智能电网系统：电压骤降和中断的区别

拿我们熟悉的场景为例：生产制造过程已启动，正常运行，生产的产品没有瑕疵，持续数天或数周后，报警指示灯闪烁（也可能不闪烁），生产中断……中断可能持续数小时。必须对生产线进行清洁和重置。生产过程中已经使用的材料很可能无法使用。生产调度受到影响，时间浪费了，产品报废了，资金也损失了。

发生什么事了？许多人可能会认为电气事件是一次电力浪涌、停电或短暂的电力事故，这是含糊不清的术语。在电力工业中，有关于瞬间完全失去电压或瞬间电压下降的精确定义是——中断或电压骤降。图1说明了这两者在影响程度上的差异。

图1 ：电压骤降与电压中断的比较。蓝色阴影区域代表电压骤降幅度：额定电压的90％至10％ ；而红色区域代表电压中断：额定电压的10％及以下。本文图片来源：EPRI

电压骤降和中断的区别

当系统所提供的电压短暂下降到额定电压的90％以下时（例如，蓝色区域，对于120V的系统而言就是108V），就是电压骤降。如果电压降至额定值的10％或以下（红色区域，对于120V的系统而言就是12V），则发生电力中断。美国电力研究院（EPRI）的研究显示：几乎所有的电压骤降，持续时间都在1秒以内——大多数在0.5秒之内，并且在大多数情况下，下降幅度都超过额定电压的50％。

电压骤降具有一定的幅度——剩余电压为额定电压的多少，以及电压骤降持续的时间。图2显示了60Hz的三相电压波形和测得的均方根（RMS）电压曲线。在上面的图中，蓝线的“通道1”，代表A相（其它的则为B相和C相），显示了比1个周期稍长（60Hz时，每秒60个周期）的波形抖动。在下面的图中，在很短的时间间隔内，电压最低下降至约为额定电压的25％，即68V左右。整个事件发生在0.04秒以内。

图2：电压波形和RMS值随时间的变化：配电系统中的瞬时短路，会导致电压瞬降。

风暴以及动物对地面电气系统的破坏，是造成电力中断和电压骤降事件的常见原因。连接到变电站变压器二次侧的多个配电馈线电路，有点类似于一只手（变压器二次侧）和伸出的手指（配电馈线电路）。这些分配电路（手指）可能会延伸数十英里。如果树枝碰到其中一个馈线（在暴风雨中很可能发生这种情况），则该馈线可能会在单相或多相对地之间、或两相之间出现短路（称为故障）。连接到该变电站变压器二次侧（手）的所有其它馈线（手指），也将会经历电压骤降，根据实际情况的不同，可能会下降到额定电压的10％以下。

短路馈线上的断路器可能会动作以中断故障，从而断开下游负载，这就是服务中断。但是，一旦受影响馈线上的断路器断开，则其它馈线上的电压骤降就会终止。无论程度如何，电压骤降都可能非常短暂。根据所设置的断路器重新连接特性以及故障的性质，故障馈线上的中断也可能是短暂的。

为什么电压骤降对工业设备而言是一个问题，为什么工业控件对电压骤降敏感？

工业控件的固有敏感性

在美国，大多数电气设备都设计为可以在为额定电压±10％的稳态电压下工作。因此，假定工作电压是恒定的（尽管有时不太恒定的）。在美国，很久以来工业控制被设计为120V交流电压。

图3显示了一个示例，其中的压降控制电源变压器（CPT）的相间连接。在控制电路内，是一个紧急切断电路（EMO），带有一个交流先导继电器，向主接触器线圈提供120V电压，进而为过程提供电源。交流控件通常不存储能量。交流电压以60Hz的频率，每秒变为零120次。因此，在电压骤降期间，也没有什么可以防止控制电压下降。当控件停止运行时，该过程停止。

图3：典型的交流控制示意图：控制电源变压器（CPT）为继电器、接触器、PLC电源和I/O等控制组件供电。可能还有其它组件，例如直流电源和变速驱动器（ASD）。

由于控制组件很敏感，容易受到电压骤降影响，所以一旦发生控制就会停止。只需一个即可使过程停止。在上述情况下，交流先导继电器，通常在额定电压的70％处打开，与足够低电压具有相同的效果，就像有人按下了紧急停机按钮一样。

其它可能的敏感组件，包括但不限于可编程逻辑控制器（PLC）电源（或其它直流电源）、I/O、变速驱动器和其它接触器。在设备内部有多个过程时，特定控制电路可以从不同阶段开始供电。根据电压骤降发生阶段的不同，过程可能会在不同时点停止。

过程控制中的有些部件，对电源电压的瞬时降低，具有固有的敏感性，正是它们导致了工业过程对电能质量事件非常敏感。这些电压瞬降，通常是由地上配电系统事件引起的，这些事件会造成地对地或相间短路。了解过程对电压骤降的敏感性问题的根源，对于确定该问题的可能解决方案很重要。

提升电能质量

解决电能质量问题，有助于企业增加正常运行时间，提升生产运营的可靠性。下面是提升电能质量的几个建议：

●了解您的电能质量环境，制定适合您情况的解决方案；

●不要假设需要使用基于电池的不间断电源系统；

●避免在控件中使用敏感的交流组件；

●使用符合IEEE1668或SEMIF47的基于交流或直流的控件来嵌入鲁棒性；

●在电机驱动系统设置中配置电压过渡。 （作者：Mark Stephens）
编辑：hfy