1.4 低电压穿越/电压暂降标准

电能质量(Power Quality)，从严格意义上讲，衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。其可以定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、瞬时或暂态过电压、波形畸变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。

国际上早有电能质量标准出现：

1） IEEE Std 1159-1995 IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

2） IEC61000系列-电磁兼容标准

3）Standard EN 50160 Voltage Characteristics in Public Distribution Systems

4）“供电系统用户供电可靠性评价规程”DL/T 836 —2003

我国电能质量标准化大致可以分三个阶段：

1）1980年～1990年——起步阶段（没有国标）

（1）标准的立法

1979年7月《标准化管理条例》

        1983年3月《全国专业标准化技术委员会章程》

        1984年3月《采用国际标准管理办法》

        1989年4月《中华人民共和国标准化法》

（2）全国电压电流等级和频率标委会成立（1978年）

（3）供电电压偏差，公用电网谐波，电压波动和闪变等三项国标立项，制定

（4）电力部和铁道部关于谐波标准的联合工作

（5）翻译引进了部分IEC电能质量的出版物，例如涉及低压电气设备谐波、电压波动和闪变的IEC 555-1～3，IEC 868等标准文件。

2）1990年～2000年——发展阶段（有少量国标发布，积极采用IEC 61000标准）

（1）继续制定电能质量指标国家标准；

（2）陆续发布供电电压偏差、电压波动和闪变、公用电网谐波、三相电压不平衡、电力系统频率偏差等国标；（1995年之前）

（3）开始等同或等效采用IEC 61000系列标准；（1995年之后）

（4）1998年电力部颁布《电网电能质量技术监督管理规定》；

（5）电力部和铁道部继续关于谐波标准的联合工作（下面说明）

注：90年代初期，在武汉高压研究所成立了全国电磁兼容标准化技术委员会（SAC/TC 246），和IEC/TC77对口，开始引进IEC 61000 EMC标准文件。

3）2000年至今——快速发展阶段

（1）电能质量指标的国家标准不断完善。例如发布暂时过电压和瞬态过电压、公用电网间谐波标准，制定电压暂降和短时中断标准（报批中）；修订了供电电压偏差、电压波动和闪变、三相电压不平衡、电力系统频率偏差等国标；

（2）继续积极等同或等效采用了大量IEC/TC77制修订的IEC 61000的标准；

（3）制定和发布电能质量测量和治理设备的国标。例如监测设备的通用要求、静止型无功功率补偿装置功能特性和现场试验、高压滤波装置设计与应用导则等；

（4）涌现了大量电能质量方面的行标和企标。涉及电能质量测量、监测仪器（设备）和治理设备（装置）的技术要求、术语、设计、调试、运行、监督等方面规程；

（5）与电能质量关系密切的干扰性负荷（例如电弧炉）、新能源（例如风电、太阳能）和智能电网方面标准有的已发布，有的有条件地纳入电能质量标委会制/修订工作的范围。

目前，我国电能质量标准已取得以下成就：

《电能质量 公用电网谐波》(GB/T 14549-1993) 

《电能质量 电压波动和闪变》(GB 12326-2008) 

《电能质量 三相电压允许不平衡度》(GB/T 15543-2008) 

《电能质量 电力系统频率允许偏差》(GB/T 15945-2008)

《电能质量 供电电压允许偏差》(GB 12325-2008) 

《电能质量 暂时过电压和瞬态过电压》(GB/T 18481-2001)

《电能质量 电压暂降与短时中断》即将颁布

由于停电对大多数用户都会造成影响，因此是最受关注的电能质量问题之一，该电能质量问题通常就是供电可靠性。在过去数年间，由任何一家电力企业供电的用户基本都会经历至少一次停电。相比之下，大多数用户则几乎不会经历严重的谐波、电压涌流或者电力噪声问题。因此，在电能质量中，供电可靠性问题已越来越受到人们的重视，不管是供电部门还是用户，也为之制定了标准。我们重点关注影响供电可靠性的最突出问题——电压暂降和短时中断。

2000年，国际大电网会议组织CIGRE也成立一个工作组WG 36.07，后更名为WG C4.07/CIRED，工作组的任务就是研究可用的电能质量测量数据和现有的MV、HV、EHV系统的指标，来推荐一套国际性的电能质量指标和目标值。

