电力系统的故障引起的电压暂降分析方法

王振 林卫敏 王帅 周灵江 李万里

摘要：电压暂降是电力系统的一种突出的电能质量问题，伴随用电设备的技术更新，对供电系统的电能质量提出了更高要求，该问题引起了有关部门与研究员的广泛关注。近些年，在各种电能质量问题中，电压暂降是造成电压敏感设备不能正常工作的主要原因。通常可认为电压暂降引起70%-90%电能质量问题。本文主要探讨电力系统的故障引起的电压暂降分析方法。

关键词：电力系统;故障;电压暂降;分析方法

引言

伴随我国国民经济的发展，电能质量问题受到供电部门和用户的普遍关注，某电力部门的调查结果表明：在由电能质量引起的用户投诉中，由电压暂降引起的投诉占80%以上，而由谐波、开关操作过电压等引起的投诉不到20%。可见，电压暂降已成为最重要的电能质量问题。因此，本文主要研究电力系统的故障引起的电压暂降分析方法，为改善电压暂降状况提供依据。

一、电压暂降的相关概念

电压暂降（voltagesag），也称电压跌落，电压凹陷或电压骤降，是指电压均方根值在短时间突然下降至额定电压幅值的90%-10%，其典型持续时间为0.5-30周波的一种现象。

IEEE标准中，电压暂降的定义为：供电系统中某一点的工频电压有效值突然下降，并达到额定值的10%～90%，而且在短暂的持续期（10ms～1min）的短暂持续期后恢复正常。IEC标准中，电压跌落（voltagedip）的定义与IEEEE标准的不同之处在于：下降到电压额定值的1%～90%。

电压暂降幅值、持续时间、和相位跳变是电压暂降的三个特征量：

1、电压暂降幅值，通常指暂降时的电压均方根值与额定电压均方根值的比值。

2、电压暂降持续时间，即电压暂降起止时刻之差。实际测量仪器中可对应不同人暂降幅值给出相应的持续时间，即电压均方根值低于指定电压门槛值的一段时间定义为与特定暂降幅值对应的持续时间。

3、电压暂降的相们跳变，即电压暂降前后相位角的变化，通常在系统和线路的电抗与电阻的比值（X/R）不同或发生不对称电压暂降时出现。

另外，暂降频次是表征电压暂降对敏感电力用户影响频繁程度的重要指标。暂降频次的增加无疑将加重暂降对敏感用户的危害。为更确切地分析电压暂降的影响，在电压暂降综合评估中常将暂降频次与暂降幅值及持续时间同时考虑。

二、电压暂降的危害

电压暂降已成为威胁现代社会用电设备正常、安全工作的主要干扰，并且成为威胁信息化社会供电质量不可忽视的因素。其危害性主要表现在以下几个方面：

1、电压暂降给高新科技、大型敏感工业用户等经济社会用户造成巨大损失，几个周期的供电电压暂降都将影响一些设备的正常运行，造成产品质量下降，甚至使生产线程序紊乱或中断，且电压暂降后的无序启动比计划断电后的有序恢复造成的危害及损失大得多。

2、电压暂降可能造成工作、生活上的不便。

3、电压暂降不仅造成经济损失，而且还可能造成人员伤亡和设备损坏。例如医院中的一些医疗保健设备，用计算机进行的脑外科、心血管外科、眼科手术等，当发生电压暂降而造成设备不能正常工作时将带来严重后果。

三、电力系统的故障引起的电压暂降分析方法

电压暂降分析计算，即电力系统发生电压暂降时计算敏感负荷处（即其所连接的母线节点）的电压暂降幅值、持续时间及相位跳变等特征量信息，凹陷域分析是其中最重要的研究内容。电压暂降分析方法目前主要有实测统计法和随机预估法两类。

1、实测统计法

实测统计法是指选择电力系统的部分站点进行电能质量实地监测，通過统计处理和分析计算所采集的数据确定电压暂降情况。

通过监视来获得统计信息有很大的局限性，由于电压暂降的发生是随机事件，如采用实地监测，监测周期的长短直接影响了分析结果的准确度。因此实地监测的结果对于因电压暂降而跳闸频繁的负荷有参考价值。而对于一般负荷，监测结果由于时间不够长而变得意义不大。

2、随机预估法

随机预估法将故障发生视为随机事件，通过已有的故障统计建立系统模型，从理论上预估由故障导致的电压暂降。目前有两种公认可行的随机预估法：临界距离法和故障点法。

临界距离法是一种针对辐射型配电网络的电压暂降简单快速预估方法。对临界距离的定义是：当公共连接点电压降低到等于临界电压V时，故障点与公共连接点之间的距离。在临界距离内发生的故障将使公共连接点的敏感性负荷非正常工作。对于辐射型配电系统，可用一个简单的电压分配器电路描述，如图1所示。

该法也可应用于某些非辐射型配电系统。临界距离法的缺陷是：仅考虑电压暂降幅值的影响，而未考虑电压暂降持续时间等特征量的影响。且对大型输电环网不适用。因此，临界距离法适用于系统参数不完整、精度要求不高的情况，对系统电压暂降情况进行分析计算。

故障点法的基本思想为：假定在系统中发生多处故障，计算这些故障所引起的电压暂降的幅值、持续时间、相位跳变等特征量。

具体计算方法为：在已知系统结构的情况下，首先分析各种可能发生的故障对敏感负荷所产生的电压暂降影响，将系统粗略地划分为若干部分，具有相同电压暂降特征的为同一部分，各部分由一个故障点代表。然后对各种故障类型进行仿真或者短路计算，得到电压暂降幅值、相移和持续时间等特征量。

故障点法已成为广为接受的电压暂降分析计算方法，该方法易于编程，用计算机对电压凹陷域进行分析计算非常方便，在故障点选取足够多的时候可以取得较为精确的结果。

故障点法的缺陷是，较高的评估精度，需要设置较多的故障点。