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摘要：文章通过机电方面的工程实践,系统分析了造成发动机频繁停机的原因，并根据目前供电现状提出可行的解决办法。
关键词：电能质量， 电压跌落，动态电能，质量调节技术
Abstract: in this paper, through the mechanical and electrical engineering practice, this paper systematically analyses the reason caused by engine frequent downtime, and according to the current situation of power supply a feasible solution.
Keywords: power quality, the voltage drop, dynamic power, quality regulation technology
中图分类号：TU85 文献标识码：A 文章编号：
1、 概述
某机电系统工程由110KV黄阁变电站3条10KV专线供电，总装见容量31560KVA，2008年用电量超过4500万千瓦时。建有联合开关房两座，分别从110KV黄阁变电站Ⅱ母、Ⅲ母引10KV专线供电，两开关房通过两条240电缆联络，并从110KV黄阁变电站Ⅱ母引10KV专线做备用电源。
本发动机配电设备分两期建设，一期于2004年8月建成投运，10KV进线电缆为YJV22－3×240电缆，电缆长度约为2.2km，变压器采用SCBL10型干变，低压柜以西门子产品为主，二期于2006年1月建成投运，10KV进线电缆为YJV22－3×240电缆，电缆长度约为2.2km，变压器采用SCBL10型干变，低压柜以施耐德产品为主。主要生产设备大部分为日本进口。设备运行年限也比较短，技术水平也比较先进，最长不超过5年。
2、 故障概况
2.1故障描述及危害
自2006年以来，本工程频繁出现设备停机状况，截至2009年2月10日，共有32起设备停机时间，故障范围涉及联合、铸造生产线，空压机、冷冻机、风机，厂房照明，办公楼照明等。
2.2故障危害
此类设备停机事故对用户影响巨大，造成生产中断、材料报废、设备损坏、次品率上升等严重后果，根据用户统计，每次停机而导致的生产中断直接经济损失不低于3万元，其中材料报废、设备损坏、次品率上升等造成的损失未统计在内。
3、 原因分析
3.1设备电气性能不合格原因
如果配电设备电气性能有缺陷，比如绝缘电阻不满足规程要求，就有可能在配网故障时或者在雨天潮湿情况下对地放电，电压降低而导致设备跳闸停机。通过前年对该厂10KV进线电缆、配电变压器、10KV配电柜等进行了预防性试验，根据试验报告，基本可以排除设备绝缘损坏、开关操作机构缺陷和机械特性能不合格等原因。
3.2低压继保整定原因
如果低压断路器继保整定值偏小，动作电流不能躲开设备正常运行时的冲击电流，也可能导致设备频繁跳闸。通过对所有低压继保整定重新计算，用户目前的低压继保整定基本合格，不是导致设备频繁跳闸的主要原因。
3.3电能质量原因
我国电力系统衡量电能质量主要从交流电压、电流的频率；波形；电压几个方面考核，其中对电能质量的要求主要有一下几点：
1、电网频率。我国电力系统的标称频率为50Hz ，GB／T15945-1995《电能质量一电力系统频率允许偏差》中规定：电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz，当系统容量较小时，偏差值可放宽到±0.5Hz，标准中没有说明系统容量大小的界限。在《全国供用电规则》中规定"供电局供电频率的允许偏差：电网容量在300万千瓦及以上者为±0.2HZ；电网容量在300万千瓦以下者，为±0.5HZ。实际运行中，从全国各大电力系统运行看都保持在不大于±0.1HZ范围内。
2、电压偏差。GBl2325－90《电能质量一供电电压允许偏差》中规定：35kV及以上供电电压正负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10％；10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的土7％；220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7％～10％。
3、三相电压不平衡。GB／T15543-1995《电能质量一三相电压允许不平衡度》中规定：电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2％，短时不得超过4％。标准还规定对每个用户电压不平衡度的一般限值为1.3％。
