電壓暫降實驗報告

1/8.1、通過對實驗電壓暫降對敏感用電設(shè)備〔PC機(jī)的影響的觀察來加深對電壓暫降定義的理2、了解暫降幅值、暫降時間以及暫降波形等各個因素對敏感用電設(shè)備的影響。4、了解電壓暫降對敏感用電設(shè)備在不同運(yùn)行情況〔例如PC機(jī)CPU利用率分別在0%和100%下小電壓暫降對敏感用電設(shè)備的影響。電壓暫降產(chǎn)生的原因涉及電力系統(tǒng)和用戶兩方面。系統(tǒng)方面的原因,如當(dāng)輸配電系統(tǒng)中其中,系統(tǒng)發(fā)生瞬時短路故障是電壓瞬間跌落發(fā)生的主要原因,短路故障可能引起較為嚴(yán)重的電壓暫降。而用戶的原因包括用戶內(nèi)部短路以及大型感應(yīng)電機(jī)的起動,電弧爐、軋鋼機(jī)等沖擊性負(fù)荷的投運(yùn)等。電力系統(tǒng)發(fā)生瞬時短路故障是電壓瞬間跌落發(fā)生的主要原因,短路故障可能引起較為嚴(yán)重的電壓暫降,影響工業(yè)生產(chǎn)中對電壓敏感的電氣設(shè)備,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。短路故障通常包括單相與地、兩相或多相之間或與地經(jīng)阻抗或直接連接形成短路。在故障點,電壓幅值可能降到很低的水平,在一定區(qū)域內(nèi),常常造成一些用戶的電壓發(fā)生暫降。如果故障發(fā)生在系統(tǒng)的輻射方式配電區(qū)域,保護(hù)動作將導(dǎo)致供電中斷；如果設(shè)備與故障發(fā)生地點距離較遠(yuǎn),則短短能造成電壓暫降,導(dǎo)致用電設(shè)備跳閘。如變電站某條出線若發(fā)生短路故障,保護(hù)裝置動作將其隔離,與此變電站相連的其他線路將經(jīng)受一次電壓暫降,這種電壓暫降占到總數(shù)的70%以上。雷擊也是造成系統(tǒng)電壓暫降的另一主要原因。這在落雷較多的地區(qū)尤為明顯,雷擊時造成的絕緣子閃絡(luò)或?qū)Φ胤烹姇贡Ｗo(hù)裝置動作,從而導(dǎo)致供電電壓暫降。總體而言,短路故障、感應(yīng)電動機(jī)起動和雷擊引起的電壓暫降是最主要原因。2/8.開關(guān)電源的恒輸入功率特性<負(fù)輸入阻抗特性>使得其電壓暫降抗擾性特別強(qiáng)壯,線路電壓降低時,輸入電流自動升高以維持輸出電壓<功率>不變,以保證負(fù)載正常工作。反之亦然。極寬的輸入電壓范圍這一特殊優(yōu)點,使開關(guān)電源成了對付電壓暫降的"專家"。當(dāng)然,線路電壓暫降太多<電壓過低>時,過高的輸入電流成了損壞電源的潛在危險。實驗中經(jīng)電壓暫降儀給微機(jī)供電,按30%-70%電壓降落計算,可知,開啟微機(jī)正常工作,逐步增大短時中斷時間,至微機(jī)死機(jī)。可知,增大濾波電容值可明顯提高微機(jī)對短時中斷的能電容后開機(jī)浪涌電流增大問題,已有現(xiàn)成的解決措施,即在整流電路中串接負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻或串接開機(jī)限流電阻,待穩(wěn)定后再用雙向可控硅將其短接。另外,也應(yīng)考慮適當(dāng)增大整流電路電流設(shè)計裕量。關(guān)機(jī)后數(shù)百毫秒內(nèi)貯能電壓下降較快,之后卻緩慢下降。這是因為前數(shù)百毫秒貯能電壓還夠維持變換器工作,負(fù)載繼續(xù)工作耗電<隨C大小可看出維持長短>。貯能電壓降至100V以下后,開關(guān)變換器停振,開關(guān)管截止,整流管反向截止,由并接于濾波電容上的高阻值電阻泄放電能,電壓呈緩慢下降。這種特性對使用熱敏電阻限制開機(jī)浪涌的方案較為不利。眾所周知,負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻常溫下電阻較高,可有效限制開機(jī)電流,開機(jī)后電流自加熱使熱敏電阻溫度上升,阻值迅速下降,使正常運(yùn)行功耗很小。