第五章电压暂降与短时间中断(1)

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图5-3 带有熔断器和重合闸的架空线路配电系统
保护和自动重合闸动作时间的 的整定原则及一般整定值
继电保护动作时间的整定原则:正确可靠,相互配合, 并尽可能快速的将线路或设备的故障点清除在外。
故障切除时间等于保护装置和断路器动作时间之和; 保护装置动作时间为 0.04~0.08s, 最快0.01~0.04s;
电压短时间中断、电压暂降的实例波形记录
时间(ms)
时间(s)
时间(ms)
电压短时间中断(方均根值、 瞬时波形)记录
时间(ms)
不平衡故障引起的电压暂降记录
三相系统中电压暂降的持续时间
电压暂降的持续时间取决于设定阈值。
最先发生相的电压低于阈值的时刻起,只有当各相电 压都等于或高过暂降结束阈值时,三相电压的暂降才 结束。因此,三相电压暂降的持续时间等于或大于单 相电压暂降持续时间。
-1
Magnitude (50% of nominal)
注:由于引发电 压暂降的原因不 同,电压变化过 程形式多样,尤 其是下降和上升 沿应引起注意
Voltage dip Voltage Sag
电压变动分布图
瞬态 110 (瞬时值) %
暂升
过电压
正常工作电压(电压偏差)
90%
事件 幅度
瞬态
(瞬时值)
相位跳变
电压
电压暂降协调图— 描述观察点信息的二维形式
根据监测记录的数据,描绘 出电压暂降事件的等高线 (通常以每年发生的电压暂 降次数为等高线),也可采 用二维方法提供供电电压质 量的完整信息。
在把设备敏感度叠加在等高 线上后,可掌握设备运行状 态与供电性能的比较结果。
例如,设备A的敏感度为:残压65%,持续 时间 0.2s。从图可知,该供电监测点这样的 电压暂降每年发生5次,由此考虑设备是否 可以耐受。而在该连接点,没有发生低于设 备C敏感度的暂降事件记录,因此,设备C 不会受到暂降影响。
2)由于故障性质、重合闸设定等因素影响,一次故障可能引 发多次电压事件。以图5-4线路1为例,假设为永久性故障,
从一次电压暂降和一次短时间中断,发展到二次电压暂降和二 次短时间中断,直至长时供电中断。
重合闸可能使长时间停电次数减少, 而使短时间中断和电压暂降次数增加
电压
RMS,
电压暂降
故障切除 电压恢复
装置的动作时间决定。 传输线路的短路故障清除时间较短,约60~150ms; 配电故障的清除时间较长,MV, 0.5~2s,
LV则取决于熔丝的特性。
电压暂降的特性参数变化
二、电压暂降幅值
泛泛而论,电压暂降的跌落程度是随机的;实际上它取决于电网内观察点 (PCC)相对于短路点的位置(距离)。
观察点离短路点越近,残压越低; 观察点离电源(电源、电容器组、蓄电池等)点越近,电压跌落的越小; 输电系统的故障会导致大范围(数百公里远的地区)发生电压暂降; 配电网短路故障的影响范围较小;但用户设备内部故障引起的附近观察点
短时中断、短时电压波动、 快速变化谐波等
按照电压变动细化分类图
电压变动 (假设纯正弦函数变化)
稳态电压变动
相对缓慢变化,10min平均
电压偏差
动态电压变动
相对快速变化<25Hz
电压波动
短时间电压变动
0.5c~1min 暂降,短时中断
UU10minUN 10% 0
UN
dUmaxUmin10% 0 UN
电压暂降现象的起因总结
➢ 引起电压严重暂降的最主要原因是系统元件或
线路的故障。(雷电等恶劣天气影响居多的线路短路)
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)
图a:线路短路
➢ 引起电压暂降的另一主要原因是大容量负荷的
投切。(大型电机、电弧炉、焊接设备等)
特征:暂降幅度小、非规则矩形、持续时间长