3.4用户设备敏感，不能抵御正常的电压扰动
该用户生产线主要设备为可编程控制器（PCL）、精密机械工具，空压机、冷冻机、送风机等也都会有电子控制器。以上设备都是对电压跌落比较敏感的设备。对于PCL，一般电压低于81％时，PCL停止工作；一些I/O设备，当电压低于90％，持续时间仅几个周期，设备就会切除。对于精密机械工具，尤其是有机器人控制对金属部件进行钻和切割等精密加工，为保证产品质量和安全，工作电压门限值一般设为90％，当电压低于此值时，持续时间超过2个至三个周期时，就会被跳闸。而对于有电子控制器的制冷设备等，当电压低于80％时，控制器就会动作将制冷电机等切除，导致巨大经济损失。
通过以上分析，可以得出以下结论：该用户设备频繁跳闸停机主要是由于用户设备对电压敏感度比较高，在电网正常的瞬时电压上升或下降情况下，用户设备感受到电压变化造成设备不正常运行甚至跳闸停机，用户电压跌落幅值主要集中在10％～30％之间，持续时间在400ms以内。
4、 解决措施
根据以上分析的原因，参照国内外相关经验，应从用户设备改进、增加补偿装置、优化供电方式三方面入手解决电压跌落问题。
4.1提高用电设备对电能质量问题的抵御能力
电压跌落造成经济损失的原因，往往是因为用电设备抵抗电压干扰的能力差，短时的电压跌落设备跳机，造成生产中断。有关提高用电设备抗扰能力的方法如下：
1、对单相、低功率的设备内部的直流母线安装更多的电容。
2、采用宽范围的DC／AC变换器。
3、增大变频调速装置的直流侧母线电容容量，改进其控制方法。
4、对所有接触器、继电器、传感器等期间的抵御能力进行检查分析．采取一定的措施以提高整个系统的抵御能力
5、改善直流电机驱动负载特性，在电压跌落时，能快速减小电机输出的电磁转矩。
6、应从生产厂家了解有关设备的抵御能力信息，从而能全面地设计配电系统。
7、电气接地与防雷接地相互独立，避免雷电流对生产设备控制系统产生干扰。
4.2在供电网络与用户设备间加装补偿装置
4.2.1、动态电压调节器(DVR)
DVR是用来补偿电压跌落、提高下游敏感负荷供电质量的串联补偿装置，其良好的动态性能和成本上的相对优势使它成为目前治理供电电压突降问题的最经济、有效的手段。
工作原理：下图为DVR的工作原理图。DVR装置串联在系统与敏感负荷之间，当系统侧供电电压(U sys)发生跌落时，DVR装置迅速检测并算出跌落部分的大小，立即生成、输出相应大小的补偿电压(UDVR)，以保证负荷侧电压(Uload)维持不变，令敏感负荷感受不到系统电压的波动，确保敏感负荷的供电质量。
DVR是一种面向负荷的补偿装置，其容量通常取决于负荷的容量和要求补偿的范围，由于DVR只需补偿系统电压跌落的缺额部分，故其设计容量远小于采用UPS补偿时的设计容量。目前，某些国际知名公司已有MVA级DVR装置投入运行，它们在保证大型敏感工业用户的电能质量方面取得了显著的成效。西屋公司和美国EPRI合作研制了世界上第一台DVR，于1996年8月在美国Duke电力公司位于南加州安德森的12．47kV配电系统中投入运行，用于解决一家自动化纺织厂的供电电压问题。另外，美国一家半导体厂，在装设了6MVA的DVR后，消除了90％ 的电压跌落对工厂的影响，两年内收回成本。
4.2.2、统一电能质量控制器（UPQC）
日本学者H．Akagi在1996年首次提出统一电能质量调节器UPQC(Unified Power Quality Conditioner)的慨念，结合了电压型、电流型补偿装置两者的功能，具有综合的调节功能，被公认为是极有发展前途的一种串一并补偿调节装置。其功能可总结为：电压控制(电压跌落、电压畸变补偿等)；有功、无功动态调节；有源滤波；平衡化补偿；不间断供电；储能。
工作原理：UPQC的主电路由一个串联逆变器和一个并联逆变器通过一个电容耦合。如下图所示，并联逆变器采用PWM电流控制技术，进行非线性负载的谐波电流及无功补偿，并起调节电容直流电压的作用。串联逆变器采用PWM电压控制技术，通过控制其输出电压达到抑制电压谐波、降低电源电压波动对敏感负载的影响。
UPQC兼有串、并联补偿器的结构特征，可同时改善网络电流和电压波形，能够解决配电系统发生的绝大多数电能质量问题。另外，UPQC可与TSC静止型动态无功补偿装置、无源电力濾波器等配合使用，以减小UP QC的容量。
5、 结论
电压跌落问题是伴随工业控制系统不断信息化而出现的，目前国内还没有具体的定义及相关标准可供参考，但它已经逐渐成为影响用户生产的重要因素，其治理过程需要用户与供电企业双方的共同努力，动态电压调节器(DVR)和统一电能质量控制器（UPQC）为解决该问题提出了一个科学合理的方案。
参考文献
[1] 王鹏宇，郝东鸣. 电能质量问题及解决措施.东北电力技术 2008,9:36-39.
