王家麟

摘? 要：機(jī)場(chǎng)在地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)、對(duì)外開放及民生保障等方面起發(fā)揮舉足輕重的作用，由于其重要性，電力行業(yè)將機(jī)場(chǎng)定為一級(jí)特別重要負(fù)荷，良好的電能質(zhì)量是機(jī)場(chǎng)安全運(yùn)行的本質(zhì)要求。該文通過統(tǒng)計(jì)銀川機(jī)場(chǎng)2020—2022年電壓波動(dòng)數(shù)據(jù)包括電壓降（升）幅值、波動(dòng)持續(xù)時(shí)間、頻次等，研究電壓波動(dòng)的原理及產(chǎn)生原因，分析影響范圍及危害，針對(duì)性地提出技術(shù)、管理、應(yīng)急等方面預(yù)防性措施。

關(guān)鍵詞：機(jī)場(chǎng)；電力系統(tǒng)；電壓波動(dòng)；電壓暫降；幅值

中圖分類號(hào)：TM714.2? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2024）08-0137-04

Abstract： The airport plays an important role in local economic construction， opening to the outside world and the protection of people's livelihood. because of its importance， the power industry regards the airport as a particularly important load， and good power quality is the essential requirement of airport safe operation. Based on the statistics of voltage fluctuation data of Yinchuan Airport in the past three years， including voltage drop/rise amplitude， fluctuation duration， frequency and so on， this paper studies the principle and causes of voltage fluctuation， analyzes the scope of influence and harm， and puts forward preventive measures in technology， management， emergency and other aspects.

Keywords： airport; power system; voltage fluctuation; voltage sag; amplitude

銀川機(jī)場(chǎng)共有1#、2#兩個(gè)35 kV中心變電站，分別由2條35 kV線路提供供電電源，每一個(gè)變電站的2路電源分別來(lái)自上級(jí)不同的變電站，站內(nèi)運(yùn)行方式為單母分段運(yùn)行，2段電源互為備用，具體見表1—3。

1? 電能質(zhì)量及電壓波動(dòng)概述

1.1? 電能質(zhì)量

電能質(zhì)量可以從電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)2個(gè)方面進(jìn)行分析，穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量包括三相電壓不平衡、電壓閃變、頻率偏移等。暫態(tài)電能質(zhì)量低通常指的是正弦波形受到暫態(tài)的電壓擾動(dòng)而發(fā)生的畸變，從而引起電能質(zhì)量的污染各種問題，包括電壓驟降、波動(dòng)、電壓中斷、振蕩、脈沖暫態(tài)及諧波等。

1.2? 影響電能質(zhì)量的因素

近年來(lái)，隨著靈武市及機(jī)場(chǎng)周邊各類企業(yè)的快速發(fā)展，電網(wǎng)建設(shè)愈發(fā)迅速，但由于各類生產(chǎn)企業(yè)的負(fù)荷及設(shè)備各異，運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行方式也迥乎不同，伴隨非線性、沖擊負(fù)荷的使用及大功率設(shè)備投切等，使電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波、三相不平衡及電壓波動(dòng)等現(xiàn)象。

1.3? 電壓暫降的定義

電壓暫降是指供電電壓有效值在短時(shí)間內(nèi)突然下降又回升恢復(fù)的現(xiàn)象。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）則將其定義為下降到額定值的90%～1％之間，持續(xù)時(shí)間為10 ms～1 min。

1.4? 電壓波動(dòng)的概述

電壓波動(dòng)的定義應(yīng)追溯于GB/T 12326—2008《電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變》，其中對(duì)電壓波動(dòng)的具體定義是“電壓方均根值（有效值）發(fā)生一系列變動(dòng)和連續(xù)的改變”。

電壓波動(dòng)其特點(diǎn)是具有瞬時(shí)性和不可預(yù)見性，而且會(huì)一直伴隨電網(wǎng)而存在，以目前的技術(shù)根本無(wú)法消除它，但可以通過各種措施來(lái)降低其出現(xiàn)頻率和不利影響[1]。電壓波動(dòng)的特征可以用壓降的幅值、持續(xù)時(shí)間、相位的跳變以及頻次來(lái)描述，通過對(duì)各類數(shù)據(jù)的記錄，力爭(zhēng)尋求減少電壓波動(dòng)頻次，降低電壓波動(dòng)危害。