电压等 比
级kV
X1 X2 T S Z1 Z2
90>U%≥80 80>U%≥70 70>U%≥60 60>U%≥40 40>U%≥0
S
Z1
X1
Z2
X2
T
44<U% ≤132
13 10 5 7 4 2
50%
>132
8 9 321 1
44<U% ≤132
35 35 25 40 40 10
95%
>132
30 30 20 20 10 5
暂降发生过程简要分析
电压
RMS,
电压暂降
故障切除 电压恢复
重合成功 电压恢复
重合闸
百度文库
1
熔断器
变电站
主馈线
短时间中断
2
A
B
时间
分支线路 1 2
图5-4 重合闸时故障线路(实线)和非故障线路 (虚线)电压均方根值
A——故障切除时间 B——重合闸重合时间
线路1发生1次电压暂降,1次短时间中断 线路2只发生1次电压暂降
在美国常用 voltage dips; 而在欧洲常用
voltage sags
参考电压
额 阈值 定 电 压 值
暂降持续时间1
暂降持续时间2


暂降 Dip 家
深度


残压 Sag
定 义
1 Duration (4 Cycle)
0.5
0
电压暂降事件的波形瞬时
值与均方根值对比示意图 0
1
2
3
4
5
6
7
8
-0.5
重合成功 电压恢复
1、2号线 恢复正常
如果重合不成功, 第二次保护动作
如果上一级 保护动作。。。
短时间中断
A
B
时间
1、2号线 发生二次 电压暂降
1号线恢复 正常,2号 线停电
短时间中断的随机预估—数据比较
表所示为有重合动作和无重合动作条件下,长时间 电压中断和短时间电压中断次数的比较结果。
主馈线 分支A 分支B 分支C 分支D
生 次数很分散。
电压暂降发生次数的统计例
➢ 调查结果显示: ❖美国电压暂降幅值低于0.7p.u.的典型值为18-20次/年, 低于0.9p.u.的次数为50-60次/年。 ❖加拿大对工业用户的调查结果是每个用户侧监测点每 相每月平均暂降38次。 ❖英国某造纸厂年电压暂降事件次数约36次。 ❖杭州东信通讯移动电话公司2003年上半年就发生了67次暂降事件。
第五章 电压暂降与短时间中断 VOLTAGE SAGS AND SHORT INTERRUPTIONS
电能质量体系构成与分类示意图
电 能 质量
供电质量
用电质量
电压质量
服务质量1 服务质量2
电流质量
稳态电压质量:频率偏差、电压偏差、 电流谐波、间谐波、次谐波、
不平衡度、电压谐波、欠电压过电压等
暂态电压质量:冲击振荡、电压暂降 、 相位超前与滞后、通讯干扰等
的电压暂降更严重; 短路类型和变压器绕组的连接方式会改变电压暂降深度(可参见陶顺博士
发表的论文)。
变压器原边发生单相接地故障时副边的电压
变压器绕组连 接方式a
Ynyn或Yny Yy,Yyn或Dd Ynd或Yd Dyn或Dy
相电压
U1
U2 U3
0.0 1.0 1.0
0.33 0.88 0.88 - --
电压短时间中断是电压暂降的极端情况,即当所有相 的电压下降到阈值(残压)为10%(IEEE),或 1%(IEC)时为电压短时间中断。
电 压 暂 降 持 续 时 间 ( 相 1) 电 压 暂 降 持 续 时 间 ( 相 2) 相 3( 没 有 扰 动 )
三相电压暂降持续时间 等效三相电压暂降
阈值与电压暂降持续时间的关系
电压快速短时突然变动示例
电压暂降(Sags/Dips)的基本概念
一次暂降电磁扰动用两维特性,即电压跌落的幅值大小(即残压或 暂降深度)和时间(即持续时间)(见图)来描述。
残压是电压暂降或短时间停电过程中电压方均根值的最小值,残压 可用伏特值或相对参考电压的百分比值或标幺值表示。而暂降深度 仅从字面理解,是指电压丢失的部分,与残压含义相反。
电压暂降
欠电压
10% 10ms
短时中断
长时中断 1min.
