機場電壓波動定量分析及應對措施

王家麟

摘? 要：機場在地方經濟建設、對外開放及民生保障等方面起發揮舉足輕重的作用，由于其重要性，電力行業將機場定為一級特別重要負荷，良好的電能質量是機場安全運行的本質要求。該文通過統計銀川機場2020—2022年電壓波動數據包括電壓降（升）幅值、波動持續時間、頻次等，研究電壓波動的原理及產生原因，分析影響范圍及危害，針對性地提出技術、管理、應急等方面預防性措施。

關鍵詞：機場；電力系統；電壓波動；電壓暫降；幅值

中圖分類號：TM714.2? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：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

銀川機場共有1#、2#兩個35 kV中心變電站，分別由2條35 kV線路提供供電電源，每一個變電站的2路電源分別來自上級不同的變電站，站內運行方式為單母分段運行，2段電源互為備用，具體見表1—3。

1? 電能質量及電壓波動概述

1.1? 電能質量

電能質量可以從電力系統穩態和暫態2個方面進行分析，穩態電能質量包括三相電壓不平衡、電壓閃變、頻率偏移等。暫態電能質量低通常指的是正弦波形受到暫態的電壓擾動而發生的畸變，從而引起電能質量的污染各種問題，包括電壓驟降、波動、電壓中斷、振蕩、脈沖暫態及諧波等。

1.2? 影響電能質量的因素

近年來，隨著靈武市及機場周邊各類企業的快速發展，電網建設愈發迅速，但由于各類生產企業的負荷及設備各異，運行時間和運行方式也迥乎不同，伴隨非線性、沖擊負荷的使用及大功率設備投切等，使電網中產生諧波、三相不平衡及電壓波動等現象。

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間內突然下降又回升恢復的現象。國際電工委員會（IEC）則將其定義為下降到額定值的90%～1％之間，持續時間為10 ms～1 min。

1.4? 電壓波動的概述

電壓波動的定義應追溯于GB/T 12326—2008《電能質量電壓波動和閃變》，其中對電壓波動的具體定義是“電壓方均根值（有效值）發生一系列變動和連續的改變”。

電壓波動其特點是具有瞬時性和不可預見性，而且會一直伴隨電網而存在，以目前的技術根本無法消除它，但可以通過各種措施來降低其出現頻率和不利影響[1]。電壓波動的特征可以用壓降的幅值、持續時間、相位的跳變以及頻次來描述，通過對各類數據的記錄，力爭尋求減少電壓波動頻次，降低電壓波動危害。

2? 銀川機場電壓波動統計及分析

電壓波動是電力系統正常運行不可避免的電能質量降低現象，最嚴重的是電壓暫降和電壓暫中斷[2]，這兩者之間更有可能發生的是電壓暫降。電壓暫降是多維度刻畫波動事件的物理量，包括電壓降（升）幅值、波動持續時間、發生時間、暫降（升）頻次等。治理銀川機場電壓波動現象，需要從數據源入手展開分析，通過對電壓暫降發生時間、頻次和壓降幅值等特征量進行統計分析，有助于揭示電壓波動原因，了解線路波動水平，為波動治理及預防提供基本依據。

下面采用數據統計分析的思想，對銀川河東國際機場電壓波動監測數據進行特征量計算和分析，明確2020—2022年電網的電壓波動信息，通過對信息的計算與分析，為后續電壓波動事件評估和治理決策提供有力的數據支撐。

2.1? 電壓波動幅值的計算與分析

供電站中心變通過現有綜合保護測量裝置PMC-851V所采集的線電壓、動作及返回時間等數據，監測到的暫降數據為三相瞬時電壓，應用式（1）計算各相電壓有效值，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為每周期的采樣點數； 為采樣的瞬時電壓。通過對2020—2022年發生電壓波動并被后臺記錄的183組數據的電壓等級包括銀川機場供電站的1#、2#中心變電站Ⅰ、Ⅱ段進線，本節將電壓幅值區間[0，0.99]分為5個子區間，并考慮幅值大于1.0 pu的電壓暫升，分不同線路段對三相電壓幅值進行統計分析，結果見表4。

