4.6 供配电系统电压异常及其防治

4.6.1  本规范中所指的电压异常包括有电压短时中断、电压暂降(又称电压骤降、电压凹陷)、电压骤升、过电压及欠电压。

    电压短时中断(Voltage Interruption)是指供电系统中某连接点电压有效值从额定电压骤降至额定电压的0.1倍(即0.1p.u.)以下，随后又在0.5至3个周波内恢复至额定电压的短暂失压现象。电压中断的持续时间是其主要评价指标。

    电压暂降(Voltage sags或Voltage dips)是指供电系统中某连接点电压有效值快速下降到0.1～0.9(即0.1p.u.～0.9p.u.)倍额定电压，随后又在10ms～1min的短暂持续期后恢复到额定值的现象。电压暂降的深度(Depth of voltage dip)和持续时间(Duration of voltage dip)是其主要评价指标。

    电压骤升(Swell)是指电压幅值升至额定值的110％～180％，持续时间10ms～1min。

    过电压(Over-volatage)是指电压幅值为额定值的110％～120％。持续时间大于1min。

    欠电压(Under-voltage)是指电压幅值为额定值的80％～90％，持续时间大于1min。

    引起电网电压中断和电压暂降现象的原因复杂多样。在城市终端电网中，电压中断通常由输配电网络自动重合闸动作、配电系统中常用电源与备用电源之间的转换等操作引起，其持续时间取决于上述过渡过程的长短。电压暂降主要是由于电力系统输电线遭受雷击、发生短路事故或一些用电设备(如电动机)启动或突然加载时所产生的电网电压瞬间降低现象。对终端电网而言，电压暂降发生频率高、持续时间短、检测与记录比较困难。某市电力部门曾对域内84家IT类电压敏感用户的电压暂降事件进行了调查，调查结果表明，该市输配电网存在以电压暂降及电压短期中断为主的动态电能质量问题，电压暂降和电压短期中断事件对半导体制造厂的生产影响很大，短期电压变化事件造成的经济损失每年为数十万元甚至上千万元，短期电压变化事件还会使电加热炉排气不畅而造成爆炸事故。

    电压暂降和电压短期中断事件对软件及通讯公司的危害严重，根据国内某知名通讯公司提供的资料，电压暂降会造成计算机数据丢失，某次最严重的电压暂降事件曾使其损失达700万元人民币。电压凹陷和电压短期中断事件对半导体及电路制造公司的危害更大，此类企业的电力敏感设备主要有压缩机，钻孔成形和生产制成等连续性生产设备，根据某知名IT制造商提供的资料，电压暂降事件导致生产中的晶圆破皮，设备复机需要1d～5d时间，公司每年承受从几十万元到几百万元的经济损失。上海某科学实验装置每年应电压暂降导致的电子加速器故障多达十余起，低压凹陷深度可达80％(即瞬间电压仅有额定工作电压的20％)，对科学实验造成较大不利影响。电压暂降对工业和民用建筑的不良影响不容忽视，应引起设计师的足够重视。

4.6.3  机械储能型电压自动补偿装置主要由高速飞轮、轴承支承系统、电动/发电机、功率电子变换器、电子控制设备以及附加设备等部分组成，是常用的机械储能装置之一，它是以物理方法把工频电网提供的电能以动能的形式储存，利用现代功率电子技术，实现机电能量转换的装置。其基本工作原理是由电能驱动飞轮到高速旋转，电能转变为机械能储存，当需要电能时，“飞轮”减速，电动机作发电机运行，将“飞轮”动能转换成电能，“飞轮”的升速和降速，实现了电能的存入和释放。

    机械储能型电压自动补偿装置具有大储能、高效率、无污染、长寿命的特点，在电网调峰、不间断电源、分布式供电等诸多领域也具有应用前景。

4.6.4  动态电压调节器(Dynamic  VoltageRestorer，DVR)主要由变压器、换流器和储能装置组成，变压器串接在供电线路上向敏感负荷供电。补偿是双向的，既能升高已下跌的电压，也能降低过高的电压，其响应时间只需几个毫秒。当电源侧电压质量明显不符合敏感负荷要求时，DVR通过串接的注入变压器向馈线注入可控幅值、相角和频率的电压，来校正负荷侧电压波形的畸变，包括由于邻近线路发生故障或负荷时而引起的电压波动。

    电网电压受到干扰造成负荷侧电压短时跌落(几个周波至几十个周波)是造成敏感负荷、计算机设备故障的主要原因，而动态电压调节器在1ms～2ms之内产生补偿电压，抵消系统电压所受干扰，使负荷侧电压感受不到扰动，保证了敏感负荷，计算机负荷的安全可靠运行。动态电压调节器响应速度快，可以保证负荷侧电压波形为标准正弦，消除电压谐波和电压波动与闪变对负载的影响。此类产品能够抑制动态和稳态的电压跌落、浪涌、闪变，具有良好的动态电压补偿能力，可以有效抑制谐波、三相不平衡，提高电能质量。

    动态电压调节器可以安装在计算中心的服务器与系统电源之间，防止系统电压干扰造成计算机与服务器故障造成数据丢失，提高计算机系统的安全可靠性。动态电压调节器也可以串联在敏感负荷与系统电源之间，防止系统电压干扰造成敏感负荷工作异常，如半导体工厂供电电源与用电负荷之间，防止系统电压波动，跌落和闪变造成半导体工厂产生大量废品及巨大的经济损失。

4.6.5  静止无功发生器(SVG)是快速响应的固态电力控制器，它能向配电馈线连接处提供灵活的电压控制以改进电力质量；同时也是一个交流同期电压源，通过一个联络电抗和配电系统相关联，并能用改变电压源的幅值和相角的方法和配电系统交换无功和有功功率，其结果就可通过以SVG和配电线之间的联络电抗来控制电流。这样可调节无功电流和抑制电压波动。SVG是通过一个先进电力半导体装置组成的固态的直流到交流的变流器来实现的。它能有效地替代配电系统采用常规电压和无功控制元件、有载分接开关、电压调整器和自动投切电容器。一台多功能的SVG包括的功能有电压控制、动态滤波、低损控制无功和有功功率。

4.6.6  UPS设备昂贵，仅为补偿电压暂降使用UPS显然不经济。