可是關(guān)機(jī)后,濾波電壓迅速降至100V以下,而熱敏電阻溫度下降卻較慢<熱時間常數(shù)10S以上>,又由于熱敏電阻溫度——阻值的非線性,電阻值回升更慢,導(dǎo)致關(guān)機(jī)后又馬上開機(jī)其浪涌電流仍然很大,照樣可能損壞機(jī)器。而采用串接限流電阻并由雙向可控硅短接方案就相對保險多了,只是電路較熱敏電阻復(fù)雜一些。在許多發(fā)達(dá)國家,電壓暫降已成為影響各大工商業(yè)用戶的最主要的電能質(zhì)量問題。實際上,對于電力系統(tǒng)中的許多故障,當(dāng)保護(hù)裝置跳閘切斷給某一用戶供電的線路時,其相鄰線路上都將發(fā)生不同程度的電壓暫降。因此,電壓暫降發(fā)生的次數(shù)遠(yuǎn)比電壓中斷發(fā)生的次數(shù)多。如果用電設(shè)備對電壓暫降很敏感,則由電壓暫降帶來的問題的次數(shù)將顯著增加。和停電不同,電壓暫降是不可預(yù)測的隨機(jī)事件。對某一用戶來說,一次電壓暫降帶來的危害可能不如一次中斷帶來的危害大,但由于暫降發(fā)生次數(shù)較為頻繁,從總體上看,電壓暫降所帶來的影響和損3/8.失會是巨大的。所以,了解關(guān)鍵用電設(shè)備對電壓暫降的敏感程度如何,對用戶來說也是非常重要的。電力系統(tǒng)短路故障會引起系統(tǒng)遠(yuǎn)端供電電壓較為嚴(yán)重的跌落,影響工業(yè)生產(chǎn)過程中對電壓敏感的電氣設(shè)備〔例如電力電子設(shè)備等的正常工作,甚至造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,復(fù)雜電力電子設(shè)備在各用電部門中得到了廣泛應(yīng)用,這些設(shè)備中有很多對短時間的電壓變化較為敏感。據(jù)調(diào)查,短時電壓暫降就可引起計算機(jī)系統(tǒng)紊亂〔幅值下降大于s電設(shè)備誤操作等。電壓暫降問題是使這些設(shè)備不能正常工作的主要原因。嚴(yán)重的電壓暫降,將使用電設(shè)備停止工作,或引起所生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量下降。而電壓暫降影響的嚴(yán)重性則隨用電設(shè)備的特性而異。一般而言,工業(yè)過程設(shè)備對電壓暫降特別敏感,因為設(shè)備在發(fā)生電壓暫降之后,其重新啟動通常需要30min或更長時間,從而影響裝置的正常運(yùn)行。電壓暫降波形相同,暫降電壓下降時間t1=0.01s,上升時間t2=0.01s；CPU利用率為0電壓暫降對電腦Uzj/U的影響30﹪40﹪50﹪70﹪t0.2死機(jī)正常正常正常<單0.3死機(jī)死機(jī)正常正常位:s>0.5死機(jī)死機(jī)死機(jī)正常tsUzj/U=50﹪CPU使用率0﹪〔空載正常100﹪〔滿負(fù)荷死機(jī)4/8.3.研究不同的電壓暫降波形對電腦的影響電電壓暫降對電腦的影響電壓暫降波形t1=t2=0.0001s死機(jī)常t1=t2=0.01st=0.5s注：因為實驗室電壓波動及實驗儀器精度的限制等原因,相同情況下所得實驗結(jié)果可能不4、FLUKE6100A信號發(fā)生器一臺從以上的表格記錄的結(jié)果,可以知道電壓暫降可以對設(shè)備的敏感度造成影響,這不但與電壓暫降的幅值有關(guān),而且和暫降持續(xù)時間及暫降電壓的波形也有關(guān)。電壓暫降的幅值越厲害,暫降持續(xù)時間越長,對設(shè)備的敏感度影響就越大。此外,計算機(jī)CPU的使用率也會影響電壓暫降對設(shè)備的敏感度。生的原因涉及電力系統(tǒng)和用戶兩方面。系統(tǒng)方面的原因,如當(dāng)輸配電系統(tǒng)中發(fā)生短路故障、瞬時短路故障是電壓瞬間跌落發(fā)生的主要原因,短路故障可能引起較為嚴(yán)重的電壓暫降。而用戶的原因包括用戶內(nèi)部短路以及大型感應(yīng)電機(jī)的起動,電弧爐、軋鋼機(jī)等沖擊性負(fù)荷的投運(yùn)等。