2? 銀川機(jī)場(chǎng)電壓波動(dòng)統(tǒng)計(jì)及分析

電壓波動(dòng)是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行不可避免的電能質(zhì)量降低現(xiàn)象，最嚴(yán)重的是電壓暫降和電壓暫中斷[2]，這兩者之間更有可能發(fā)生的是電壓暫降。電壓暫降是多維度刻畫波動(dòng)事件的物理量，包括電壓降（升）幅值、波動(dòng)持續(xù)時(shí)間、發(fā)生時(shí)間、暫降（升）頻次等。治理銀川機(jī)場(chǎng)電壓波動(dòng)現(xiàn)象，需要從數(shù)據(jù)源入手展開分析，通過對(duì)電壓暫降發(fā)生時(shí)間、頻次和壓降幅值等特征量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，有助于揭示電壓波動(dòng)原因，了解線路波動(dòng)水平，為波動(dòng)治理及預(yù)防提供基本依據(jù)。

下面采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的思想，對(duì)銀川河?xùn)|國(guó)際機(jī)場(chǎng)電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行特征量計(jì)算和分析，明確2020—2022年電網(wǎng)的電壓波動(dòng)信息，通過對(duì)信息的計(jì)算與分析，為后續(xù)電壓波動(dòng)事件評(píng)估和治理決策提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

2.1? 電壓波動(dòng)幅值的計(jì)算與分析

供電站中心變通過現(xiàn)有綜合保護(hù)測(cè)量裝置PMC-851V所采集的線電壓、動(dòng)作及返回時(shí)間等數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)到的暫降數(shù)據(jù)為三相瞬時(shí)電壓，應(yīng)用式（1）計(jì)算各相電壓有效值，三相波形最低的電壓幅值即為該事件的暫降幅值

Vrms（i）=，（1）

式中：N為每周期的采樣點(diǎn)數(shù)； 為采樣的瞬時(shí)電壓。通過對(duì)2020—2022年發(fā)生電壓波動(dòng)并被后臺(tái)記錄的183組數(shù)據(jù)的電壓等級(jí)包括銀川機(jī)場(chǎng)供電站的1#、2#中心變電站Ⅰ、Ⅱ段進(jìn)線，本節(jié)將電壓幅值區(qū)間[0，0.99]分為5個(gè)子區(qū)間，并考慮幅值大于1.0 pu的電壓暫升，分不同線路段對(duì)三相電壓幅值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表4。