[2] 李通若, 张媛. 探讨电能质量事故电压跌落问题. 江西电力,2008(4):70-73.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：电能质量， 电压跌落，动态电能，质量调节技术
Abstract: in this paper, through the mechanical and electrical engineering practice, this paper systematically analyses the reason caused by engine frequent downtime, and according to the current situation of power supply a feasible solution.
Keywords: power quality, the voltage drop, dynamic power, quality regulation technology
中图分类号：TU85 文献标识码：A 文章编号：
1、 概述
某机电系统工程由110KV黄阁变电站3条10KV专线供电，总装见容量31560KVA，2008年用电量超过4500万千瓦时。建有联合开关房两座，分别从110KV黄阁变电站Ⅱ母、Ⅲ母引10KV专线供电，两开关房通过两条240电缆联络，并从110KV黄阁变电站Ⅱ母引10KV专线做备用电源。
本发动机配电设备分两期建设，一期于2004年8月建成投运，10KV进线电缆为YJV22－3×240电缆，电缆长度约为2.2km，变压器采用SCBL10型干变，低压柜以西门子产品为主，二期于2006年1月建成投运，10KV进线电缆为YJV22－3×240电缆，电缆长度约为2.2km，变压器采用SCBL10型干变，低压柜以施耐德产品为主。主要生产设备大部分为日本进口。设备运行年限也比较短，技术水平也比较先进，最长不超过5年。
2、 故障概况
2.1故障描述及危害
自2006年以来，本工程频繁出现设备停机状况，截至2009年2月10日，共有32起设备停机时间，故障范围涉及联合、铸造生产线，空压机、冷冻机、风机，厂房照明，办公楼照明等。
2.2故障危害
此类设备停机事故对用户影响巨大，造成生产中断、材料报废、设备损坏、次品率上升等严重后果，根据用户统计，每次停机而导致的生产中断直接经济损失不低于3万元，其中材料报废、设备损坏、次品率上升等造成的损失未统计在内。
3、 原因分析
3.1设备电气性能不合格原因
如果配电设备电气性能有缺陷，比如绝缘电阻不满足规程要求，就有可能在配网故障时或者在雨天潮湿情况下对地放电，电压降低而导致设备跳闸停机。通过前年对该厂10KV进线电缆、配电变压器、10KV配电柜等进行了预防性试验，根据试验报告，基本可以排除设备绝缘损坏、开关操作机构缺陷和机械特性能不合格等原因。
3.2低压继保整定原因
如果低压断路器继保整定值偏小，动作电流不能躲开设备正常运行时的冲击电流，也可能导致设备频繁跳闸。通过对所有低压继保整定重新计算，用户目前的低压继保整定基本合格，不是导致设备频繁跳闸的主要原因。
3.3电能质量原因
我国电力系统衡量电能质量主要从交流电压、电流的频率；波形；电压几个方面考核，其中对电能质量的要求主要有一下几点：
1、电网频率。我国电力系统的标称频率为50Hz ，GB／T15945-1995《电能质量一电力系统频率允许偏差》中规定：电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz，当系统容量较小时，偏差值可放宽到±0.5Hz，标准中没有说明系统容量大小的界限。在《全国供用电规则》中规定"供电局供电频率的允许偏差：电网容量在300万千瓦及以上者为±0.2HZ；电网容量在300万千瓦以下者，为±0.5HZ。实际运行中，从全国各大电力系统运行看都保持在不大于±0.1HZ范围内。
2、电压偏差。GBl2325－90《电能质量一供电电压允许偏差》中规定：35kV及以上供电电压正负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10％；10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的土7％；220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7％～10％。
3、三相电压不平衡。GB／T15543-1995《电能质量一三相电压允许不平衡度》中规定：电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2％，短时不得超过4％。标准还规定对每个用户电压不平衡度的一般限值为1.3％。
3.4用户设备敏感，不能抵御正常的电压扰动
