電能質(zhì)量的描述分為穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量和暫態(tài)電能質(zhì)量，過(guò)去我們對(duì)電能質(zhì)量的描述和評(píng)價(jià)主要集中在穩(wěn)態(tài)方面，而且經(jīng)過(guò)多年的努力，我們國(guó)家的穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量已經(jīng)得到很大的提高，然而，我們對(duì)于暫態(tài)電能質(zhì)量的認(rèn)識(shí)尚不深入，電力部門(mén)也沒(méi)有引起足夠的重視。

1 電壓暫降問(wèn)題

暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題主要包括：電壓暫降/驟降（Voltage Sag or Dip）、電壓暫升/驟升（Voltage Swell）、電壓中斷（Voltage Interrruption）、電壓波動(dòng)（Voltage Fluctuation）等。EPRI（美國(guó)電科院）的全國(guó)性調(diào)研結(jié)果表明：在所有的電能質(zhì)量問(wèn)題中，其中98％是由電壓暫降、持續(xù)15秒或更短時(shí)間的電壓中斷造成的。

目前電壓暫降和瞬時(shí)供電中斷問(wèn)題已經(jīng)給國(guó)內(nèi)的石化、冶金、煤礦、半導(dǎo)體、汽車(chē)、制藥、紡織等行業(yè)造成了幾十億的年直接經(jīng)濟(jì)損失，所導(dǎo)致的間接損失更是無(wú)法估量。

從現(xiàn)在開(kāi)始，我們必須正視這一現(xiàn)狀，從政策、體制、資金、技術(shù)和運(yùn)行管理等方面綜合推進(jìn)電能質(zhì)量治理這一系統(tǒng)工程。

2 電壓暫降解決方案分析

電壓暫降治理方案的選擇涉及到企業(yè)負(fù)荷性質(zhì)、治理層面（終端負(fù)荷、生產(chǎn)線(xiàn)、全廠(chǎng)）、現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)損失、治理方案資金投入、現(xiàn)場(chǎng)施工等多個(gè)方面，是一項(xiàng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)與技術(shù)、投資與回報(bào)的復(fù)雜工作。

常規(guī)解決方案主要包括：不間斷電源（UPS）、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）和固態(tài)切換開(kāi)關(guān)（SSTS），方案對(duì)比如下：

（1）UPS是我們通常會(huì)首先想到的解決方案，已經(jīng)在眾多行業(yè)得到了普遍應(yīng)用。但目前主流的雙變換在線(xiàn)式UPS所帶來(lái)的高能耗問(wèn)題已經(jīng)被大家所認(rèn)知，因此，一種效率極高的動(dòng)態(tài)不間斷電源（Dynamic Uninterruptible Power Supply, DUPS）正日見(jiàn)端倪，并開(kāi)始得到應(yīng)用。

無(wú)論UPS還是DUPS，一般功率較小，通常以低壓為主，主要適用于企業(yè)終端負(fù)荷治理，可以根據(jù)功率情況進(jìn)行“一對(duì)一”或“一對(duì)多”應(yīng)用。如果企業(yè)敏感負(fù)荷所占比重較大，可以考慮生產(chǎn)線(xiàn)級(jí)，甚至全廠(chǎng)級(jí)治理，此時(shí)需要大功率UPS（或DUPS），甚至是高壓大功率UPS（或DUPS），相應(yīng)的造價(jià)將非常高昂，同時(shí)還涉及到電池定期維護(hù)和更換問(wèn)題。

（2）DVR在應(yīng)對(duì)電壓暫降方面與UPS相比，有比較強(qiáng)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，但它自身具有致命性缺陷，即電網(wǎng)電壓跌至50％以下，或完全中斷時(shí)，DVR已經(jīng)無(wú)法進(jìn)行有效補(bǔ)償，形同虛設(shè)了。

（3）SSTS是一種能夠在一個(gè)周波之內(nèi)完成雙電源切換的極高速切換裝置，與傳統(tǒng)的切換設(shè)備有著實(shí)質(zhì)性的區(qū)別，它徹底摒棄了機(jī)械開(kāi)關(guān)作為切換元件的傳統(tǒng)做法，而是創(chuàng)造性的采用半導(dǎo)體固態(tài)開(kāi)關(guān)作為切換元件，同時(shí)輔以先進(jìn)的檢測(cè)和控制技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)如此高速的電源切換。