根據(jù)表4的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合電壓波動(dòng)數(shù)據(jù)和各用戶反饋設(shè)備運(yùn)行狀況：2#中心變Ⅰ、Ⅱ段電網(wǎng)每一相電壓暫降幅值分布規(guī)律大致相同，超過80%的電壓暫降幅值高于0.6 pu，多數(shù)集中在0.6～0.99 pu，一般來(lái)講，幅值高于0.8 pu時(shí)，高低壓供配電設(shè)備不會(huì)動(dòng)作，絕大多數(shù)設(shè)備不會(huì)被影響，只有廊橋附屬400 Hz中頻電源會(huì)出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作而掉電的情況，應(yīng)考慮在橋載設(shè)備側(cè)采取相應(yīng)技術(shù)措施，例如加裝動(dòng)態(tài)不間斷電源（DUPS）、動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器（DVR）等消除波動(dòng)影響。當(dāng)電壓暫降至0.6～0.8 pu時(shí)，影響范圍大多為航站樓行李系統(tǒng)、廊橋電機(jī)等機(jī)電設(shè)備，此類機(jī)電設(shè)備的保護(hù)裝置動(dòng)作導(dǎo)致設(shè)備暫停，但市電未斷，同樣可考慮增設(shè)DUPS、DVR或降低保護(hù)裝置靈敏度的方式，同時(shí)也應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)維人員的應(yīng)急處置能力，縮短設(shè)備恢復(fù)的時(shí)間。ATS雙電源裝置、變頻器的保護(hù)設(shè)置基本在0.4～0.6 pu，當(dāng)電壓暫降至0.4～0.6 pu時(shí)，航站樓部分敏感設(shè)備的雙電源會(huì)切換，切換時(shí)間極短，對(duì)于部分不帶UPS的生產(chǎn)設(shè)備來(lái)說，會(huì)短暫地“閃”一下，需要重啟機(jī)器才能繼續(xù)使用，給運(yùn)行帶來(lái)了一定影響，降低了服務(wù)質(zhì)量。但對(duì)于生產(chǎn)監(jiān)控電腦、X光機(jī)等帶有不間斷電源（UPS）的設(shè)備來(lái)說，則不受影響。因涉及范圍廣，影響設(shè)備多，所以這個(gè)區(qū)間的電壓暫降需要重點(diǎn)關(guān)注，應(yīng)考慮負(fù)荷重要性和對(duì)工作連續(xù)性的要求，增加的UPS同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急處置能力，確?？裳杆僦貑⒃O(shè)備。電壓暫降至0.4 pu以下的情況較少，低于0.4 pu的電壓暫降一般都會(huì)導(dǎo)致各10 kV用戶側(cè)低壓框架斷路器開關(guān)脫扣跳閘，導(dǎo)致配電線路單段失電，但前提是電壓暫降持續(xù)時(shí)間超過斷路器設(shè)定值，銀川機(jī)場(chǎng)T3航站樓10 kV變電站的設(shè)定值為1.5 s，但通常波動(dòng)無(wú)法持續(xù)這么長(zhǎng)時(shí)間，所以很少發(fā)生因電壓波動(dòng)造成400 V框架斷路器跳閘的情況。就發(fā)生波動(dòng)范圍來(lái)看Ⅱ段線路發(fā)生的頻次較高，說明Ⅱ段線路上級(jí)靈武變電站較Ⅰ段上級(jí)河?xùn)|變所轄用戶更多，架空線路所處環(huán)境也更復(fù)雜，所以更容易受到波動(dòng)影響。

2.2? 基于電壓波動(dòng)持續(xù)時(shí)間的原理分析

由表5可知，Ⅰ段和Ⅱ段進(jìn)線絕大多數(shù)電壓波動(dòng)持續(xù)時(shí)間都集中在0.05～0.50 s的時(shí)間范圍內(nèi)，超過0.50 s的波動(dòng)發(fā)生次數(shù)較少，這與上級(jí)線路的保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間設(shè)置有關(guān)，電壓等級(jí)越高的電網(wǎng)，保護(hù)動(dòng)作就越迅速，故障切除速度越快，因此閃斷時(shí)間沒有超過1 s的情況。銀川機(jī)場(chǎng)采用35 kV進(jìn)線，因電壓等級(jí)不高同時(shí)上級(jí)變電站多數(shù)負(fù)荷為農(nóng)網(wǎng)線路，用戶多是各類小型企業(yè)和工廠，小型企業(yè)及工廠的用電質(zhì)量不高且多為感性負(fù)載，經(jīng)常無(wú)規(guī)律停送電，導(dǎo)致上級(jí)變電站母線產(chǎn)生壓降，從而影響機(jī)場(chǎng)供電線路電壓暫降。綜上所述，改變上級(jí)變電站負(fù)荷幾乎不可能，只能提高機(jī)場(chǎng)供電電壓等級(jí)，電壓等級(jí)高，受到其他小用戶的影響就會(huì)降低，這是降低電壓波動(dòng)概率的一種最直接方式。

