1 引言

供配電系統(tǒng)作為航天發(fā)射場(chǎng)的動(dòng)力樞紐，負(fù)責(zé)為場(chǎng)區(qū)航天器、火箭和地面設(shè)備在測(cè)試發(fā)射期間提供穩(wěn)定、可靠的電力來(lái)源。 為提升供配電系統(tǒng)的可靠性，中國(guó)各航天發(fā)射場(chǎng)均按一級(jí)負(fù)荷設(shè)計(jì)。

只有供配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，才能確保發(fā)射任務(wù)順利實(shí)施，尤其是在火箭轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射工位后，電能質(zhì)量的優(yōu)劣甚至直接決定發(fā)射任務(wù)的成敗。 在衡量電能質(zhì)量的眾多指標(biāo)中，電壓暫降是一種無(wú)法避免的現(xiàn)象，它主要由外電網(wǎng)故障引發(fā)。 而目前中國(guó)各航天發(fā)射場(chǎng)普遍依靠市電作為主供電源， 因此均面臨不同程度的電壓暫降風(fēng)險(xiǎn)。 迄今為止，各航天發(fā)射場(chǎng)已發(fā)生多次電壓暫降事件，曾造成電壓敏感設(shè)備供電中斷，甚至影響到發(fā)射流程。

本文對(duì)航天發(fā)射場(chǎng)關(guān)鍵設(shè)備(簡(jiǎn)稱關(guān)鍵設(shè)備，主要指火箭轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射工位后的關(guān)鍵用電設(shè)備)的負(fù)載特性進(jìn)行分析，得出各設(shè)備的電壓暫降敏感性，定性評(píng)估電壓暫降對(duì)發(fā)射流程的影響，提出電壓暫降的治理措施以及不同層級(jí)的解決方案。

2 電壓暫降的影響分析

中國(guó)各航天發(fā)射場(chǎng)市政電源均采用2 路35 kV及以上電壓等級(jí)的線路引入，場(chǎng)區(qū)內(nèi)一次配電經(jīng)中心變電站降壓后采用10 kV 線路配出，末端集中設(shè)置10/0.4 kV 變電所向設(shè)備供電。 除市電以外，各發(fā)射場(chǎng)基本都設(shè)置自備電站。 受自備電站容量、覆蓋范圍以及能源供應(yīng)等因素限制，發(fā)射任務(wù)期間，各發(fā)射場(chǎng)普遍以市電作為主供電源，這種供電模式?jīng)Q定了電壓暫降會(huì)直接作用于關(guān)鍵設(shè)備的電源輸入端。

2.1 關(guān)鍵設(shè)備負(fù)載特性分析

關(guān)鍵設(shè)備主要包括：發(fā)射場(chǎng)測(cè)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、整流罩空調(diào)、發(fā)射塔平臺(tái)油泵電機(jī)、發(fā)射塔擺桿油泵電機(jī)、伺服機(jī)構(gòu)等。 其中測(cè)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等特別重要設(shè)備均采用UPS 供電，具有較高的可靠性。 其余設(shè)備的用電特性與保障措施有以下特點(diǎn)：①負(fù)載側(cè)均為電動(dòng)機(jī)類(lèi)負(fù)載；②電源側(cè)均采用雙電源經(jīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器(Automatic Transfer Switching Equipment，ATSE)供電，遠(yuǎn)端由柴油機(jī)做備用電源，只有擺桿、伺服機(jī)構(gòu)等中小容量設(shè)備增設(shè)UPS 作為應(yīng)急電源；③驅(qū)動(dòng)方式分為直接控制(接觸器控制)、軟啟動(dòng)(軟啟動(dòng)器＋接觸器)、變頻控制(變頻器)。

2.2 關(guān)鍵設(shè)備電壓暫降敏感性分析

測(cè)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)均采用UPS 供電，可以避開(kāi)電壓暫降影響。 其余未采用UPS 供電的電機(jī)類(lèi)關(guān)鍵設(shè)備，由于負(fù)載側(cè)機(jī)械慣性的存在，電壓暫降不會(huì)直接導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。 電源側(cè)雖然都采用ATSE，但轉(zhuǎn)換延遲較大(通常不小于100 ms)，況且有可能出現(xiàn)2 路電源同時(shí)發(fā)生電壓暫降的情況，即無(wú)法通過(guò)ATSE 自動(dòng)切換讓負(fù)載不受電壓暫降的影響。 因此，關(guān)鍵設(shè)備受電壓暫降影響的大小直接取決于其驅(qū)動(dòng)單元(接觸器、軟啟動(dòng)器、變頻器)的電壓暫降敏感性。

1)接觸器電壓暫降敏感性：常規(guī)接觸器控制線圈釋放電壓約為0.75 p.u.，釋放延時(shí)為3 ～200 ms。 當(dāng)接觸器閉合，主回路接通時(shí)，電壓暫降會(huì)造成接觸器操作線圈電壓過(guò)低甚至短時(shí)斷電[7-8]，導(dǎo)致線圈對(duì)鐵心的吸力小于釋放彈簧的彈力，進(jìn)而使接觸器釋放，造成主回路斷電。

2)軟啟動(dòng)器電壓暫降敏感性：軟啟動(dòng)器主要在電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)階段工作，基本原理是通過(guò)控制輸出電壓的斜坡上升，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平滑啟動(dòng)，減少?zèng)_擊。 這種工作特性決定了軟啟動(dòng)器具有較寬的輸入電壓范圍，額定工作電壓范圍一般為230～415 V。 但是，當(dāng)電壓暫降的殘余電壓低于工作電壓范圍下限的85%時(shí)，也會(huì)觸發(fā)軟啟動(dòng)器的欠壓保護(hù)，導(dǎo)致停機(jī)。

3)變頻器電壓暫降敏感性：變頻器由整流器和逆變器2 部分組成。 變頻器欠電壓主要指其中間直流回路低電壓，即逆變器輸入電壓過(guò)低。 一般的變頻器都具有欠壓保護(hù)功能，欠電壓保護(hù)設(shè)定值一般為0.85 p.u.。 變頻器一旦遇到較為嚴(yán)重的電壓暫降，會(huì)立即觸發(fā)欠壓保護(hù)機(jī)制，控制電路將短時(shí)間內(nèi)(＜20 ms)停止向驅(qū)動(dòng)電路輸出信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)電路和逆變器停止工作，電動(dòng)機(jī)將失去動(dòng)力，進(jìn)入自由制動(dòng)狀態(tài)。

2.3 發(fā)射流程電壓暫降風(fēng)險(xiǎn)分析

接觸器、軟啟動(dòng)器、變頻器均屬于電壓敏感類(lèi)設(shè)備，極有可能受電壓暫降影響而停機(jī)，但各關(guān)鍵設(shè)備因其工作時(shí)序、工藝流程分工不同，停機(jī)后對(duì)發(fā)射流程的影響也不盡相同。 由表1 可見(jiàn)，除采用UPS 保障的測(cè)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以外，其余電機(jī)類(lèi)設(shè)備一旦遭受電壓暫降，會(huì)對(duì)發(fā)射流程產(chǎn)生較大影響，尤其是擺桿油泵電機(jī)、伺服機(jī)構(gòu)、加注泵受電壓暫降干擾后，極易造成發(fā)射中斷甚至失敗。 因此，必須采取有效措施對(duì)發(fā)射場(chǎng)電壓暫降問(wèn)題進(jìn)行治理。

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