2024年4月17日发(作者：三星3500左右的手机)

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２００６年４月　

电力设备　

Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ａｐｒ．２００６　

ＶＯＩ．７　ＮＯ．４　

第７卷第４期　

电压跌落分析与对策　

金钊，刘　炳　

（北京四方清能电气电子有限公司，北京市１０００８５）　

摘要：文章分析了电压跌落对大规模自动化生产线典型控制环节的影响，以典型供电接线方式下电压跌落计算为　

例分析了凹陷域评估的理念，介绍了对电压跌落补偿的新技术产品——动态电压调节装置（ＤＶＲ）。　

关键词：电力系统；短路故障；电压跌落；凹陷域；动态电压调节装置（ＤＶＲ）　

中图分类号：ＴＭＴ１４．２　

０引言　

随着社会发展技术进步，现代化企业生产对电能　

电源模块参数为电压４００～５００　Ｖ　ＡＣ，波动范围是　

３２０～５５０　Ｖ，按生产线实际电压４００　Ｖ考虑，电源电压　

允许波动范围是一２０％～＋３７．５％；其单相电源模　

块参数为：电压２３０　Ｖ，波动范围是１８７—２６４　Ｖ，即电　

源电压允许波动范围是一１９％～－Ｉ－１５％。　

可见，程序控制系统在电压幅值下降大于２０％　

时，可能会出现运行紊乱（不能正常控制）的情况。　

质量提出日益严格的要求。电压跌落作为严重的电　

能质量问题已成为讨论的热点。　

高新技术企业，如硅片厂、液晶厂、实验室、信息　

中心等的生产工艺对控制、检测水平要求高，他们多　

采用高精度的信号系统及严格的控制流程，一定的电　

压波动都会造成测试数据不准，控制精度下降，从而　

１．２　电压跌落对变频器的影响　

企业生产线中大量使用变频驱动以改善负载动　

态调节效果。常见的品牌有西门子、丹佛斯、富土等，　

其基本工作原理都一样，如图１所示。　

广　

导致产品报废。具有大规模自动化生产线的企业，如　

化工厂、电视玻壳厂、冶金、轮胎厂、制药、食品加工　

等。此类生产线从配料开始到本次配料变成产品需　

要数天时间，生产周期长，工艺复杂，生产环节多，涉　

及生产的人员多。电压跌落给此类生产线不光带来　

。－。。。。一

Ｉ　

　