2.3? 基于電壓波動(dòng)發(fā)生時(shí)間的原理分析

由圖1可知，就2020—2022年的數(shù)據(jù)來(lái)看，第二季度是發(fā)生電壓波動(dòng)的主要季節(jié)，銀川地處西北內(nèi)陸，第二季度正值春夏交替季節(jié)，大風(fēng)、強(qiáng)降雨等天氣較多。雷雨天氣可能導(dǎo)致線路雷擊從而引發(fā)瞬時(shí)短路；大霧或小雨天氣可能導(dǎo)致絕緣子會(huì)因污塵太多而發(fā)生對(duì)地放電造成污閃；大風(fēng)天氣可能會(huì)將雜物吹至線路上，更容易造成線路放電、短路等事故。天氣原因造成的波動(dòng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、發(fā)生的頻率高、造成的破壞大，是波動(dòng)發(fā)生的又一重要原因。因此，特殊天氣下應(yīng)加強(qiáng)線路巡查，同時(shí)及時(shí)與上級(jí)供電部門溝通在特殊天氣時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)機(jī)場(chǎng)供電線路的關(guān)注。

3? 銀川機(jī)場(chǎng)電壓波動(dòng)治理對(duì)策

3.1? 政企聯(lián)動(dòng)電壓波動(dòng)治理措施

電壓波動(dòng)其來(lái)源特殊性以及產(chǎn)生原因的多樣性，決定了電壓波動(dòng)不是單單一個(gè)單位或一個(gè)用戶就能徹底治理的，整個(gè)電網(wǎng)中的一個(gè)點(diǎn)發(fā)生問題或故障，就可能造成大網(wǎng)中的所有用戶發(fā)生波動(dòng)，治理電壓波動(dòng)，需要政府、電網(wǎng)公司和用戶三方共同努力以協(xié)調(diào)配合、群防群治進(jìn)行綜合治理。其中，電網(wǎng)公司要保證供電線路，從電網(wǎng)電源側(cè)出發(fā)降低和減少電壓波動(dòng)發(fā)生的概率，并且要及時(shí)與下級(jí)用戶溝通，根據(jù)各類用戶的負(fù)荷性質(zhì)提出相應(yīng)用電建議；企業(yè)用戶要確保各主要提升各類設(shè)備對(duì)電壓波動(dòng)的防御力和抵抗力，同時(shí)降低用戶側(cè)設(shè)備引起電網(wǎng)跳閘的頻度；政府部門（電力監(jiān)管部門）作為行業(yè)指導(dǎo)和監(jiān)管單位，應(yīng)積極介入電網(wǎng)公司和用戶企業(yè)對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行總體協(xié)調(diào)，協(xié)調(diào)電網(wǎng)公司與企業(yè)用戶之間的治理措施，通過電力行政聯(lián)合執(zhí)法，建立防止線路破壞、外部環(huán)境治理、規(guī)范用電負(fù)荷使用等方面的長(zhǎng)效機(jī)制，推動(dòng)三方綜合治理[3]。

3.2? 加強(qiáng)銀川機(jī)場(chǎng)電網(wǎng)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)

電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)是降低電壓波動(dòng)影響和分析電壓波動(dòng)原因查找故障點(diǎn)的重要抓手，加裝錄波裝置可以解決線路監(jiān)測(cè)問題，一是可以實(shí)時(shí)精準(zhǔn)提供報(bào)警，二是還能顯示具體的數(shù)據(jù)和波形作為分析參考以便查找故障原因。電網(wǎng)波動(dòng)具有瞬時(shí)性和不可預(yù)見性，波動(dòng)發(fā)生時(shí)往往供電側(cè)不會(huì)有任何動(dòng)作，但用戶側(cè)的敏感設(shè)備已經(jīng)跳閘或不能正常運(yùn)行，各區(qū)域供電保障單位接到用戶的反饋再進(jìn)行應(yīng)急處理，拖延了處置時(shí)間。現(xiàn)銀川機(jī)場(chǎng)使用的中電PMC-851型微機(jī)保護(hù)裝置，不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到所有電壓波動(dòng)數(shù)據(jù)，例如相位跳變，只能通過事后查找某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)電壓波動(dòng)的幅值和持續(xù)的時(shí)間確定波動(dòng)影響，數(shù)據(jù)分析不全面。加裝故障錄波裝置對(duì)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)提供了更實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的條件，并且通過加裝通訊和聯(lián)鎖裝置，可實(shí)現(xiàn)區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警功能。