电压暂降(Sags/Dips)的基本定义
3)在电压暂降的分析中,通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的幅值,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 内发生电压暂降的次数定义为暂降频次。
4)国际电工委员会(IEC)将其定义为下降到额定值的 90%至1%,国际电气与电子工程师协会(IEEE)将 其定义为下降到额定值的90%至10%。
1)跌落幅值 2)持续时间 3)发生次数 4)相位跳变
多参数描述
长时间电压变动
>1min 过电压欠电压停电
电压暂降(Sags/Dips)的基本概念
一、电压暂降概念与定义
1)电压暂降现象并不是电力系统中的新问题,电网运行伊始 就已经存在。它主要是由于系统发生短路故障或者重负荷 启动引起的。
2)电压暂降不同于电压偏差,是指电压方均根值的大幅度、 快速、短时间下降的突发事件。
长时间中断 有重合闸 无重合闸
0.2
1.1
0.5
3.1
0.3
2.1
0.4
2.9
0.3
1.9
所有中断 有重合闸 无重合闸
6.6
1.1
6.6
3.1
6.6
2.1
6.6
2.9
6.6
1.9
电动机启动引起的电压跌落变化
6倍左右
电流(A)
t=数秒至1min
时间(s)
时间(s)
事件型电能质量-电压暂降实测波形
电压暂降的持续时间取决于设定的阈值
阈值
三相系统中持续时间要 以设定阈值为准则
等效三相电压暂降
只有一 相电压 跌落超 过设定 阈值
电压暂降的特性参数变化
电力系统是一个自成一体的强耦合动态系统。任意 一点的电压、电流或者阻抗发生变化都将引起系统其他 地方的电参数发生不同程度的变化。 一、电压暂降持续时间 电压暂降的持续时间主要是由熔断器、断路器和保护
图b:大型电机启动
就现象可见,电压暂降并不是新问题。但 是,由于其危害和影响十分突出,它却成为 近年来日益引起电工界关注的最重要的电 能质量问题.
电压短时间中断 (Short-time Interruption)
二、短时间中断的定义
1)当电压有效值降低到接近于零时,则称为中断。
由于对电压暂降下降幅度定义的不同,对“接近于零”也有不同的定义 IEC定义“接近于零”为“低于额定电压的1%”;
0.58 1.0 0.58
线电压
U12
U23
U31
0.58 1.0
0.58
0.58 1.0
0.58
0.33 0.88
0.88
0.88 0.88
0.33
三相电压暂降的类型
电压暂降三特征量示意图
可采用三维图形展示 电压暂降三特征量(即 暂降幅值 持续时间 暂降次数 的分布图)。这是完整描述 电网发生电压暂降的图示化 方法。此外,在某些用电设备 (可调速驱动装置)由于电压 暂降引起的供电电压相位跳变 亦很敏感。 的相位 相位跳变
:要求大部分用户设备有对此类电压事件的承受能力
暂降幅值、持续时间和暂降频次是标称电压暂降 严重度的最重要的三个特征量 电压的相位跳变是其次特征量
反映出电 压暂降发 生的基本
规律
某工业用户端电压暂降幅值分布图
图所示为一家115kV 工业用户电压暂降幅值的实 测结果(监测期为1年)。 可以看到,该工厂供电系统 中电压暂降绝大多数处在 低于额定值的10%-30% (或表示为0.9pu ~0.7pu) 范围内。电压暂降大于50% 的几乎为0.
(注:按照IEEE定义,低于额定值0-10%的电压变动不属于电压暂降)
某工业用户端电压暂降幅值分布图
电压暂降特征量的统计规律
美国EPRI-DPQ电压暂降 统计调查分布结果
▲暂降幅值为0.7p.u-0.9p.u 的电压暂降占70%。; ▲持续时间不超过1s的约占90%, 不超过0.1s的约占60%; ▲发生频次平均低于0.7p.u.的 为18.422次/年,低于0.9p.u 的为56.308次/年。电压暂降发
例如,图5-4中,A = 暂降时间(故障切除时间 0.1s),B = 中断时间(1.5s)
电压暂降和中断的发生过程
1)由分支线路熔断器保护与主干线路重合闸的配合关系可以 知道,电压暂降、短时电压中断和长时电压中断的出现是与 故障类型和发生点、保护方式的配合以及恢复供电时间相关 联,并且电压事件的形式可能发生转变。
断路器动作时间为 0.06~0.15s,,最快 0.02~0.06s; 切除故障的最快时间为 0.03~0.1s
重合闸时间整定原则:在保证故障线路绝缘恢复后尽可 能快地重新供电。考核指标是,瞬时故障重合闸成功率。
单端电源三相一次重合闸:整定值为0.3-0.4s;但考虑到两端保护动作的不同 时性,一般取整定值为1.0-1.5s;
事 件 次数 标称电压百分数(%)
设备B
设备A
设备C
不能承受区
暂降持续时间(s)
南非PQ标准(ESKOM):NRS048-2,2004 中采用在一定的规定条件下限值发生次数的办法
暂降幅值 U%
持续时间 t
20≤t<150 ms
150≤t 0.6≤t <600 <3 s ms
监测
年暂降频次限值
点的
百分
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