原料浪费、设备损坏，而且造成生产管理混乱及很大　

的安全隐患。　

一ｊ　Ｕ　ｉ　

一Ｊ　一　－　一　ｒ　

——……——．．Ｊ　Ｌ…

１　电压跌落对自动控制环节的干扰　

电压跌落对生产的损害是通过对关键控制环节　

干扰引起的。　

图１变频器工作原理图　

以丹佛斯变频调速器ＶＬＴ５０００系列为例，其参数　

如下：　

１．１　电压跌落对程序控制器的影响　

程序控制紊乱会引起主设备拒动或误动作。已　

发生过由此引起的机器人手臂失控后被烧损、模具　

报废的事故。控制程序及相关的模拟量、数字量输　

入输出模块的正常表现都依赖于电源模块的输出状　

况。若电源模块（２４　Ｖ、１２　Ｖ、５　Ｖ）输出电压不足，控　

制器很可能跑飞或死机，控制量的测量很可能不准。　

开入开出量很可能变为意想不到的状态。程序控制　

（１）对电源要求。电压波动范围：Ｕ　土１０％；电　

压不平衡：土２％。　

（２）ＶＬＴ５０００系列欠压保护设置（即直流电容电　

压　．．动作电压）如表１所示。　

表１　ＷＬＴ５０００系列欠压保护设置　

欠压保护动作值／Ｖ　

设置模式　

装置本身的能量损耗不是恒定的，所以同样的外部　

电压跌落情况，电源模块的输出状况还会因负载的　

不同而变化。此时控制系统的故障情况也会变得　

复杂。　

西门子自动化控制模块是生产过程控制中的常　

见元件。以西门子ＳＩＴＯＰ系列单相模块为例，其三相　

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电力设备　第７卷第４期　

由表１参数可见，电源电压低于额定电压值的　

一

ｌ０％时，欠压保护会动作。　

１．３　电压跌落对马达运行的影响　

马达都配备了具有低压脱扣功能的接触器控制　

环节。以ＳＩＥＭＥＮＳ　ＳＩＲＩＵＳ　３Ｒ　４００　Ｖ系列接触器产　

品为例。该产品线圈工作电压为０．８～１．１　Ｕ　（Ｕ　＝　

２４　Ｖ）。当２４　Ｖ控制电压跌落大于２０％时，接触器不　

能可靠工作。接触器欠压脱扣器动作，主触头失去吸　

力而打开，马达失电。　

２　电压跌落的产生与评估　

电力系统电压变化通常可分为二类；一类是电压　

波动，其相对变化缓慢、幅值波动不太大；另一类是骤　

然变化、幅值变化量大。典型的波动性负荷包括炼钢　

设备和电气机车等，其电流随时间周期或非周期性大　

幅度变化，附近用户会感受到明显的电压波动。这种　

电压波动的幅度取决于波动负荷的变化特性、冲击性　

负荷大小以及用户和波动负荷之间的电气距离；其频　

率等于波动负荷的脉动频率，持续时间往往很长。这　

类电压波动范围一般小于１０％，但若叠加电压干扰，　

也会对敏感元件造成威胁。　

２．１电压跌落的产生　

输配电系统经常发生由雷击、短路等故障引发的　

电压骤变。若故障（三相短路或单相永久性故障）发　

生于某一用户的主供电源线路上，线路断路器切除故　

障则会导致该用户供电中断。若故障发生于某一用　

户相邻线路上，则该用户线路电压会相继跌落。故障　

切除后，电压即会恢复到正常水平。用户电源线路　

（１０　ｋＶ或１１０　ｋＶ）上发生瞬时性单相接地或两相短路　

时，即使断路器未动作，即跳闸前故障消失（如０．１　ｓ左　

右或以内），用户也会感受到电压跌落。这种瞬时故　

障或相邻故障都可能造成负荷端电压跌落到１０％一　

９０％左右，其跌落深度及持续的时间取决于故障类　

型、瞬时性因素及保护动作时间（含断路器）。电压　

跌落对前述自动控制环节构成严重威胁。因为这些　

类型的故障概率占到９０％以上，其引发的电压跌落　

成为影响企业生产效益的主要因素。　

２．２　故障造成电压跌落程度的分析　

我国大多数２２０　ｋＶ电网都形成了主网架结构，　

相对比较坚强。一般配电网，从１１０　ｋＶ到４ＯＯ　Ｖ高、　

中、低压线路通常呈辐射型结构运行。这里以某地区　

典型供电网络（见图２）为例分析敏感用户处感受到　

的电压跌落程度。　

图２中高压配电网络都是架空线路。螺湖１１０　ｋＶ　

主变压器为Ｙｎ，ｄｌ１接线方式。敏感用户的１０　ｋＶ配　

电线是电缆。该地区近几年中的故障统计中，约有　

７５％以上是单相故障，只有少量相间或三相故障。为　

考察用户１Ｏ　ｋＶ母线电压跌落程度，以下用三个序网　

等值方法计算分析Ｆ　、Ｆ　、Ｆ　点发生不同类型故障时　

的情况。　

金　

图２典型供电网络图　

２．２．１　１１Ｏ　ｋＶ线路故障计算　

计算用参数见表２。　

表２　１１０　ｋＶ等值阻抗　

用户负荷等效阻抗Ｚｏ　９，６７＋ｊ７．２６　

敏感用户电缆阻抗ｚ，　

０．０９９＋ｊｏ．１２６　

故障点至ｌ１０　ｋＶ母线的每公里　

阻抗Ｚ　

０．０００６８８＋ｊ０．０２７４　

螺ｌ１０　ｋＶ主变阻抗　

０．００８　５＋ｊ０，３６７　５　

金螺线每公里阻抗　

０．０００６８８＋ｊ０．０２７４　

金２２０　ｋＶ主变阻抗　

０．０００　８７＋ｊ０．０８２　２２　

金２２０　ｋＶ短路阻抗　

ｊ０，００７　３１　

（１）负荷主供线路金螺线任意点（如Ｆ　点）发生　

非对称短路故障。当发生Ａ相接地故障时，负荷电压　

值跌落到７０％左右，故障点Ｆ　至螺湖１１０　ｋＶ母线　

距离　对　的影响不大。当发生ＢＣ两相接地故障　

时，负荷侧Ａ、Ｃ相电压跌落到７０％左右，Ｂ相为零。　

故障点Ｆ　至母线的距离　对负荷电压　的影响　

不大。　

（２）金１１０　ｋＶ站相邻线路在Ｆ　点发生三相短路　

时，负荷电压　跌落到５０％以下，负荷电压　与故　

障点离母线的距离　的关系如图３（ａ）所示。　

（３）金１１０　ｋＶ站相邻线路在Ｆ．点发生Ａ相接　

地时，负荷端电压Ｕ　（Ａ、Ｂ相）将跌落到８０％左右或　

以下。　。跌落程度与故障点离母线的距离　的关系　

如图３（ｂ）所示。　

（４）金１１０　ｋＶ站相邻线路在Ｆ　点发生两相接地　

短路时，负荷电压　。跌落程度与距离Ｌ的关系如　

图３（ｃ）所示。　

２．２．２　１Ｏ　ｋＶ配电线路短路故障　

考虑到用户负荷线路采用的是电缆，线路两端采　

用的是中性点不接地方式，故以下只分析相邻线路故　

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经验交流　金钊等：电压跌落分析与对策　６５　

障的情况。计算用等值图见图４，参数见表３。　

１　

，　

＞　

芒０　

出０，５　出　

柱　

《　

０　

０　１．１０　

／＿‘

２・１０　３－１

　