3.3? 信息化提升電壓波動(dòng)應(yīng)急處置效率

電壓波動(dòng)發(fā)生后，供電站值班人員傳統(tǒng)的處置方案是通過線下電話通知現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行指揮中心和重要用戶，逐級(jí)上報(bào)至部門值班領(lǐng)導(dǎo)和安全管理人員，并編輯相關(guān)電壓波動(dòng)信息，發(fā)至部門安全信息群、機(jī)場(chǎng)停送電聯(lián)系群等。冗長(zhǎng)的信息通報(bào)過程導(dǎo)致預(yù)警信息不能快速傳達(dá)，并且用戶不能根據(jù)提供的線路信息判斷影響范圍。因此只有進(jìn)行有效的精細(xì)化管理，利用信息化手段提高應(yīng)急處置效率。一是實(shí)現(xiàn)一鍵啟動(dòng)電壓波動(dòng)預(yù)警，通過銀川機(jī)場(chǎng)現(xiàn)使用的辦公軟件“釘釘”，建立相應(yīng)預(yù)警流程，在電壓波動(dòng)發(fā)生時(shí)將基礎(chǔ)信息填入釘釘系統(tǒng)一鍵發(fā)送即可迅速告知值班、部門領(lǐng)導(dǎo)，通知重要用戶及時(shí)檢查故障線路設(shè)備，有效縮短故障處置時(shí)間，保證預(yù)警和應(yīng)急處置的時(shí)效性。二是根據(jù)波動(dòng)數(shù)據(jù)確定影響范圍，多方配合梳理電源與末端負(fù)荷的對(duì)應(yīng)關(guān)系，供電站只需將波動(dòng)線路、暫降幅值、持續(xù)時(shí)間等要素輸入流程，針對(duì)不同的用戶，系統(tǒng)會(huì)提示相應(yīng)的影響范圍，給用戶排查線路、設(shè)備提供明確指南。

2.4? 用戶側(cè)加裝抑制波動(dòng)設(shè)備

當(dāng)前銀川機(jī)場(chǎng)為保證供電穩(wěn)定性采取了很多技術(shù)措施，包括35 kV變電站和重要10 kV變電站采用的靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）以提高功率因數(shù)減小諧波畸變的影響；重要機(jī)組及關(guān)鍵設(shè)備采用不間斷電源（UPS）和應(yīng)急電源（EPS）；重要回路采用備自投及雙電源（ATS）供電；重要10 kV變電站安裝應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)等。但電壓波動(dòng)屬于動(dòng)態(tài)電壓質(zhì)量問題，應(yīng)根據(jù)敏感設(shè)備的具體情況加裝動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定裝置抑制波動(dòng)。為確保電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定，保證敏感負(fù)荷供電，尤其是針對(duì)受電壓波動(dòng)影響最大的400 HZ中頻電源來(lái)說，筆者認(rèn)為動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR，dynamic voltage restorer）最為合適。DVR是一種串聯(lián)在負(fù)荷回路中的一種裝置，當(dāng)市電電壓暫降時(shí)，DVR向回路中注入一個(gè)幅值、相位可控的串聯(lián)補(bǔ)償電壓，以保證負(fù)荷電壓恒定。原理如圖2所示。

動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器處于空載運(yùn)行狀態(tài)不會(huì)消耗能量，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)電壓暫降時(shí)，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器可以在毫秒內(nèi)將補(bǔ)償電壓注入到負(fù)荷回路中保證敏感設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。與UPS相比動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的響應(yīng)速度更快、不需要提供負(fù)荷額定補(bǔ)償電壓，動(dòng)態(tài)性能更好，并且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積更小，更適用于400 Hz中頻電源。

4? 結(jié)束語(yǔ)

電壓波動(dòng)是影響機(jī)場(chǎng)供電安全的重要原因之一，輕則引起設(shè)備停機(jī)、損壞，重則導(dǎo)致供電中斷事件。機(jī)場(chǎng)供電安全事關(guān)航班飛行安全，切不可小覷，電壓波動(dòng)治理也是多方面、多部門需要協(xié)調(diào)配合去解決的重要問題，要充分采取管理、技術(shù)、應(yīng)急等措施，有效降低發(fā)生的概率和影響范圍，為民航安全保駕護(hù)航。

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