目前SSTS已經(jīng)在國(guó)外得到了廣泛應(yīng)用，生產(chǎn)廠(chǎng)家主要以外國(guó)公司為主，可喜的是，國(guó)內(nèi)一些有雄厚技術(shù)實(shí)力的廠(chǎng)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出此類(lèi)裝置，比如榮信股份開(kāi)發(fā)的系列高中低壓SSTS，技術(shù)指標(biāo)接近甚至超過(guò)了外國(guó)公司，并且已經(jīng)在多個(gè)行業(yè)開(kāi)始應(yīng)用。

SSTS尤其適用于大容量的生產(chǎn)線(xiàn)級(jí)和全廠(chǎng)級(jí)電壓暫降治理，或者是高壓大功率終端負(fù)荷，其投資大大低于高壓大容量UPS（或DUPS），另外現(xiàn)場(chǎng)改造簡(jiǎn)單，施工和調(diào)試方便，是一種理想的大功率電壓暫降解決方案，尤其是高中壓場(chǎng)合。

3 SSTS基本原理

SSTS基本原理拓?fù)淙鐖D1所示，它主要包括基于晶閘管閥體的固態(tài)開(kāi)關(guān)、旁路和隔離開(kāi)關(guān)、電壓互感器、電流互感器、控制器、人機(jī)交互接口等。

圖1 SSTS基本原理拓?fù)?/p>

（1）固態(tài)開(kāi)關(guān)：由一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管組成，各自導(dǎo)通半個(gè)周波，根據(jù)系統(tǒng)額定電壓和電流情況，固態(tài)開(kāi)關(guān)由晶閘管串并聯(lián)組成，形成晶閘管閥體。

假定正常情況下電源1供電，則固態(tài)開(kāi)關(guān)1導(dǎo)通，固態(tài)開(kāi)關(guān)2處于分?jǐn)酄顟B(tài)，電流流經(jīng)固態(tài)開(kāi)關(guān)1。當(dāng)電源1故障，或主動(dòng)切換至電源2時(shí)，分?jǐn)喙虘B(tài)開(kāi)關(guān)1，此后導(dǎo)通固態(tài)開(kāi)關(guān)2，負(fù)載轉(zhuǎn)由電源2供電，電流流經(jīng)固態(tài)開(kāi)關(guān)2。

（2）隔離和旁路開(kāi)關(guān)：K1～K3為隔離開(kāi)關(guān)，K4和K5為旁路開(kāi)關(guān)。正常情況下電流流經(jīng)固態(tài)開(kāi)關(guān)，電源之間的切換由固態(tài)開(kāi)關(guān)完成，此時(shí)隔離開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，而旁路開(kāi)關(guān)處于分?jǐn)酄顟B(tài)。當(dāng)固態(tài)開(kāi)關(guān)故障或定期維護(hù)時(shí)，導(dǎo)通旁路開(kāi)關(guān)，分?jǐn)喔綦x開(kāi)關(guān)，此時(shí)SSTS類(lèi)似于傳統(tǒng)的電源切換裝置，以最大程度上保證負(fù)荷的正常供電不受影響。

（3）電壓互感器、電流互感器：信號(hào)采樣裝置，通過(guò)電壓和電流互感器獲取一次電壓和電流信息，以供控制器進(jìn)行分析判斷。

（4）控制器：整個(gè)SSTS系統(tǒng)核心，負(fù)責(zé)各種信號(hào)的采樣處理、分析計(jì)算、開(kāi)關(guān)動(dòng)作、保護(hù)等。

（5）人機(jī)交互：主/備電源選擇、手動(dòng)/自動(dòng)切換、切換門(mén)限、狀態(tài)顯示等通過(guò)人機(jī)交互接口處理。

4 應(yīng)用案例

4.1 企業(yè)需求

唐山高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)已經(jīng)發(fā)展成為以焊接、汽車(chē)零部件、新材料、生物制藥、智能儀器儀表、環(huán)保機(jī)械為特色的國(guó)家級(jí)高新區(qū)。

從高新區(qū)規(guī)劃開(kāi)始，唐山供電局就始終秉承提供一流高品質(zhì)電力供應(yīng)的服務(wù)宗旨，在規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行和服務(wù)等多個(gè)方面堅(jiān)持高標(biāo)準(zhǔn)。

