电压暂降科普（7）
暂降特征影响因素
1概述
暂降特征是认识和理解电压暂降的基础。主要特征有：暂降幅值、持续时间、相位跳变、波形点、电压损失、能量损失、波形畸变，以及从节点、系统角度按给定时间（通常为年）统计所得暂降频次、节点指标和系统指标等。理解和分析暂降特征困难时，从影响因素及其变化规律入手进行研究是可行的。不同特征的影响因素、机制和规律不同。短路是导致暂降的主要原因，本文以此为例，分析暂降幅值、相位跳变、持续时间和发生频次的影响因素。
2暂降幅值和相位跳变影响因素
短路引起的电压暂降可通过短路计算获得暂降幅值和相位跳变特征。
基于据辐射型电网（多数公用配电网、用户内部电网）和复杂电网（输电网和复杂公用配电网）短路计算模型，可分析暂降幅值和相位跳变的影响因素。
导致暂降的根本原因是突然增大的电流流经系统阻抗，造成PCC点电压突然降低。辐射型电网的分压模型，如图1。
图1电压暂降分压模型
图2系统阻抗和故障线路阻抗相量图
环网中的电压暂降，可用系统节点阻抗矩阵计算暂降幅值。节点阻抗矩阵可通过节点导纳矩阵求逆或支路追加法得到。三相短路时，用正序网络计算暂降幅值。单相、两相以及两相对地短路，需采用对称分量法，根据故障类型确定序网之间的关系，求出各序电压后得各相暂降幅值。
可见，影响暂降幅值和相角的主要因素是阻抗，包括系统阻抗、故障阻抗、故障前母线电压等，这些因素与系统参数、拓扑结构、运行方式、负荷水平等有关。相角跳变取决于系统阻抗角和故障阻抗角，与元件参数有关。此外，同一故障导致多母线暂降时，如果故障点与被评估母线在不同电压等级，变压器可能引起相角偏移，与变压器绕组连接方式和中型点接地方式等有关。
3持续时间影响因素
电压暂降与系统“正常-故障-正常”过程保持高度一致，系统故障持续时间决定了暂降持续时间。系统内不同位置的故障因清除故障的保护、断路器不同，故障清除时间不同，因此，暂降持续时间不同。永久性故障引起的暂降，暂降持续时间决定于保护定值和清除故障的断路器动作时间，与保护类型、定值、主后备保护配合、保护时限、断路器机构动作时间等有关，具体看故障由哪级保护清除。瞬时性故障可能由保护清除，也可能保护出口但断路器尚未动作，故障自动回复，前者引起的暂降持续时间较长，后者引起的暂降持续时间很短。暂降持续时间为故障开始到被清除的时间，不同类型保护清除故障的时间大致为：
（1）带快速断路器的距离保护：50~100ms；
（2）距离保护I段：100~200ms；
（3）距离保护II段：200~500ms；
（4）差动保护：100~300ms；
（5）电流保护：200~2000ms。
一般，输电线路配有纵联保护和距离保护，采用机构反应时间短的快速断路器，配电线路主要采用分段式电流保护，因此，输电网比配电网故障清除时间短，但不绝对。美国电网不同电压等级故障典型清除时间，如表1。
表1美国电网各电压等级故障典型清除时间
4暂降频次影响因素
暂降频次通常指每年发生的电压暂降次数，可能针对单条母线或整个电网。电网暂降频次是所有母线频次之和，与暂降阈值有关。电动机启动和变压器投入比故障引起的暂降范围小，与人为操作等有关，评估暂降频次时通常仅考虑输、配电网故障引起的暂降频次。
由电压暂降定义可知，母线电压降低至额定值的10%~90%，持续1min内恢复的事件被记为一次暂降。不同位置的故障造成的各母线暂降幅值不同。电网内不同的故障分布、故障水平和位置，导致不同母线暂降频次有明显差异。
系统故障时，故障点距离与母线暂降幅值的关系如图3（单侧电源线路故障）。故障距离与暂降幅值之间存在对应关系，线路双侧有电源时，图3中的曲线为抛物线型。对于给定线路，故障位置与暂降幅值之间存在“一对一”或“二对一”的关系。在给定暂降阈值下，暂降频次受线路故障率、故障分布规律影响。通过遍历电网内所有故障线路，可得母线暂降频次。假设故障均匀分布，母线暂降频次为：
图3电压暂降幅值-故障点距离曲线
暂降频次除受故障位置影响外，某些特定位置的故障，由于影响暂降幅值的因素变化，或影响暂降传播的因素不同，给定阈值的暂降频次也会影响。可见，电网内故障的空间分布是暂降频次的决定性因素。给定电网的暂降频次是所有母线暂降频次之和。电网暂降频次的主要影响因素是元件故障率，故障率越高，故障次数越多，电网暂降暂降频次越高。此外，电网拓扑结构、运行方式、电源及其在电网内的分布、短路水平、保护配置及其保护方式、故障清除时间等，同样是电网暂降频次的影响因素。通常关注电压暂降的母线在配电网内，输电网和配电网故障引起的敏感用户接入点的暂降水平和暂降特征不同。为了提高供电可靠性配置的重合闸装置对暂降频次有重要影响。配电网配置的自动重合闸装置会造成暂降频次增大，原因如图4。
图4配有重合闸的配电线路
图4中，当馈线2上永久性故障时，故障过程中馈线1、2上的用户均经受暂降，然后断路器2动作，馈线1上用户电压恢复，馈线2上的用户经受短时电压中断。配置自动重合闸装置后，重合闸按照定值重合，因故障未清除，重合不成功，重合闸投入期间，馈线1、2上的用户又经历一次暂降，此后，断路器2永久性断开，清除故障，馈线2上的用户供电长时中断，馈线1上的用户恢复正常。如果不配置重合闸装置，断路器2直接永久性断开，馈线1上的用户仅经受一次暂降，馈线2上的用户先经历一次暂降，然后长时中断。可见，永久性故障时，重合闸装置导致馈线1、2上的用户均多经历一次暂降，母线暂降频次增加。实际中，在向敏感用户供电时，是否配置重合闸装置，是值得关注的问题。
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