| 市電瞬間電壓降是由雷擊、短路故障或特殊大電流設(shè)備投入等所造成的，這種現(xiàn)象難以避免，它對(duì)計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)等設(shè)備的可靠運(yùn)行造成了很大的危害。進(jìn)入80年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和電力電子技術(shù)的普及，市電瞬間電壓降造成的經(jīng)濟(jì)損失越來越大，人們才開始重視市電瞬間電壓降的問題，也曾做過許多努力來減少它所造成的影響，但經(jīng)濟(jì)有效的方案并不多。十幾年來，瞬間電壓降對(duì)江西滌輪廠和日本福井縣某廠等單位的生產(chǎn)帶來了很大的影響。我們對(duì)此進(jìn)行了分析研究，其結(jié)果詳述如下。
1 瞬間電壓降的統(tǒng)計(jì)資料 1．1 瞬間電壓降和無計(jì)劃停電 市電瞬間電壓降是難以避免的電能質(zhì)量問題，即使在發(fā)達(dá)國(guó)家也同樣存在，無計(jì)劃停電則隨著技術(shù)進(jìn)步和電力工業(yè)的發(fā)展而逐步減少。每年兩者發(fā)生次數(shù)之比很難確定，通常前者遠(yuǎn)多于后者（與用電級(jí)別、用戶電網(wǎng)有關(guān)）。 根據(jù)日本福井縣某廠1991年1月13日到1998年1月21日共195次瞬間電壓降和突然停電的記錄，我們繪出了概率分布直方圖，如圖1所示。其中電壓下降度表示的是電壓下降了額定值的百分?jǐn)?shù)。
圖（1）表明：瞬間電壓降的發(fā)生概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無計(jì)劃停電，98％以上的瞬間電壓降幅度都在60％以上，持續(xù)時(shí)間在0．35秒以下，與文獻(xiàn)［1］基本吻合。 1．3 瞬間電壓降按月分布情況（文獻(xiàn)［2］） 瞬間電壓降按月分布情況如圖2所示，從瞬間電壓降產(chǎn)生的原因并結(jié)合圖2我們可以知道：瞬間電壓降產(chǎn)生的次數(shù)與有雷日的多少有關(guān)，當(dāng)然也與電網(wǎng)的技術(shù)狀況有關(guān)。
1．4 江西滌輪廠瞬間電壓降的例證 現(xiàn)將1990年11月16日到1991年10月10日總調(diào)度的運(yùn)行日志上的有關(guān)瞬間電壓降引起的停機(jī)記錄摘抄列于表1（注：缺1991年7月原始數(shù)據(jù)）。 2 瞬間電壓降的危害 2．1 常用電氣設(shè)備對(duì)市電瞬間電壓降的承受能力
2．1．1 計(jì)算機(jī)———當(dāng)電壓降幅度超過10％，持續(xù)時(shí)間超過約10ms時(shí)，將影響正常工作（見圖3）。對(duì)普通計(jì)算機(jī)而言，突然停電將可能丟失大量數(shù)據(jù)甚至損壞硬件。對(duì)某些單片機(jī)控制系統(tǒng)來說將意識(shí)著失去控制，處于待機(jī)狀態(tài)。瞬間電壓降會(huì)造成對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的干擾，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)不能夠正常工作，如計(jì)算機(jī)的開關(guān)電源在電壓下降到一定值時(shí)，交換器停止振蕩，高頻變壓器不再傳輸能量，開關(guān)電源輸出電壓會(huì)迅速下降，導(dǎo)致機(jī)器“假停電”現(xiàn)象，即使持續(xù)時(shí)間很短，系統(tǒng)也會(huì)因?yàn)槌绦?、?biāo)志和關(guān)鍵現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)丟失而不能正常工作，有些計(jì)算機(jī)會(huì)重新啟動(dòng)，有些甚至出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，對(duì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)則引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)停留在不安全的位置或狀態(tài)。 2．1．2 電磁開關(guān)———當(dāng)電壓降幅度超過50％，持續(xù)時(shí)間超過約10ms時(shí)，將自行脫鉤。
