XXXX年4月11日电能质量第四讲

第四章电压暂降与短时中断四川大学电气信息学院肖先勇2011年4月2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用本章主要参考资料1、四川大学硕士论文及这些同学发表的论文：马超陈武李皖陈卫东徐培栋李政光王希宝……2、国际上BollenMHJ、MilanovicJV等研究团队的成果；3、我国大陆肖湘宁教授和我们学校等、我国台湾卢展南教授等所在研究团队的成果。2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用第一节电压暂降现象与特征1、电压暂降现象重合闸时故障线路（实线）和非故障线路（虚线）电压有效值，A——故障切除时间B——重合闸重合时间：主馈线变电站重合闸1分支线路熔断器2F1F2电压BA短时间中断时间电压暂降2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用电压暂降和短时间中断现象波形：故障开始保护动作开关跳闸开关重合短时中断暂降如图，F1和F2接入同一配电母线，假设F2上发生三相金属性短路，则：V1c为F1上用户电压发生短时间暂降；V2c为F2上用户电压发生短时间电压暂降直至中断。1、电压暂降现象2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用如果发生瞬时性故障并重合闸成功，故障线路上的用户经历一次暂降和一次短时间中断，非故障线路经历一次暂降。如下图：1、电压暂降现象2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用若发生永久性故障，重合不成功，则故障线路用户经历两次暂降、一次短时间中断和一次长时间中断，非故障线路经历两次暂降。如下图：1、电压暂降现象2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用2、电压暂降的概念1）电压暂降不同于电压波动或欠电压，是指母线电压有效值大幅、快速下降，持续时间极短的突发事件。2）IEC将其定义为下降到额定值的90%至1%，IEEE将其定义为下降到额定值的90%至10%，其典型持续时间为0.5～1min。u(p.u.)t(s)0.150.100.050.0210.500.250.20(a)-0.5-1URMS(p.u.)t(s)0.150.100.05010.80.250.20(b)0.60.4瞬时值和有效值波形：2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用3、电压暂降的特征在电压暂降的分析中，常将暂降时的电压有效值与额定电压有效值的比值定义为暂降幅值；将暂降从发生到结束之间的时间定义为持续时间；将单位时间内（评估时通常一年）发生电压暂降的次数定义为暂降频次。0%20%40%60%80%100%电压RMS(%)暂降幅值=45%持续时间=5周波时间（周波或s）主要电压暂降特征其他特征量还有：波形点、相位及其跳变等。2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用3、电压暂降特征采用三维图形展示电压暂降典型特征：持续时间暂降频次暂降幅值2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用3、电压暂降的起因引起电压严重暂降的主要原因是系统元件或线路故障。(雷电等恶劣天气影响)特征：暂降幅度大、近乎矩形曲线、持续时间短（即故障在线时间）。引起电压暂降的另一主要原因是重型负荷启动。特征：暂降幅度小、非规则矩形、持续时间长。线路短路大型电机启动就现象而言,电压暂降不是新问题。但由于其危害和影响十分突出,近年来成为了最重要的电能质量问题。2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用4、电压短时中断当电压有效值降低到接近于零时，称为电压中断。由于对“接近于零”的定义不同，概念有些区别：IEC定义“接近于零”为“低于标称电压的1%”；IEEE定义为“低于10%”[IEEEStd.1159-1995]。电压中断还可按持续时间进一步分类，但原则尚未统一。IEC标准中：长时间中断3分钟短时间中断≤3分钟IEEEStd.1159-195:1分钟≤1分钟由于故障自动恢复装置（重合闸和备自投装置）在系统中的应用，才出现了短时中断。2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用5、电压暂降与短时中断的区别电压暂降和短时电压中断一般是相伴发生的动态电压质量问题，共同点是：电压有效值短时下降。在分析和评估时，可将短时中断当作是特殊暂降，但又不同。一般，单一暂降事件的损失小于1min电压中断损失，大于1s短时中断损失。但由于暂降次数远大于中断次数（约6倍到600倍），因此，电压暂降损失远大于电压中断损失，成了最严重的电能质量问题。2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用5、电压暂降与短时间中断的差异电压中断一般只发生在故障线路上，而电压暂降则可能发生在较大范围内，如：可能由于数百公里外的输电系统故障引起，因此，电压暂降比电压中断更具有全局性。在采取抑制方措施面，为减少电压中断，一般仅需改造一个馈电系统，而为了减少暂降次数，往往需改造多个系统，甚至需改造远方输电系统。因此,解决电压暂降的困难更大，要求更高。2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用本节作业1、请查阅最新IEC和IEEE关于电压暂降、电压短时中断的定义，写出详细标准号、发布时间、发布单位，并分析存在不同定义的原因。2、请根据现有电力系统知识，分析一个系统内电压暂降与电压短时中断的严重程度存在什么差异，并分析影响电压暂降的因素。2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用第二节短时中断监测与随机预估一般方法短时电压中断是指线路由于故障或检修而被断路器断开，但在极短时间内又重新恢复供电的电压中断现象。与长时间电压中断相比，短时间电压中断发生的频次高，在技术处理上也有不同。一、短时中断与长时中断的差异2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用短时中断与长时中断的差异1.