柱　

Ｏ　

距离Ｌ『ｍ　

距离Ｌ／ｍ　

（ａ）ＦＩ点三相短路时　

（ｂ）Ｆｔ点单相接地时　

＞　

０　

出　

印　

柱　

距离Ｌ／ｍ　

（ｃ）Ｆ・点相间短路接地时　

图３　１　１０　ｋＶ相邻线路发生不同类型故障时　

负荷电压跌落程度与距离的关系　

用户　

图４　１Ｏ　ｋＶ等值图　

表３　１０ｋＶ计算用参数裹　

（１）１０　ｋＶ相邻线路在　点发生三相短路时，负　

荷电压　跌落程度与距离　的关系如图５（ａ）表示。　

一

般城市，市区１０　ｋＶ线路长度约３～５　ｋｍ，在线路　

５　ｋｍ末端的故障将使　降至０．８１１　ｋＶ。故障点在距　

离螺湖１０　ｋＶ母线ｌ　ｋｍ以下时，ＵＩ电压跌落深度达　

到５０％以上。　

（２）１０　ｋＶ相邻线路在Ｆ，点发生两相接地短路　

故障时，　．与　的关系如图５（ｂ）所示。　

＞　

圣　

出０．４　

柱　

嚣。　

《　

棹　

联　

距离Ｌ／ｍ　

距离Ｌ／ｍ　

【ａ）Ｆ］点三相短路时　

【ｂ）Ｆ　点相间短路时　

图５　１０　ｋＶ相邻线路发生不同类型故障时　

负荷电压跌落程度与距离的关系　

２．３电压跌落评估　

上述计算中，近似认为，线路故障时　等于　。　

根据上述计算，不同线路不同地点发生不同类型故障　

时，负荷点电压跌落程度与故障点至母线的电气距离　

的关系有一定的规律，即：①负荷主供线路（辐射状　

供电的２２０、１１０、１０　ｋＶ线路）发生三相短路或两相接　

地短路时，负荷电压　极度跌落，近似等于零，与距　

离Ｌ关系不大。②１１０　ｋＶ或１Ｏ　ｋＶ相邻线路上发生　

三相或两相接地短路时，负荷电压　。可能跌落到　

０％一８０％，故障离母线越近，　跌落越深，可跌落到　

５０％以下，跌落深度与距离　成反比关系。③相邻线　

路上近母线处及负荷主供线路上发生瞬时性单相接　

地时，负荷电压　跌落一般在６ｏ％～８５％。因此可　

以用电压凹陷域的理念解析输配电线路上发生各种　

故障时负荷电压跌落的程度（深度、宽度）。　

在电力系统中，要具体评估负荷所在位置遭受电　

压跌落的程度，最有效的是进行实地测录。但这样做　

有时效率不高，也只能得到部分样本数据。采用具体　

分析计算评估负荷点电压凹陷域情况是一种有效的补　

充。以上述计算为例，大致可画出凹陷域如图６示。　

图６电压凹陷域示意图　

３电压跌落对策　

现今，电压跌落的解决办法可以有很多，大到备　

用电机，小到蓄电池。高新技术企业相对负荷轻，产　

出附加值高，可以采用飞轮储能、燃料电池等相对合　

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电力设备　第７卷第４期　

理的方案。大规模复杂生产线也可采取相应措施。　

如安装小型ＵＰＳ以解决机器人程序控制、生产线过　

４结束语　

程控制系统中关键点的电源问题。也可为控制环节　

输配电网络中大量随机故障造成无法避免的电　

增加延时以延缓电压跌落。然而，过程控制系统的分　

压跌落。本文分析了大规模自动化生产线中典型过　

散性使少量的ｕＰｓ难以解决所有程序控制问题，　

程控制元件受电压跌落影响原理。以典型供电接线　

跌落仍会造成动力设备频繁退出运行，事故隐患　

方式下电压跌落计算为例，分析了凹陷域评估的理　

并没有消除。　

念。企业通过分析其所在地区系统的电压凹陷域情　

一

种新技术产品——动态电压调节装置　

况，可评估电压跌落对生产的影响，从而选用适当的　

（ＤＶＲ）为解决电压跌落问题提供了更为经济、合理　

解决方案。　

的武器。ＤＶＲ串联在系统供电线路和负荷之间。　

动态电压调节装置ＤＶＲ采用瞬时电压补偿的原　

当供电线路发生电压跌落时，其可在３～５　ｍｓ之内　

理，是解决电压跌落问题的有效办法。根据生产线实　

产生和跌落电压幅值相等、相位相同的补偿电压，叠　

际运行工况，ＤＶＲ通过不同的容量配置、灵活的接线　

加到欠压相上，使负荷侧电压保持稳定，确保负荷　

方式，免除电压跌落带来的损失。　

安全运行。　

ＤＶＲ的容量可做到数十兆伏安，满足大规模生　