2．1．3 電氣調(diào)速系統(tǒng)———當(dāng)電壓降幅度超過約15％，持續(xù)時(shí)間超過約10ms時(shí)，將損壞元件或自動(dòng)停機(jī)。 電氣調(diào)速系統(tǒng)通常采用復(fù)數(shù)個(gè)電力電子器件作為其功率變換裝置，工作時(shí)按需要對(duì)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)進(jìn)行有規(guī)律的切換。對(duì)晶閘管等非自關(guān)斷器件來說，其關(guān)斷需要反向電壓，而市電正弦波在某些特定的條件下可參與構(gòu)成反向電壓，瞬間電壓降會(huì)導(dǎo)致反向電壓不足，導(dǎo)通的晶閘管也就不能及時(shí)關(guān)斷，隨之而來的是與其在同一個(gè)橋臂的關(guān)斷著的晶閘管卻要導(dǎo)通，其后果是短路將器件損壞。 對(duì)IGBT和晶閘管等可控器件來說，導(dǎo)通需觸發(fā)脈沖，由于其觸發(fā)脈沖有時(shí)是在市電正弦波和控制電壓的共同作用下形成的，并且需要與主回路（市電）保持嚴(yán)格的相位關(guān)系，市電瞬間電壓降會(huì)導(dǎo)致觸發(fā)脈沖丟失或?qū)ń堑母淖儯M(jìn)而造成變流失敗。 為了避免瞬間電壓降導(dǎo)致電力電子器件的損壞，廠家往往在裝置上設(shè)有保護(hù)電路，檢測(cè)到瞬間電壓降之后迅速停機(jī)，這樣電力電子調(diào)速裝置雖然可以免受其害，但被拖動(dòng)的機(jī)械設(shè)備卻停了下來，這樣勢(shì)必使那些對(duì)連續(xù)生產(chǎn)有苛刻要求的設(shè)備造成重大損失。 2．1．4 氣體放電燈———當(dāng)電壓降幅度超過20％，持續(xù)時(shí)間超過約100ms時(shí)，將自行熄滅。以高壓汞燈為例，一旦熄滅，重新點(diǎn)燃后達(dá)到額定的亮度還得要等數(shù)分鐘時(shí)間。 2．1．5 欠壓保護(hù)———在裝有欠壓保護(hù)的裝置或系統(tǒng)中，當(dāng)市電瞬間電壓低于整定值時(shí)，將產(chǎn)生誤動(dòng)作。 a 易受瞬間電壓降影響的設(shè)備和系統(tǒng)有：計(jì)算機(jī)、電梯、記憶顯示、電氣傳動(dòng)、醫(yī)療機(jī)械、重要照明、摻雜爐和流水生產(chǎn)線等。 3 對(duì)策及特點(diǎn) 3．1 對(duì)策 為了減少瞬間電壓降造成的危害，可采取的主要對(duì)策有： 3．1．1 電動(dòng)———發(fā)電機(jī)組 原理：電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，再由發(fā)電機(jī)向負(fù)載供電，由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，在一定程度上可以克服瞬間電壓降的影響。 3．1．2 飛輪蓄能系統(tǒng) 原理：電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪和發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大的飛輪置于真空中以減少能量損耗，可以在較大的范圍內(nèi)克服電源諸多質(zhì)量問題對(duì)負(fù)載的影響。 問題：成本高，制作難度大，旋轉(zhuǎn)機(jī)械維修困難。 3．1．3 不停電電源（UPS）［4］ 原理：將交流電整流后儲(chǔ)存在蓄電池中，再通過逆變器把直流變成交流向負(fù)載供電。其主要功能是防止突然停電。 3．1．4 新型的瞬間電壓降補(bǔ)償器［5］ 原理：市電瞬間電壓降也可以說是瞬間的電能不足，注意到98％以上的瞬間電壓降幅度都在60％以上，持續(xù)時(shí)間在0．35秒以下，用僅在發(fā)生電壓降的瞬間補(bǔ)償部分電壓的辦法來維持負(fù)載電壓不變，也就是采用瞬間補(bǔ)償部分能量的辦法，因此用電解電容器取代蓄電池來進(jìn)行儲(chǔ)能，從而降低了設(shè)備的成本，延長(zhǎng)了使用壽命。 問題：與UPS一樣，在線備用時(shí)間太長(zhǎng)。 3．1．5 交流電子穩(wěn)壓電源 優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度較快，交流輸出波形較好。缺點(diǎn)：容量小。 3．1．6 其它 方法：在市售設(shè)備上作些小改進(jìn) 3．2 幾種對(duì)策的性能比較： 電動(dòng)———發(fā)電機(jī)組和飛輪蓄能系統(tǒng)成本高、制作難度大、且旋轉(zhuǎn)機(jī)械維修困難，交流電子穩(wěn)壓電源容量太小；UPS的主要功能是預(yù)防因電網(wǎng)突然停電而造成負(fù)載斷電，雖然也能夠消除瞬間電壓降所造成的危害，但如果僅用于對(duì)付瞬間電壓降，則蓄電容量便大大有余（蓄電必須有一定的容量以保證足夠的電流輸出），從而導(dǎo)致成本高；而瞬間電壓補(bǔ)償器因僅僅在瞬間補(bǔ)償部分能量，與UPS相比價(jià)格便宜，壽命長(zhǎng)且維護(hù)簡(jiǎn)單。 |
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