電力系統(tǒng)發(fā)生瞬時短路故障是電壓瞬間跌落發(fā)生的主要原因,短路故障可能引起較為嚴(yán)重的電壓暫降,影響工業(yè)生產(chǎn)中對電壓敏感的電氣設(shè)備,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。短路故障通常包括單相與地、兩相或多相之間或與地經(jīng)阻抗或直接連接形成短路。在故障點,電壓幅值可能降到很低的水平,在一定區(qū)域內(nèi),常常造成一些用戶的電壓發(fā)生暫降。雷擊也是造成系統(tǒng)電壓暫降的另一主要原因。這在落雷較多的地區(qū)尤為明顯,雷擊時造成的絕緣子閃絡(luò)或?qū)Φ?/8.擊引起的電壓暫降是最主要原因。電壓暫降是電壓的減少,這種電壓的減少會降低系統(tǒng)的輸電能力。由故障引起的欠電壓會減少發(fā)電機(jī)向電動機(jī)傳輸?shù)碾娔芰?引起電動機(jī)減速,發(fā)電機(jī)加速。這種現(xiàn)象會限制輸電系統(tǒng)的故障切除時間。如果電動機(jī)啟動引起的電壓暫降會使相鄰電動機(jī)減速<或者發(fā)電機(jī)加速>,這種電壓暫降同樣也需要關(guān)注。許多現(xiàn)代電子裝置如計算機(jī)、程控器、可調(diào)速機(jī)車等,電壓下降到低于85％額定電壓值。并持續(xù)40ms以上時就會出現(xiàn)運(yùn)行問題。通常這些敏感設(shè)備都是通過一個將交流轉(zhuǎn)換為直流的整流器與電力系統(tǒng)相連,然后再把直流電壓轉(zhuǎn)換為實際應(yīng)用電壓。整流器交流側(cè)的電壓暫降會導(dǎo)致直流電壓的快速下降,繼而影響應(yīng)用電壓。另一個問題來說。短時電壓暫降就可引起計算機(jī)系統(tǒng)紊亂〔幅值下降大于10%,持續(xù)時間大于0.1s、調(diào)速設(shè)備跳閘〔幅值下降大于15%,持續(xù)時間0.5周波以及機(jī)電設(shè)備誤操作等我們還得考慮整流器不平衡電流和直流電壓波動所帶來的影響。電壓暫降還伴隨有電壓相位的突然改變,其原因是由于電力系統(tǒng)和線路的電抗與電阻的比值不同,或不平衡供電電壓凹陷向低壓系統(tǒng)傳遞引起的,相位跳變對那些利用相角工作的設(shè)備有比較大的影響。傳統(tǒng)的電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備是基于有效值理論的監(jiān)測技術(shù),由于時間窗太長,僅測有效值已不能精確描述實際的電能質(zhì)量問題,無法監(jiān)測電壓暫降等暫態(tài)電能質(zhì)量問題。用于電壓暫降等暫態(tài)電能質(zhì)量問題的監(jiān)測系統(tǒng)必須具備以下條件:①能捕捉瞬時干擾的波形;②能同時測量三相電壓、電流;③采樣速率足夠高;④有效的分析系統(tǒng),以反映各種電能質(zhì)量問題的特征及其隨時間的變化規(guī)律。電壓暫降的優(yōu)化解決方案要考慮許多因素,包括期望的系統(tǒng)性能、電能質(zhì)量變化特征<電壓驟降幅度、時間等>、用電設(shè)備的敏感度、用電系統(tǒng)設(shè)備的大小、環(huán)境考慮、維護(hù)要求等。對引起設(shè)備跳閘的電壓暫降必須進(jìn)行抑制。以下是對一些抑制方法的介紹口：<1>減少故障次壓暫降都是由故障引起。所以這種方法可以直接降低電壓暫降的發(fā)生頻度。<2>快速切除故障：這需要對保護(hù)技術(shù)加以改進(jìn),在配電網(wǎng)中較易獲得明顯的改善,而在輸電網(wǎng)中故障切除時和繼電器的進(jìn)一步更新?lián)Q透代才行。<3>電網(wǎng)設(shè)計和運(yùn)行的改進(jìn)：6/8.對電網(wǎng)進(jìn)行改進(jìn)使發(fā)生故障時在某一特定地點不發(fā)生嚴(yán)重的電壓暫降。這種方法在工業(yè)電力系統(tǒng)的設(shè)計中經(jīng)常使用,而一般不在公用供電中使用?？尚蟹椒ㄓ校合拗仆还╇娔妇€上的決方法。<4>在供電網(wǎng)絡(luò)與用戶設(shè)備之間裝設(shè)緩解設(shè)備：應(yīng)用最普遍的緩解電壓暫降的方法就是在系統(tǒng)和敏感負(fù)荷之間裝設(shè)UPS或者恒壓調(diào)壓器。