根據表4的統計數據，結合電壓波動數據和各用戶反饋設備運行狀況：2#中心變Ⅰ、Ⅱ段電網每一相電壓暫降幅值分布規律大致相同，超過80%的電壓暫降幅值高于0.6 pu，多數集中在0.6～0.99 pu，一般來講，幅值高于0.8 pu時，高低壓供配電設備不會動作，絕大多數設備不會被影響，只有廊橋附屬400 Hz中頻電源會出現保護動作而掉電的情況，應考慮在橋載設備側采取相應技術措施，例如加裝動態不間斷電源（DUPS）、動態電壓補償器（DVR）等消除波動影響。當電壓暫降至0.6～0.8 pu時，影響范圍大多為航站樓行李系統、廊橋電機等機電設備，此類機電設備的保護裝置動作導致設備暫停，但市電未斷，同樣可考慮增設DUPS、DVR或降低保護裝置靈敏度的方式，同時也應加強運維人員的應急處置能力，縮短設備恢復的時間。ATS雙電源裝置、變頻器的保護設置基本在0.4～0.6 pu，當電壓暫降至0.4～0.6 pu時，航站樓部分敏感設備的雙電源會切換，切換時間極短，對于部分不帶UPS的生產設備來說，會短暫地“閃”一下，需要重啟機器才能繼續使用，給運行帶來了一定影響，降低了服務質量。但對于生產監控電腦、X光機等帶有不間斷電源（UPS）的設備來說，則不受影響。因涉及范圍廣，影響設備多，所以這個區間的電壓暫降需要重點關注，應考慮負荷重要性和對工作連續性的要求，增加的UPS同時應加強現場的應急處置能力，確?？裳杆僦貑⒃O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導致各10 kV用戶側低壓框架斷路器開關脫扣跳閘，導致配電線路單段失電，但前提是電壓暫降持續時間超過斷路器設定值，銀川機場T3航站樓10 kV變電站的設定值為1.5 s，但通常波動無法持續這么長時間，所以很少發生因電壓波動造成400 V框架斷路器跳閘的情況。就發生波動范圍來看Ⅱ段線路發生的頻次較高，說明Ⅱ段線路上級靈武變電站較Ⅰ段上級河東變所轄用戶更多，架空線路所處環境也更復雜，所以更容易受到波動影響。

2.2? 基于電壓波動持續時間的原理分析

由表5可知，Ⅰ段和Ⅱ段進線絕大多數電壓波動持續時間都集中在0.05～0.50 s的時間范圍內，超過0.50 s的波動發生次數較少，這與上級線路的保護裝置動作時間設置有關，電壓等級越高的電網，保護動作就越迅速，故障切除速度越快，因此閃斷時間沒有超過1 s的情況。銀川機場采用35 kV進線，因電壓等級不高同時上級變電站多數負荷為農網線路，用戶多是各類小型企業和工廠，小型企業及工廠的用電質量不高且多為感性負載，經常無規律停送電，導致上級變電站母線產生壓降，從而影響機場供電線路電壓暫降。綜上所述，改變上級變電站負荷幾乎不可能，只能提高機場供電電壓等級，電壓等級高，受到其他小用戶的影響就會降低，這是降低電壓波動概率的一種最直接方式。

2.3? 基于電壓波動發生時間的原理分析

由圖1可知，就2020—2022年的數據來看，第二季度是發生電壓波動的主要季節，銀川地處西北內陸，第二季度正值春夏交替季節，大風、強降雨等天氣較多。雷雨天氣可能導致線路雷擊從而引發瞬時短路；大霧或小雨天氣可能導致絕緣子會因污塵太多而發生對地放電造成污閃；大風天氣可能會將雜物吹至線路上，更容易造成線路放電、短路等事故。天氣原因造成的波動持續時間長、發生的頻率高、造成的破壞大，是波動發生的又一重要原因。因此，特殊天氣下應加強線路巡查，同時及時與上級供電部門溝通在特殊天氣時應加強對機場供電線路的關注。

3? 銀川機場電壓波動治理對策

3.1? 政企聯動電壓波動治理措施

電壓波動其來源特殊性以及產生原因的多樣性，決定了電壓波動不是單單一個單位或一個用戶就能徹底治理的，整個電網中的一個點發生問題或故障，就可能造成大網中的所有用戶發生波動，治理電壓波動，需要政府、電網公司和用戶三方共同努力以協調配合、群防群治進行綜合治理。其中，電網公司要保證供電線路，從電網電源側出發降低和減少電壓波動發生的概率，并且要及時與下級用戶溝通，根據各類用戶的負荷性質提出相應用電建議；企業用戶要確保各主要提升各類設備對電壓波動的防御力和抵抗力，同時降低用戶側設備引起電網跳閘的頻度；政府部門（電力監管部門）作為行業指導和監管單位，應積極介入電網公司和用戶企業對電能質量進行總體協調，協調電網公司與企業用戶之間的治理措施，通過電力行政聯合執法，建立防止線路破壞、外部環境治理、規范用電負荷使用等方面的長效機制，推動三方綜合治理[3]。

