浅谈电压凹陷及其测试.doc

浅谈电压凹陷及其测试1、 引言 过去，电力系统中的许多传统用电设备在供电幅值相对较大的变化范围内也能正常地工作。然而，随着现代科学技术的发展，变频调速设备、可编程逻辑控制器、各种自动生产线以及计算机系统等敏感性用电设备得到广泛应用，它们对系统电压特性的变化非常敏感，仅为几个周波的供电中断或电压跌落都将严重影响其正常工作，可见其对电压质量的要求，和传统用电设备相比，要苛刻得多。 目前在工业化国家，电压凹陷已经上升为最重要的电能质量问题之一。比如，在欧洲，电力部门及用户对电压凹陷的关注程度比对其他有关电能质量问题的关注程度要强得多。据报道，由电压凹陷引起的用户投诉占整个电能质量问题的80%以上，而由谐波等引起电能质量问题投诉不到20%。电压凹陷轻则造成工作、生活上的不便。例如电压凹陷可能造成个人计算机紊乱，数据丢失等。 电压凹陷重则可能造成巨大的经济损失、人员伤亡等，且凹陷后的无序启动比计划断电后的有序恢复造成的损失大得多。如，上海浦东某电子有限公司是一家以生产0.250.5m硅晶片为主的高科技企业，其中0有一部分负荷对电压变动十分敏感，当电压跌至正常电压的80%，持续时间超过20ms时，其内部的部分设备就会停机，据粗略估算，每发生一次类似事件，造成的直接经济损失在200万元人民币以上。 国外发达国家对电压凹陷及设备敏感度的研究已经比较深入和广泛，而在国内，这方面的研究工作开展得还非常有限。本文将就电压凹陷的定义、危害及其测试，做一个简单的论述。2、 定义电压凹陷产生的原因涉及系统运行与用户用电两方面。系统方面的原因包括各种短路故障、雷击致使保护动作、开关操作、变压器以及电容器组的投切等。用户的原因包括用户内部短路以及大型电机的启动、轧钢机等冲击性负荷的投运等。其中，短路故障和感应电机启动是最主要的两个原因。短路故障可能引起较为严重的电压凹陷，电机启动引起的凹陷持续时间较长。 目前各种资料描绘电压短时间下降有“电压凹陷”和“电压骤降”两种说法。实际上这两个术语是一回事，只是标准的规定值有所不同而已。IEEE标准中把这一现象称为电压凹陷（voltage sag），其定义为：供电系统中某点的工频电压均方根值突然下降至额定值的10%90%，并在随后的10ms1min的短暂持续期后恢复正常。IEC标准中将这一现象称为电压骤降（voltage dip），其定义为：供电系统中某点的工频电压均方根值突然下降至额定值的1%90%，并在随后的10ms1min的短暂持续期后恢复正常。典型的电压凹陷事件持续时间在0.530个周期（10600ms）。3、 分类1） 以电压凹陷形状为标准进行分类故障类电压凹陷取决于保护动作时间，所以迅速恢复成矩形形状；感应电动机、变压器投运引起的电压凹陷取决于它们的暂态过渡过程，所以是逐渐恢复形成缓慢上升曲线。2） 以电压凹陷对称性为标准进行分类感应电动机启动是平衡负荷启动，所引起的电压凹陷三相基本对称；变压器激磁过程是不对称的，所引起的电压凹陷是三相不对称。4、对敏感设备的危害一般而言，电压凹陷对任何设备都会造成影响，只是不同的设备对电压凹陷的敏感度不同。不同类型设备的敏感度往往差别很大，甚至同类型但不同厂家生产、同类型同一厂家生产但不同时期产品（经过技术更新）对电压凹陷的敏感度都可能相差甚远。限于篇幅，本文仅对常用的几种负荷设备进行一个简单的说明。1） 计算机及电子设备电压凹陷可能使计算机及电子设备的硬件或软件的运行发生故障或错误，或使设备的低电压保护或快速过流保护而使设备电源跳闸、导致设备断电而彻底停止运行。计算机和大多数电子设备的电源通常都是由一个二极管整流器和一个电压调节器组成，如果交流侧电压降低，整流器直流侧电压也将随之降低，但在一定的电压变化范围内，电压调节器能保持其输出电压恒定，使设备正常工作。但若整流器直流侧电压过低，电压调节器输出电压将不能维持恒定值，从而导致设备的非正常工作或电源跳闸。2） 直流电机驱动在工业生产的很多领域都广泛采用直流驱动。发生电压凹陷时，直流驱动的控制器可能断电。另外，电压凹陷期间，直流驱动将减速，如果凹陷严重，直流驱动能力将大大减弱。3） 过程控制装置过程控制装置对电压凹陷非常敏感，幅值低于80%、持续时间几个周期的凹陷就可能使其跳闸，从而可能造成严重后果。一些控制器在实际跳闸之前还会发出错误的控制信号（这与控制器各部分对凹陷的敏感程度不同有关），错误的控制信号将导致危险的过程故障。4） 特殊照明设备大部分照明灯在发生电压凹陷时只是闪一下或暂时变暗，不会造成严重的后果。但有些照明设备，比如高压钠灯，会因为电压凹陷而彻底熄灭，并且电压恢复后需要几分钟的时间才能恢复正常，并且照明设备对电压凹陷的耐受能力会随着使用时间的增长而降低。4、 上海某芯片制造厂测试实例1）电压凹陷 可以看到，在测试的12分钟和第15分钟左右，分别发生了不同程度的电压凹陷，第15分钟尤为严重，所幸没有造成严重的生产事故。2）CBEMA曲线CBEMA曲线是西方工业界使用最广泛的设备敏感曲线，它是由美国计算机和商用设备制造商协会（CBEMA）在20世纪80年代出于大型计算机对电能质量的要求提出了电压容限曲线并作为对其制造商产品设计的技术要求，以防止电压扰动造成计算机及其控制装置误动和损坏。我国目前大量精密设备、PLC、数控机床自欧美引进，对这些设备来说，用CBEMA曲线来作为电能质量考核标准之一是非常合适的。下图为在上海某芯片制造厂测试实例中的CBEMA曲线： 以上测试结果均取自瑞士莱姆集团的动态电能质量分析仪PQPT1000。该设备不仅能全面测试电能质量各项指标，同时，为方便电压凹陷的测试，其电流通道可作为电压通道来使用，仅需在软件设置中如下图稍做调整。也就是说，如果仅用做电压凹陷测试，一台设备可作为两台设备来同时使用。 5、 结束语 随着信息社会的到来，