但隨著開(kāi)發(fā)區(qū)規(guī)模的不斷發(fā)展壯大，用戶(hù)對(duì)供電品質(zhì)需求的差異性也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。比如某半導(dǎo)體制造企業(yè)，生產(chǎn)裝置基本全是國(guó)外進(jìn)口，對(duì)電能質(zhì)量要求極高，一旦發(fā)生電壓暫降等暫態(tài)電能治理問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致部分設(shè)備，甚至全廠(chǎng)設(shè)備停機(jī)，每次損失高達(dá)100萬(wàn)元左右，這樣的事故基本上每年都會(huì)發(fā)生3～5次不等，甚至很多情況下連照明日光燈都沒(méi)有閃爍，企業(yè)感到非常困惑。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研

針對(duì)該企業(yè)的實(shí)際情況，唐山供電局和用戶(hù)進(jìn)行了深入的溝通和分析，最后決定首先在企業(yè)兩段10kV母線(xiàn)上安裝兩臺(tái)電能治理監(jiān)測(cè)儀，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓波動(dòng)情況，系統(tǒng)一次圖如圖2所示。

圖2 企業(yè)一次系統(tǒng)圖

經(jīng)過(guò)3個(gè)月的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，共發(fā)生5次電壓暫降，其中電壓暫降幅度最大的一次高達(dá)80％，持續(xù)時(shí)間200ms，其余幾次暫降幅值都在30～50％之間，持續(xù)時(shí)間在100～200ms之間。由于企業(yè)兩路35kV進(jìn)線(xiàn)來(lái)自不同的變電站，所以?xún)啥?0kV并沒(méi)有同時(shí)發(fā)生電壓暫降事故。

由于該企業(yè)敏感負(fù)荷占全廠(chǎng)總負(fù)荷的50％以上，所以唐山供電局經(jīng)過(guò)與用戶(hù)協(xié)商后，決定安裝一臺(tái)榮信股份生產(chǎn)的10kV/630A SSTS，用于全廠(chǎng)級(jí)電壓暫降治理。唐山供電局提供從解決方案選擇、設(shè)備選型、方案設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)施工、安裝調(diào)試等一系列技術(shù)支持工作。

4.3 解決方案

由于是現(xiàn)場(chǎng)改造項(xiàng)目，企業(yè)要求現(xiàn)有開(kāi)關(guān)均保留，所以SSTS串聯(lián)接入現(xiàn)有系統(tǒng)，安裝示意圖如圖3所示，其中SSTS內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 SSTS安裝示意圖

圖4 SSTS內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

SSTS安裝之后，要求現(xiàn)有斷路器QF1、QF2和QF3處于常閉狀態(tài)，而系統(tǒng)運(yùn)行方式和電源之間的切換全部由SSTS完成。

4.4 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

SSTS設(shè)備安裝之后，系統(tǒng)上電，然后分別進(jìn)行了手動(dòng)空載切換、人為斷一路輸入電源的自動(dòng)空載切換、半載和全載下的手動(dòng)切換和斷一路輸入電源自動(dòng)切換，每次SSTS都能可靠動(dòng)作，切換時(shí)間都在8ms以?xún)?nèi)，典型切換波形如圖5所示。

圖5 負(fù)載電壓典型切換波形

由圖5可以看出，SSTS切換時(shí)負(fù)載電壓波形連續(xù)，真正實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫切換。SSTS切換時(shí)，所有生產(chǎn)設(shè)備、辦公設(shè)備、生活設(shè)備都沒(méi)有受到任何影響，一切運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，完全感受不到電源發(fā)生了變化。

該設(shè)備投運(yùn)至今，已成功避免了十多次的電壓暫降，有效的保證了企業(yè)的正常生產(chǎn)，避免了巨大經(jīng)濟(jì)損失。

5 結(jié)論

（1）SSTS現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)果表明，切換時(shí)能夠確保變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)器、直流調(diào)速器、接觸器、機(jī)器手、PLC、DCS、計(jì)算機(jī)和行業(yè)專(zhuān)有設(shè)備（如切割機(jī)、PECVD、光纖機(jī)、高頻電解電鍍電源等）的不間斷運(yùn)行；

（2）SSTS是解決電壓暫降問(wèn)題的一種經(jīng)濟(jì)有效方案，尤其是大容量終端負(fù)荷、生產(chǎn)線(xiàn)或全廠(chǎng)級(jí)治理，且該設(shè)備免維護(hù)。

（3）對(duì)于企業(yè)來(lái)講，避免經(jīng)濟(jì)損失意味著將直接增加了效益。宏觀上，有效節(jié)約和利用了社會(huì)資源，提高了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的總體效益。

（編自《電氣技術(shù)》，作者為趙亮、張建軍。）