3.2? 加強銀川機場電網電能質量的監測

電壓波動監測是降低電壓波動影響和分析電壓波動原因查找故障點的重要抓手，加裝錄波裝置可以解決線路監測問題，一是可以實時精準提供報警，二是還能顯示具體的數據和波形作為分析參考以便查找故障原因。電網波動具有瞬時性和不可預見性，波動發生時往往供電側不會有任何動作，但用戶側的敏感設備已經跳閘或不能正常運行，各區域供電保障單位接到用戶的反饋再進行應急處理，拖延了處置時間?，F銀川機場使用的中電PMC-851型微機保護裝置，不能實時監測到所有電壓波動數據，例如相位跳變，只能通過事后查找某一個時間段內電壓波動的幅值和持續的時間確定波動影響，數據分析不全面。加裝故障錄波裝置對電能質量的監測提供了更實時、精準的條件，并且通過加裝通訊和聯鎖裝置，可實現區域監控系統報警功能。

3.3? 信息化提升電壓波動應急處置效率

電壓波動發生后，供電站值班人員傳統的處置方案是通過線下電話通知現場運行指揮中心和重要用戶，逐級上報至部門值班領導和安全管理人員，并編輯相關電壓波動信息，發至部門安全信息群、機場停送電聯系群等。冗長的信息通報過程導致預警信息不能快速傳達，并且用戶不能根據提供的線路信息判斷影響范圍。因此只有進行有效的精細化管理，利用信息化手段提高應急處置效率。一是實現一鍵啟動電壓波動預警，通過銀川機場現使用的辦公軟件“釘釘”，建立相應預警流程，在電壓波動發生時將基礎信息填入釘釘系統一鍵發送即可迅速告知值班、部門領導，通知重要用戶及時檢查故障線路設備，有效縮短故障處置時間，保證預警和應急處置的時效性。二是根據波動數據確定影響范圍，多方配合梳理電源與末端負荷的對應關系，供電站只需將波動線路、暫降幅值、持續時間等要素輸入流程，針對不同的用戶，系統會提示相應的影響范圍，給用戶排查線路、設備提供明確指南。

2.4? 用戶側加裝抑制波動設備

當前銀川機場為保證供電穩定性采取了很多技術措施，包括35 kV變電站和重要10 kV變電站采用的靜止無功發生器（SVG）以提高功率因數減小諧波畸變的影響；重要機組及關鍵設備采用不間斷電源（UPS）和應急電源（EPS）；重要回路采用備自投及雙電源（ATS）供電；重要10 kV變電站安裝應急柴油發電機等。但電壓波動屬于動態電壓質量問題，應根據敏感設備的具體情況加裝動態電壓穩定裝置抑制波動。為確保電網的動態電壓穩定，保證敏感負荷供電，尤其是針對受電壓波動影響最大的400 HZ中頻電源來說，筆者認為動態電壓恢復器（DVR，dynamic voltage restorer）最為合適。DVR是一種串聯在負荷回路中的一種裝置，當市電電壓暫降時，DVR向回路中注入一個幅值、相位可控的串聯補償電壓，以保證負荷電壓恒定。原理如圖2所示。

動態電壓恢復器處于空載運行狀態不會消耗能量，當電力系統出現電壓暫降時，動態電壓恢復器可以在毫秒內將補償電壓注入到負荷回路中保證敏感設備平穩運行。與UPS相比動態電壓恢復器的響應速度更快、不需要提供負荷額定補償電壓，動態性能更好，并且其結構簡單，占地面積更小，更適用于400 Hz中頻電源。

4? 結束語

電壓波動是影響機場供電安全的重要原因之一，輕則引起設備停機、損壞，重則導致供電中斷事件。機場供電安全事關航班飛行安全，切不可小覷，電壓波動治理也是多方面、多部門需要協調配合去解決的重要問題，要充分采取管理、技術、應急等措施，有效降低發生的概率和影響范圍，為民航安全保駕護航。

參考文獻：

[1] 程俊好，劉庭平.淺談浦東機場電網波動的應對措施[C]//《上?？崭邸肪庉嫴?，《上?？崭邸返?4輯，2012：30-38.

[2] 方銘，李天楚.海南電網電壓暫降監測數據特征分析[J].四川電力技術，2022，45（3）：35-40.

[3] 馮洋，鄭志祥，徐藝，等.基于政企聯動的區域電壓暫降治理機制研究[J].電器工業，2022（8）：76-80.