現代供電網絡日趨龐大,彼此間的電磁耦合緊密,系統故障點引起的電壓擾動往往會波及更大範圍的用電負載。電力系統經常因為短路等不可預防的故障引發暫態電壓擾動問題,主要表現為系統電壓的暫降、暫升和短時中斷。
對電壓暫降非常敏感的用戶及設施(例如半導體行業、電子數控設備、變頻器裝置、IT產業設備等)一旦發生電壓暫降,帶來的損失非常大。對這些用戶而言,90%以上的電能質量是由於電壓暫降引起的。因此電壓暫降已被認為是影響用電設備正常運行、安全生產的重大問題之一。
在高鐵站房及地鐵行業,當發生電壓暫降時,影響較大的要為對暫降敏感的電子信息系統、數據處理設施、信號系統及自動扶梯等。
電壓暫降(俗稱晃電)
國家標準《電能質量電壓暫降與短時中斷》(GB/T30137-2013)規定了:電壓暫降是指電力系統中某點工頻電壓有效值暫時降低至額定電壓的10%~90%,並持續10ms~1min。
電壓暫降原因
電壓暫降發生的原因主要分為兩類:電力系統原因和用戶側原因;
• 電力系統原因:
主要為短路故障:如雷擊、極端氣候、動物、人為誤操作、輸配電系統故障(單相接地)等引起的;
• 用戶側原因:
包括用戶內部短路以及大型感應電機的啟動,電弧爐、軋鋼機等衝擊性負荷的投運等。
影響電壓暫降的因素
• 電網短路容量
• 短路電流
• 與故障點之間的距離
電壓暫降影響
造成的經濟損失
• 電壓暫降帶來的危害與行業和負載性質有關;
• 連續性生產行業受影響程度最大,單次電壓擾動造成的經濟損失從數萬元到數千萬元不等;
電壓暫降治理產品
工作原理
電網電壓在限值內:電網為敏感負載供電時,快速開關導通,逆變器休眠,但保持與電網電壓同步,以便在電網擾動時立即動作。
發生電壓暫降/暫升:當電網出現擾動瞬間,快速開關強制關斷,將敏感負載與電網隔離,由儲能元件經逆變器向敏感負載供電。
電壓恢復:調整逆變器輸出電壓幅值和相位與電網電壓一致,快速開關導通,敏感負載切換到電網供電,整流電路對儲能元件充電,以備再次使用。
故障旁路狀態:AVC故障或維護時,旁路開關動作,一般機械式旁路開關60ms切換,複合式旁路開關小於1ms切換,旁路機械開關閉合後快速開關斷開。
治理方案
安裝方式:上進上出;上進下出;下進下出;下進上出;
控制架構成熟:從2010年起,英博電氣具備併網逆變器技術,熟悉的電路拓撲如兩電平架構、三電平架構,英博電氣都具有成熟的解決方案
可靠性高:針對晶閘管串聯的說明:
(1)、晶閘管制造和驅動技術成熟,國內早已大批量生產,所以晶閘管單元部分本身穩定性高;
(2)、晶閘管損壞即為擊穿,晶閘管擊穿狀態類似於一根導線,短時不會影響電網給負荷的正常供電;
(3)、晶閘管驅動採用雙迴路驅動信號,且驅動電源獨立,進一步加強可靠性;
保護功能全面
其它說明:
(1)、控制系統控制電採用雙電源形式供電,交直流電源快速切換,加強了控制系統供電的可靠性;
(2)、晶閘管短路故障保護;
(3)、主控制器與晶閘管驅動板通信故障保護;
行業應用
典型需求行業:
1、暫降對半導體行業影響
芯片製造工藝複雜,芯片中電路的製作需層層疊代、環環相扣,芯片從最初的硅圓片上線加工到最後芯片封裝銷售,整個過程將近上百道工序,任何一道工序的加工失誤均會導致整個晶圓片的報廢,造成巨大損失。
半導體行業敏感負載
1、廠務排風系統(潔淨室)、PCW工藝水、UPW超純水系統
2、光刻機
3、離子注入機
4、刻蝕機
5、機臺控制系統等
2、暫降對汽車行業影響
在汽車行業中,大量使用自動化設備,電壓暫降會造成汽車工廠的機器人、傳動系統、輸送鏈、伺服系統、加工中心等宕機,那麼其中一關鍵工位的設備宕機可能造成整條生產線的停工。
跌落至額定電壓85%以下的暫降事件就可能導致機器人停機停產!
衝壓車間:
自動化控制系統複雜連續的機器,典型的組成結構包括:大型直流調速器及相互關聯的壓機單元,工件輸送伺服器、控制機器手等,因此,對電壓暫降非常敏感。
焊接車間:
機器人或伺服控制設備因電壓暫降失去原點,通常需要手工“復位”,需要花費大量時間;激光焊等重要設備因電壓暫降而損壞,設備昂貴、備件週期長。
塗裝車間:
輸送鏈設備、機器人、烘房、通風設備、生產線系統的連貫性操作是至關重要,因電壓暫降而中斷以後可能需要將設備完全停止、清洗、再重啟,該過程耗時較長,且產品質量會受影響或可能報廢。
動力總成數控加工中心:
數控機床、輸送設備、裝配線和測試平臺,昂貴而複雜的設備停機需要重新設置機床參數,並會報廢工件、損壞刀具、流水線停產、待工等。
3、暫降對扶梯的影響
變頻器是實現自動扶梯節能和速度調節的關鍵環節,對電壓暫降非常敏感。自身設置的交流欠壓保護、直流欠壓保護、過流保護和速度保護等保護策略,發生暫降後會導致:
1.將閉鎖變頻器,使得牽引電機失去電源;
2. 啟用機械制動,使得扶梯抱閘減速停梯。
3.當扶梯上有乘客時,乘客將由於慣性作用摔落,從而導致人員受傷情況。
案例
某軍工企業,主要生產軍工精密設備的電路板,本次動態電壓恢復器保護的生產設備為投影光刻機,光刻工藝要經歷硅片表面清洗烘乾、塗底、旋塗光刻膠、軟烘、對準曝光、後烘、顯影、硬烘、刻蝕等工序,整套設備對環境、生產工藝等都要求非常嚴格。當發生暫降時,設備停機,生產中的晶圓等材料全部報廢,投影光刻機的一些組件也會也會損壞。
應用效果
本文來自:英博電氣