该用户生产线主要设备为可编程控制器（PCL）、精密机械工具，空压机、冷冻机、送风机等也都会有电子控制器。以上设备都是对电压跌落比较敏感的设备。对于PCL，一般电压低于81％时，PCL停止工作；一些I/O设备，当电压低于90％，持续时间仅几个周期，设备就会切除。对于精密机械工具，尤其是有机器人控制对金属部件进行钻和切割等精密加工，为保证产品质量和安全，工作电压门限值一般设为90％，当电压低于此值时，持续时间超过2个至三个周期时，就会被跳闸。而对于有电子控制器的制冷设备等，当电压低于80％时，控制器就会动作将制冷电机等切除，导致巨大经济损失。
通过以上分析，可以得出以下结论：该用户设备频繁跳闸停机主要是由于用户设备对电压敏感度比较高，在电网正常的瞬时电压上升或下降情况下，用户设备感受到电压变化造成设备不正常运行甚至跳闸停机，用户电压跌落幅值主要集中在10％～30％之间，持续时间在400ms以内。
4、 解决措施
根据以上分析的原因，参照国内外相关经验，应从用户设备改进、增加补偿装置、优化供电方式三方面入手解决电压跌落问题。
4.1提高用电设备对电能质量问题的抵御能力
电压跌落造成经济损失的原因，往往是因为用电设备抵抗电压干扰的能力差，短时的电压跌落设备跳机，造成生产中断。有关提高用电设备抗扰能力的方法如下：
1、对单相、低功率的设备内部的直流母线安装更多的电容。
2、采用宽范围的DC／AC变换器。
3、增大变频调速装置的直流侧母线电容容量，改进其控制方法。
4、对所有接触器、继电器、传感器等期间的抵御能力进行检查分析．采取一定的措施以提高整个系统的抵御能力
5、改善直流电机驱动负载特性，在电压跌落时，能快速减小电机输出的电磁转矩。
6、应从生产厂家了解有关设备的抵御能力信息，从而能全面地设计配电系统。
7、电气接地与防雷接地相互独立，避免雷电流对生产设备控制系统产生干扰。
4.2在供电网络与用户设备间加装补偿装置
4.2.1、动态电压调节器(DVR)
DVR是用来补偿电压跌落、提高下游敏感负荷供电质量的串联补偿装置，其良好的动态性能和成本上的相对优势使它成为目前治理供电电压突降问题的最经济、有效的手段。
工作原理：下图为DVR的工作原理图。DVR装置串联在系统与敏感负荷之间，当系统侧供电电压(U sys)发生跌落时，DVR装置迅速检测并算出跌落部分的大小，立即生成、输出相应大小的补偿电压(UDVR)，以保证负荷侧电压(Uload)维持不变，令敏感负荷感受不到系统电压的波动，确保敏感负荷的供电质量。
DVR是一种面向负荷的补偿装置，其容量通常取决于负荷的容量和要求补偿的范围，由于DVR只需补偿系统电压跌落的缺额部分，故其设计容量远小于采用UPS补偿时的设计容量。目前，某些国际知名公司已有MVA级DVR装置投入运行，它们在保证大型敏感工业用户的电能质量方面取得了显著的成效。西屋公司和美国EPRI合作研制了世界上第一台DVR，于1996年8月在美国Duke电力公司位于南加州安德森的12．47kV配电系统中投入运行，用于解决一家自动化纺织厂的供电电压问题。另外，美国一家半导体厂，在装设了6MVA的DVR后，消除了90％ 的电压跌落对工厂的影响，两年内收回成本。
4.2.2、统一电能质量控制器（UPQC）
日本学者H．Akagi在1996年首次提出统一电能质量调节器UPQC(Unified Power Quality Conditioner)的慨念，结合了电压型、电流型补偿装置两者的功能，具有综合的调节功能，被公认为是极有发展前途的一种串一并补偿调节装置。其功能可总结为：电压控制(电压跌落、电压畸变补偿等)；有功、无功动态调节；有源滤波；平衡化补偿；不间断供电；储能。
工作原理：UPQC的主电路由一个串联逆变器和一个并联逆变器通过一个电容耦合。如下图所示，并联逆变器采用PWM电流控制技术，进行非线性负载的谐波电流及无功补偿，并起调节电容直流电压的作用。串联逆变器采用PWM电压控制技术，通过控制其输出电压达到抑制电压谐波、降低电源电压波动对敏感负载的影响。
UPQC兼有串、并联补偿器的结构特征，可同时改善网络电流和电压波形，能够解决配电系统发生的绝大多数电能质量问题。另外，UPQC可与TSC静止型动态无功补偿装置、无源电力濾波器等配合使用，以减小UP QC的容量。
5、 结论
电压跌落问题是伴随工业控制系统不断信息化而出现的，目前国内还没有具体的定义及相关标准可供参考，但它已经逐渐成为影响用户生产的重要因素，其治理过程需要用户与供电企业双方的共同努力，动态电压调节器(DVR)和统一电能质量控制器（UPQC）为解决该问题提出了一个科学合理的方案。
参考文献
[1] 王鹏宇，郝东鸣. 电能质量问题及解决措施.东北电力技术 2008,9:36-39.
[2] 李通若, 张媛. 探讨电能质量事故电压跌落问题. 江西电力,2008(4):70-73.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。