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电能质量问题的特性

长时中断

长时中断是因外部因素（如电缆损坏）或内部设备故障造成的电力供应中断，无法通过清除故障或倒闸操作快速恢复供电。IEEE和Cenelec在电压阈值和区分长时和短时中断的持续时间方面存在一些差异，但这些差异并不重要。因为大多数非永久性短时中断的持续时间都少于1、2或3分钟，中断的残余电压要么为零，要么非常接近零，而不是1%、5%或10%的标称值。长时中断有时被称为停电（blackout）。blackout通常还表示持续时间非常长，覆盖面非常广、危害非常大的大停电事件。对居民住宅而言，停电的后果可能只是增加了生活的不便，如限制了看电视等休闲活动或无法满足照明等基本功能要求。但有时后果可能会更严重。如长时间停电且家里没有储能装置，冰箱里的食物就会变质，供暖也无法工作(即使不是电取暖，但温度控制和热水循环仍然需要用电)。当温度很低时，水可能会在管道中冻结，带来严重的后果。家庭自动化系统也需要供电，长时间停电可能导致家里的警报、火灾或爆窃无法检测(备用电源只能保证有限时间的供电)。

常用于量化上述问题的方法为用户支付意愿法(WTP)，即用户为提高供电可靠性愿意支付的金额，和用户赔偿意愿法（WTA），即用户遭受上述问题后可以接受的赔偿金额。这些金额通常与用户的用电量有关。用户往往喜欢更少的支出和更多的补偿，因此采用WTA和WTP的平均值作为用户停电成本比较合适。在意大利的调查显示，居民用户的停电成本约为电价的100倍，因此需要保障居民用户的供电连续性。

工商业用户的WTP约为电价的100倍，但WTA高达400到600倍。这是因为经济的发展对电能的依赖性更大，停电成本更高。停电会造成设备损坏、原材料浪费和停工期间的产能损失。极端情况下，停电可能严重危及公共安全。如果福岛核电站冷却水泵的驱动电机有足够备用容量，那么事故的危害范围就不会那么大。在比较WTA/WTP调查结果时可以发现，直接成本略低，但调查结果和不同用户组中占比接近。2007年，KEMA咨询公司为ECI编制的“欧洲电能质量与市场监管调查”报告中的调查结果如图3所示。

图3欧洲停电成本调查结果,KEMA2007

报告建议居民用户的停电成本平均值约为电价的50倍，非居民用户停电成本的平均值为电价的200倍。

有时，停电成本可以用损失负荷与损失金额之间的关系表示，即单位功率的损失(€/kW或$/kW)。这种方式比较合理和准确，特别是在停电成本与持续时间有关时。通常持续时间与停电成本之间关系并非是线性的(不同行业也不同)，而是呈现"S"型的，即停电成本在持续时间较短中断是较小的，但当持续时间超出一定值后，停电成本快速增加，增加到一定程度后又趋于饱和。因此单位功率损失是一个中断持续时间的函数。KEMA在荷兰进行的调查结果可以验证这一规律，如图4所示。

图4中断成本与持续时间之间的关系 KEMA2005

除此之外，采用单位功率损失表示停电成本，采用单位容量成本表示备用电源的价格，可根据损失功率对投资和成本进行比较，获得备用电源的投资决策。

电压暂降和短时中断

短时中断和长时中断有时会被同等对待，因为二者都出现了能源供应的中断。但这种处理方式无法体现短时中断造成的经济损失。如前所述，停电成本与持续时间二者之间是存在一定关联关系。但在本节中的短时中断成本与持续时间却不是一个直接的比例关系。例如1小时的停电造成的经济损失可能是1分钟停电的2-4倍，甚至更大，但生产过程重启时间所占的比重却相差很大。

短时中断实际上应该是一个电压质量问题。短时中断最常见的原因是短路故障。在这种情况下，由于故障引发大电流从而快速清除，如树枝被炸开。紧接着一个成功的自动重合闸操作恢复供电。因此，故障的下游将经历一个短时中断，而故障上游则经历一个电压暂降。

电压暂降第二个常见的原因是大型负载的启动或投入（如无软启动的电机）。这个原因引起的电压暂降残余电压较高，尤其在系统短路容量较小时更为明显。

如果系统的免疫度无法抵御电压暂降或短时中断，将导致生产过程中断。虽然电机能够在其惯性作用下继续保持运行，但如果遭遇非常严重的电压暂降时，电机的转矩和转速将会降低，并可能无法恢复。当有变频调速时，由于控制的作用，电机将会对电压暂降更为敏感。其他对电压暂降敏感的设备还包括继电器、接触器、电机启动器和所有电子控制设备，如计算机和数字控制器等。白炽灯的光照度与电压值密切相关，并会收到电压闪变的影响。气体放电灯，如常见的高压钠灯，则对电压暂降非常敏感，如果其他放电灯中断，只能等灯冷却后才能重新点亮。

电压暂降免疫度是一个非常复杂的问题。由UPS保护整个工厂能保证免疫度，但投资巨大。正确的方法是找到那些对生产过程至关重要的组件，例如对电压暂降敏感的可编程序控制器电源和接触器等。

电压暂降的成本通常低于短时或长时中断，但电压暂降的发生频率更高。中断将影响所有无保护的生产过程，但电压暂降只影响最敏感的生产过程。如果生产过程采用并行设计，那些未被影响的生产过程仍能继续运行。

电压暂降在工业生产中尤为突出。不同的调查都表明连续制造业和IT业是最敏感的。2002年瑞典的研究结果给出了不同行业中的电压暂降成本估计，如图5所示。半导体行业的电压暂降成本在所有行业中最高，其他的调查也有相同的结果。

图5不同行业的电压暂降敏成本 STRIAB和Vatenfall,2002

LPQI的调查结论是最敏感的行业约占全欧洲产值的20%和工业产值的30%。，其电能质量问题成本约为产值的4%。24%的电能质量问题成本是由于电压暂降引起的，19%是由于短时中断引起的。每次电压暂降事件成本介于2.120和4.682€。工业的短时中断成本是电压暂降成本的3倍，工业的短时中断成本是电压暂降成本的9倍。所有用户平均每年经受13起电压暂降和6起短时中断。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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