢复至正常电压，通常电压暂降持续的时间为10ms～1min。

1.2 电压暂降的原因

无论供电系统的可靠性如何提高，输配电网络以及某些负荷仍会因不可预见的事件造成无法避免的电压暂降。如输变电设备短路故障、大型电机的启动、雷击导致保护动作、倒闸开关操作等原因都可能造成电网电压暂降。电压暂降大部分是由输配电网络用户设备或公共输配电系统故障所引起的，偶尔也会由于开关投入重负载或大型电机启动所产生。大部分是随机事件，是不可预期的，在时间和空间上的分布也很不规则。

2 欠压脱扣器

2.1 欠压脱扣器原理

欠压脱扣器用来监视工作电压的波动，其与开关电器组合在一起，当电网发生故障会使电压下降，甚至缓慢下降至额定电压的35%～70%范围内，与开关电器组合一起的欠电压脱扣器应动作，使电器断开。零电压（失压）脱扣器的动作电压范围为额定电压的10%～35%，是一种特殊型式的欠电压脱扣器。当外施电源电压低于欠电压脱扣器额定电压的35%时，欠电压脱扣器应能防止断路器闭合。当电源电压等于或高于其额定电压的85%时，欠电压脱扣器应能保证断路器能闭合。欠压脱扣器可以在电网发生故障电压暂降时快速切除用电设备，保证用户自身设备安全。

2.2 欠压脱扣器参数设置的相关规定

在民用建筑电气设计规范JGJ16-2008 7.6.6中提及“当电压下降或失压以及随后电压恢复会对人员和财产造成危险时或电压下降造成电气装置和用电设备的严重损坏时，应装设欠电压保护；当被保护用电设备的运行方式允许短暂断电或短暂失压而不出现危险时，欠电压保护器可延时动作”，其未对动作电压值和延时时间做限制性规定和定值要求。

2.3 典型的电压暂降引起欠压脱扣器动作造成负荷损失的案例

近年来深圳电网已发生数起因线路故障导致与其有电气联系的多个220kV片网出现电压暂降、欠压脱扣器动作切除大量负荷的案例，2009年6月110kV象围线发生三相短路故障引起220kV象山网电压剧烈下降，造成用户侧低压断路器的欠压（失压）脱扣装置动作跳开低压断路器，从而导致系统负荷损失435MW。在对220kV象山站四台主变供象山站10kV、110kV万安站、110kV帝堂站、110kV福源站、110kV福永站#1主变、110kV九围站、110kV王家站#2、3主变、110kV新桥站、110kV沙井站#1、#3变、110kV芙蓉站的负荷，全部用户数与报装容量、安装有欠电压脱扣器的用户数与报装容量、故障前后象山网负荷情况的统计，发现用户中装有欠压脱扣器的报装容量（1569632kVA）占总报装容量（2547279kVA）的61.6%，而故障导致象山网负荷降低的比例为58.4%，与欠压脱扣用户所占比例基本一致，说明110kV象围线故障时，象山网用户侧电压基本已降低到额定电压的70%以内甚至更低，达到欠压脱扣器动作的阀值。而实际损失负荷比例与欠压脱扣报装比例略低，可能存在多种原因，欠压脱扣用户负载率比普通用户负载率低，部分欠压脱扣器装有延时元件躲过了电压暂降的时间等等，但并不影响该事件的分析。

3 电压暂降对电网负荷的影响及建议

3.1 电压暂降的影响

电网中出现电压暂降会对用户的敏感供电设备造成冲击，损坏部分高精产品质量，但对传统的照明、制冷、办公等一般用电设备影响不大，根据欠电压脱扣器的安装使用可得如下三种情况：

3.1.1 退出欠电压脱扣器。具有欠压（失压）脱扣功能的低压断路器一般不具备自动重合闸功能，跳闸后需要运行人员到现场操作合闸。对于退出欠电压脱扣器的用电负荷，避免了由于误跳闸及跳闸后不能及时重新合闸恢复供电等缺陷，避免了长时间停电，但出现电压暂降时会对用户设备和产品质量产生冲击。