對大負(fù)荷來說采用動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR是一個可行的解決方法。目前,研制出的用于抑制電壓暫降裝置主要有以下幾種：DVR是一種非常有效的串聯(lián)補(bǔ)償裝置,它通過串聯(lián)變壓器在饋線上以電壓方式向配電系統(tǒng)注入補(bǔ)償電壓,用于消除電壓驟降對負(fù)荷的不良影響。其響應(yīng)速度在幾毫秒以內(nèi)。DVR與配電系統(tǒng)問在預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)的有功、無功雙向交換是通過控制注入電壓分量的幅值和相位來實現(xiàn)的。因此,快速準(zhǔn)確地檢測出電壓驟降幅度和相位跳變是DVR的關(guān)鍵所在。根據(jù)電壓相位的不同,DVR控制分為同相電壓補(bǔ)償控制和最小能量補(bǔ)償控制。D．STATCOM又稱并聯(lián)型動態(tài)電壓恢復(fù)器,能有效防止非線性負(fù)荷的快速無功電流變化所引起的電壓閃絡(luò)和電壓驟降對配電系統(tǒng)的影響。它采用電力電子器件構(gòu)成的自換相變流器,能與配電系統(tǒng)進(jìn)行無功功率的交換。當(dāng)逆變器基波電壓比交流電源電壓高時,逆變器就會產(chǎn)生一個超前無功電流；反之,當(dāng)逆變器基波電壓比交流電源電壓低時,就會產(chǎn)生一個滯后無功電流,可以實現(xiàn)雙向調(diào)節(jié)。<3>統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器<UPQC>。補(bǔ)償器的優(yōu)點,能解決絕大多數(shù)短時暫態(tài)電能質(zhì)量問題。SSCBSSTS。SSCB和J用晶閘管動作速度快和無觸點的特點,實現(xiàn)組合開關(guān)的快速無電弧投切,故可有效抑制電網(wǎng)電壓的跌落和大故障電流帶來的一系列危險后果。而固態(tài)切換開關(guān)<SSTS>用于對電源電壓波動非常敏感的用戶供電上,當(dāng)電源電壓波動過大時,在1~4周波內(nèi)就可實現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換以保證重要用戶的可靠供電。<5>超導(dǎo)磁能<SMES>。SMES由超導(dǎo)線圈和與電網(wǎng)連接的大功率電力電子設(shè)備兩個主要部分以及冷卻系統(tǒng)和控制管理系統(tǒng)兩個輔助部分組成,以并聯(lián)方式和電網(wǎng)連接,其工作原理是將電網(wǎng)提供的交流電7/8.轉(zhuǎn)換成直流電后利用超導(dǎo)線圈以磁能的形式儲存起來,在電壓驟降時再將儲存的磁能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芩突仉娋W(wǎng),返回效率極大,響應(yīng)速度極快。<6>動態(tài)電壓跌落矯正器<DSC>。DSC配有一個只在發(fā)生電壓驟降時才投入使用的旁路開關(guān),其投入有效率可達(dá)95％,可<7>雙路供電集成電源裝置<IPS>。該裝置是華北電力大學(xué)電能質(zhì)量研究所課題組在雙路或多路供電基礎(chǔ)的基礎(chǔ)上,提出的一種全新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),即基于雙路供電的集成電源<IntegratedPowerSupply縮寫為IPS>。該裝置可以在一定程度上解決雙路供電電壓暫降問題,實現(xiàn)了主、備用電源之間的無還為用戶節(jié)約了大量資金。本人作為課題組的成員,參加了IPS的主電路設(shè)計及調(diào)試工作。本次實驗重點關(guān)注電壓暫降對設(shè)備敏感度的影響,通過暫降持續(xù)時間和電壓暫降幅值對危及正常工作的影響,加深了我們對電壓暫降的理解,增強(qiáng)了我們對這門課的感性認(rèn)知與體會,通過理論聯(lián)系實際,激發(fā)了我對電能質(zhì)量課