瞬时性故障清除，故障相线路经历短时中断；2.保护误动，非故障相也会经历短时中断；3.运行人员误操作。手动切换到正常母线1.重合断路器，主要用于架空配电线；2.自动切换到正常供电母线，多用于工业用电系统具体措施手动恢复自动恢复故障恢复方法1.永久性故障；2.瞬时性故障，重合闸拒动；3.线路故障检修。起因长时中断短时中断中断类型2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用二、短时电压中断监测与长时间电压中断不同，短时中断是在无法预知的情况下发生的，因此，检测需自动进行。对于短时电压中断，应在系统的所有分支回路或重要节点上装设必要的监测装置。与长时电压中断相同，短时中断检测的记录内容应包括日（年）电压中断频次等，并常按发生频次与持续时间之间的关系的形式给出结果。某典型短时压中断统计结果如下图：2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用中断平均次数计算式：11rkirikiiNNT在检测期间Ti内，检测装置i观测到的在r范围内的事件次数。2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用由上图还可计算出持续时间概率密度函数f(r)和概率分布函数F(t)连续随机变量离散随机变量rrkNfrNrtFtfr可见，对于仅能承受中断持续时间为20c的敏感用户设备来说，该设备每年将平均发生14次中断事故。若需将设备每年平均发生跳闸事故的次数降低为4次，则该设备应具有承受30s持续时间中断的能力。注意：短时中断次数的统计结果随监测位置的不同而不同，越靠近负荷侧，短时中断次数会越多。2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用三、电压短时中断次数的预估对重要输配电线路的短时电压中断次数进行估计是很重要的研究内容，也是度量现代供电质量的重要内容。当架空线配电系统故障时，相邻非故障线路可能承受的电压暂降或电压中断，与自配置的动重合闸装置密切相关。因此，在随机预估配电系统中用户承受的短时中断次数前，必须准确掌握重合闸装置、熔断器等的安装位置、重合闸装置多次重合的第一次成功率和第二次成功率，此外，还需了解配电主馈线和分支线路的长度以及线路故障率等参数，这些都是影响评估结果的重要参数。2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用例：评估下图0所示配电系统的电压中断次数。假设：主馈线故障率为0.1次/(年km)，分支线路故障率为0.25次/(年.km)，重合闸装置第一次重合成功率为75%，第二次成功率为故障数的10%，因此，有15%的故障二次重合不成功，属于永久性故障，将导致长时间中断。2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用第一步：重合闸过程分析(1)由于短路时过电流使线路保护动作，断路器瞬时断开。(2)断路器断开时间为1s，在此期间，75%的故障会消除。(3)断路器闭合。如果故障仍存在，过电流使断路器再次断开，这种情况占25%。(4)此次断路器断开时间为约5s，在此期间，10%的总故障数被消除。(5)断路器再次闭合时间约1s，如果故障仍然存在，断路器保持闭合，直到分支线路上的熔断器动作，将故障分支线断开。(6)熔断器熔断后，如果故障仍然未消失，断路器再第三次断开，并保持断路状态，直到人为恢复供电。此时整条主馈线路上的用户均承受长时间断电。2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用第二步：配电馈线上的故障次数计算：馈线故障总次数为：11×0.1+22×0.25=6.6(次/年)每次故障都会引起电压暂降，且可能存在四种情况：(1)持续时间为1s的短时电压中断；(2)发生两次短时中断，一次为1s，一次为5s；(3)发生两次短时中断，随之出现一次电压暂降；(4)发生两次短时中断，随之出现一次长时间中断。2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用由于预估该馈线上发生6.6次/年故障，所以：(1)6.6×75%=5.0次/年，为所有用户一次短时断电；(2)6.6×10%=0.7次/年，为所有用户二次短时断电；(3)6.6×15%=1.0次/年，为永久性故障，即用户将承受两次短时断电和随之发生的二次电压暂降，或随之出现的长时间断电。因此，由该馈线供电的每个用户所承受的短时电压中断次数相等，即持续时间1s的为5.0次/年，持续时间(1+5)s的为0.7次/年。2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用长时电压中断次数则取决于故障发生位置。当主馈线上发生永久性故障时，所有用户都将长时中断；分支线路上发生永久性故障时，则仅有该分支线路上的用户承受长时中断。不同馈线的永久性故障次数为：(1)分支A：8×0.25×0.15=0.3(次/年);(2)分支B：4×0.25×0.15=0.15(次/年);(3)分支C：7×0.25×0.15=0.26(次/年);(4)分支D：3×0.25×0.15=0.11(次/年);(5)主馈线：11×0.1×0.15=0.17(次/年)。2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用不同馈线上，用户经受的长时电压中断次数为：(1)主馈线：0.17(次/年)；(2)分支A：0.17+0.3=0.47(次/年)；(3)分支B：0.17+0.15=0.32(次/年)；(4)分支C：0.17+0.26=0.43(次/年)；(5)分支D：0.17+0.11=0.28(次/年)。2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用如果没有配置重合闸装置，仅靠熔断器清除分支线上的故障，可能存在的长时电压中断次数为：(1)主馈线：0.11(次/年);(2)分支A：3.1(次/年);(3)分支B：2.1(次/年);(4)分支C：2.9(次/年);(5)分支D：1.9(次/年)。2011-03-28四川大学电气工程及其自动化专业2011年用在有重合闸和无重合闸装置的情况下，长时电压中断与短时中断次数的比较如下表：因此，负荷如果对长时中断敏感，显然应配置重合闸装置，因为这样会使长时中断减少85%。如果负荷对短时中断和长时中断都敏感，最好