3.1.2 投入欠压脱扣器，电压暂降时瞬时跳闸。对于重要设备系统、精密仪表、电子器械等一旦发生低于70%的电压暂降，断路器立即跳开，既保护了这些对电能质量要求很高的设备，又防止在生产中出现次品。

3.1.3 投入欠压脱扣器，装设时间元件，延时跳闸。发生持续时间小于延时时间的电压暂降时，断路器不跳闸，而对于这些工厂的设备，一般应能承受短时的电压暂降，所以设备不会损坏。当不经常的发生持续时间大于延时时间的电压暂降时，断路器跳开，保护了用户设备。在设定的延时时间的电压暂降期间，会导致部分厂家生产的产品出现次品。

3.2 建议

3.2.1 采取措施减少电压暂降发生。虽然电压暂降因其随机性不可完全消除，但减少发生的频次是能够实现的。主要解决措施主要应从以下四个方面入手：提高设备抵御电压暂降的能力；安装电压补偿型装置，保持电压平稳；改变系统设计，重要敏感负荷避免接入到故障概率较高的线路；加强设备巡维降低故障率，缩短故障切除时间，减少电压暂降影响。

3.2.2 合理使用欠电压脱扣装置。对于负荷为重要设备系统、精密仪表、电子器械等对电能质量要求非常高、短时的失压也会影响设备正常运行的敏感设备，应投入欠电压脱扣器，出现电压暂降时瞬间切除用电设备，保证设备安全和产品质量。某些高压线路经常出现大容量负荷投切、电压波动较大，该线路所供的设备电压暂降承受力强的一般性负荷，欠电压脱扣装置应退出，防止开关因电压波动频繁跳闸，或是投入零电压脱扣器，保证供电连续性。对电能质量要求较高、但短时的电压波动也不至于造成设备和人身危害的居民、商业、工业等负荷，应投入欠电压脱扣装置，应增加延时元件。按照深圳电网高压线路保护装置配置情况，高压线路典型瞬间故障切除时间：500kV线路小于或等于100ms；220kV线路小于或等于120ms；110kV线路小于或等于700ms。而按深圳电网继电保护整定原则，高压线路重合闸时间：500kV线路为1000ms；220kV线路为800ms；110kV线路为1000～3000ms。重合闸动作时间较长若据此设定欠电压脱扣时间则无法有效保护低压设备，因此从电网故障方面考虑应躲开切除故障的最低时间，加上有效级差可以取800ms延时。但电磁兼容国家标准GB/T17626.11-2008中指出商用和公用环境中的用电设备，一般应能承受70%Ue，持续时间为0.5s的电压暂降。若将欠电压脱扣装置延时时间设置在800ms，在超过500ms的电压暂降时可能会导致用户设备损坏，生产产品次品率明显增加。因此综合考虑电网故障切除时间和用电设备对电压暂降的承受能力，可以将欠电压脱扣器的延时时间设定为500ms。

4 结语

随着高科技信息技术的普及，各行业对电力工业的技术参数和质量要求越来越高，如何保证供电质量，将电网负荷损失降至最低，是供电企业面对的巨大挑战。本文针对深圳电网运行过程中出现的数起电网故障引起电压暂降导致大量负荷脱扣的事件，探讨分析电压暂降引起欠压脱扣器动作的影响，并查阅相关国家标准、行业标准以及大量资料，结合深圳地区的保护整定原则和负荷特性给出欠压脱扣的投退建议和延时时间标准，对降低电压暂降对负荷的影响、减少大面积欠压脱扣对电网的冲击、确保电网安全稳定具有一定的意义。

参考文献

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[8] EN 50160：2007 Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution networks.

作者简介：白恒远（1985—），男，辽宁人，供职于深圳供电局有限公司，研究方向：电力系统。