５参考文献　

产线的负载要求。采用不同的容量配置、灵活的接线　

［１］　肖湘宁．电能质量分析与控制．中国电力出版社，２００４．　

方式。ＤＶＲ可应对不同的治理要求。　

［２］　张哲，卢本初，陈红坤．电力系统中电压骤降特性及其传播　

ＤＶＲ较其他措施具有如下优点：①免维护。使　

２００４年全国电力网无功／电压技术研讨会论文集．　

用直流电容进行稳压，摒弃传统的电池元件，没有更　

换电池的需要，因此减小了维护费用和工作量。②损　

耗小。系统电压正常时，工作在电子旁路状态，只有　

收稿日期：２００６－０２—０６　

在发生电压跌落的情况下才进行补偿。③占地面积　

作者简介：　

小。装置中不含大容量储能元件，因此体积相对较　

金钊（１９６８一），男，工程师，硕士，从事电力电子技术应　

小。④响应速度快。采用先进的检测算法，使跌落发　

用于电力系统的研究工作；　

生到开始补偿的时间可以不超过５　ｍｓ。⑤可靠性高。　

刘炳（１９７５一），男，工程师，硕士，从事电力电子产品技　

多重冗余保护，不会因为装置本身的问题影响负荷供　

术研发工作。　

电。⑥适配性强。可串联在生产线上的任何重要负　

荷输入侧，且适应容性负载和感性负载。　

（责任编辑罗翠兰）　

Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｓａｇ　Ａｎａｌｙｓｉｓ＆Ｓｏｌｕｔｉｏｎ　

ＪＩＮ　Ｚｈａｏ，ＬＩＵ　Ｂｉｎｇ　

ｆ￣ｉｊｉｇｎ　ＳＦ－Ｐｏ￣ｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏ．’ｎｄ，Ｂｃｉｊｉｎｇ　１０００８５，Ｏａｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｉｍｐ￣ｔ　ｏｆ￣ｌｔａｇｅ　ｓａｇ　ｏｎ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｅ　ｎｅ删ｃｓ　ｏｆ　ｈｕｇｅ　ａｕｔｏ－ｗｒｋｉｎｇ　ｌｉｎｅ　ｉｓ　ｌａｌｙｚｅｄ：Ｂｙ　ｕｓｉｇｎ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｐｏｗｒ　

ｓｕｒ￣ｙ　ｎｅｔ￣ｒｋ，ⅧｌｔａＩｇｅ　ｓａｇｓ　ａｒｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｏｆ、＾）ｌｔａｇｅ　ｓａｇ　ｅｒｇｉｏｎ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｅｖｌａｕａｔｉｏｎ；Ａｓ　ａＩｌ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｓｔａｔｅ－ｏｆ　

－

ａｒｔ　ｅｑｌｌｉ　ｎｅｍ——Ｄｙｌ＇ｌ￣．ｉｃ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｒｅｓｔｏｒｅｒ（ＤＶＲ）ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｅｅｃｔ　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ；ｆａｕｌｔ；ｖｏｌｔａｇｅ　ｓａｇ；Ｓａｇ　ｒｅｇｉｏｎ；Ｄｙ／ｌｔｍｃ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｒｅｓｔｏｒｅｒ　

◇　

・

综合信息・　

我　国尊　黑ｑ　案壤　？　ｌｌｌ　ｌ｛０　ｌ　ｌ…　

我国首次批量出口的ｌ８台５００　ｋＶ超大型变压器　

为苏丹麦罗维大坝输变电项目承制的，是我国自主研　

近日一次试制成功，已于２００５年３月装船发往苏丹，这　

发５００　ｋＶ变压器新型产品，具有独立的知识产权。　

标志着我国国产大型电力装备开始走向世界。　

根据双方签订的合同，麦罗维大坝输变电项目所需变　

这批变压器是保定天威保变电气股份有限公司　

压器共２６台，总金额１．６５亿元。