2000年，IEEE专门批准成立一个P1564项目组来研究电压暂降指标。

国际上有一些国家已经制定和颁布了针对本国电网的电压暂降标准，例如，德国、南非，但是没有正式的国际标准。而在对电气设备方面，机电制造业用电设备耐受或者过渡低电压（即低电压穿越，通常指电压暂降现象）能力，制定了许多相关标准。目前，CBEMA曲线、SEMI F47标准等已经被广泛采用。但对电压暂降的评估指标还没有公认性的研究成果。

我国有关电压暂降指标的标准已提交送审讨论稿。

在IEEE Std 1159-1995(R2001)中，电压暂降是指供电系统某点电压有效值短时下降后又恢复到标称值附近的现象。 

低电压穿越/电压暂降属于电压短期变化（Short duration variations）的范畴，电压暂降又分为瞬时（Instantaneous）电压暂降、暂时（Momentary）电压暂降和短时（Temporary)电压暂降三种，持续时间分别为10ms-600ms、600ms-3s和3s-1min, 电压幅值变化范围为0.1-0.9p.u.；

欠电压属于电压长期变化（Long duration variations）的范畴，持续时间大于1min,也可以认为欠电压是电压负偏差。

图1.6 IEEE电能质量标准

在IEC 61000-2-8(2002-11)中，对电压暂降的定义及主要技术指标描述如下：

(1) 电压暂降（Voltage dip）指供电电压突然减小到规定的暂降限值以下，随即在短时间隔后恢复。

(2) 电压暂降深度（depth of voltage dip）指基准电压（reference voltage）和残余电压（residual voltage）之差。常选择供电母线额定电压（nominal voltage）作为基准电压。记录电压暂降期间的最小电压有效值称之为残余电压。电压幅值一般表示为基准电压的p.u.值（Per unit）。

(3) 电压暂降持续时间（duration of voltage dip）指电压下降至小于电压暂降起始门槛时刻到上升至结束门槛值的时刻之间的时间(10ms-180s)。

而在各行业中，各类负荷具有自身的特点，能够承受的电压暂降深度也不尽相同。图1.7（a）、1.7（b）、1.7（c）为常用的三类电气设备的电压耐受曲线：CBEMA曲线、ITIC曲线、SEMI曲线 。

图1.7（a） CBEMA曲线

图1.7（b） ITIC曲线

图1.7（c） SEMI曲线

其中，CBEMA是指美国计算机商业设备制造者协会（Computer Business Equipment Manufacturing Association—CBEMA），ITIC是指信息技术工业协会 （Information Technology Industry Council），这两类曲线也是从电压暂降深度和电压暂降持续时间来描述电压暂降的。使用最多的是SEMI曲线，SEMI F47是半导体加工设备的电压暂降抗扰力规范，定义了半导体加工、度量、自动化测试设备的电压暂降抗扰力。规定了持续时间从0.05s到1.0s的60Hz和50Hz工频下电压暂降容限值，如下表1.2所示。

表1.2 SEMI F47设备耐受电压暂降标准

结合IEC协会和以上三类电气设备的电压耐受曲线，目前主要如图1.8所示的4种电压暂降标准：IEC（国际电工委员会）标准、CBEMA标准（计算机和商业设备制造商协会）标准、SEMI F47（国际半导体设备材料产业协会）标准以及Samsung标准。它们从电压暂降深度和持续时间分别制定了不同的标准。在SEMI F47-0200 中规定半导体制程设备对电压瞬降的耐受时间在电压为50%标称值时为0.05秒至0.2秒、0.2秒至0.5秒间的容许电压为标称值之70%、0.5秒至1.0秒之容许电压为80%标称电压值。这样就可以减少或消除用电池储存装置，来达到电压突波消除的方法。即使电源系统完全故障，安全连动系统也可以动作。由图可知，ITIC/CBEMA的耐受力标准、 IEC61000-4-11的耐受力标准都比SEMI F47要低。

图1.8 包括IEC在内的4种电压暂降标准

除了上述4种标准，针对大型火电机组辅机低电压穿越问题，南京国臣参与了国家电力调度通信中心火电辅机低电压穿越的标准讨论与制定，该标准分为暂态、动态和稳态三个穿越区，这实际上是火电厂安全运行的最低要求，如图1.9所示。图中可以看出，火电机组辅机低电压穿越标准为：电压暂降深度为90%时，可以安全度过；暂降深度为60%时，暂降持续时间要小于5秒；暂降深度为20%时，暂降持续时间要小于0.5秒。

图1.9 火电机组辅机低电压穿越标准