配電網(wǎng)低電壓原因分析及治理

郭 亮，孫 旻，王文彬，何 偉

（國網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院，江西南昌 330096）

0 引言

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，我省一些地區(qū)的配電臺區(qū)存在電壓偏低情況，為了了解電壓偏低的原因，并采取相應(yīng)措施治理，技術(shù)人員做了以下幾方面的工作：1）赴低電壓臺區(qū)現(xiàn)場了解具體情況；2）建立仿真模型，驗證低電壓原因；3）匯總統(tǒng)計全省電壓偏低臺區(qū)，了解各類低電壓比例；4）提出治理電壓偏低的改造建議。

1 現(xiàn)場調(diào)查

1.1 電壓嚴(yán)重偏低

經(jīng)測量，不在用電高峰時期，很多臺區(qū)電壓已經(jīng)嚴(yán)重偏低。如贛州南康市某臺區(qū)末端電壓現(xiàn)場測量時只有180 V，最低為146 V。居民反映用電高峰時更低，最低可至60 V。

1.2 用電負(fù)荷影響大

用電負(fù)荷對電壓降影響大，分別在白天和晚上測量上饒玉山縣3個臺區(qū)電壓，白天電壓基本正常，但晚上全部嚴(yán)重偏低。

1.3 導(dǎo)線配變不匹配

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，一些臺區(qū)的導(dǎo)線線徑偏小，而配變?nèi)萘繀s較大，如某臺區(qū)配變?nèi)萘繛?00 kVA，而導(dǎo)線為LGJ-50。如果配變滿載運行，導(dǎo)線電流將大大超過導(dǎo)線安全載流量，嚴(yán)重時導(dǎo)致導(dǎo)線燒斷，引起電氣事故。據(jù)了解，部分原因在于，各地在以前農(nóng)網(wǎng)改造項目中，為解決變壓器過負(fù)荷的問題，更換了大容量變壓器，然而未同時更換導(dǎo)線，導(dǎo)致導(dǎo)線配變不匹配問題。

表1 玉山縣3個臺區(qū)測量結(jié)果

1.4 供電半徑過長

供電半徑與配電網(wǎng)電壓降落有很大關(guān)系，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[1]，農(nóng)村低壓配電網(wǎng)供電半徑一般不超過500 m。而以贛州南康為例，所有6個電壓偏低臺區(qū)供電半徑全部大于700 m，最大為1 265 m。

表2 部分臺區(qū)供電半徑

1.5 三相不平衡

一體化配電監(jiān)測系統(tǒng)顯示，部分臺區(qū)出口電壓三相不平衡問題非常嚴(yán)重。三相不平衡使負(fù)荷高的相的導(dǎo)線電流嚴(yán)重偏大，使該相電壓降落比平衡時更大，因此低電壓問題雪上加霜。

1.6 其它問題

部分臺區(qū)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，運行情況差；建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)比較低，走線比較混亂；部分臺區(qū)相關(guān)設(shè)備銹蝕嚴(yán)重。

基礎(chǔ)資料不齊全，部分臺區(qū)的基礎(chǔ)資料前后不一致，接線方式、導(dǎo)線型號、導(dǎo)線長度、主線支線、用戶數(shù)、負(fù)荷多少等信息，并沒有完善的臺賬管理；大部分的電壓偏低臺區(qū)沒有配電監(jiān)測設(shè)備，沒有納入一體化配電監(jiān)測系統(tǒng)。

少數(shù)臺區(qū)沒有JB柜，沒有無功補(bǔ)償裝置，少數(shù)10 kV、35 kV高壓配電側(cè)沒有配備電容器，或者電容器沒有投入。

2 仿真分析

為了進(jìn)一步更精確地了解低壓臺區(qū)沿線的電壓變化情況，現(xiàn)建立模型進(jìn)行分析。

2.1 模型假設(shè)與驗證

假設(shè)配電網(wǎng)具有以下特點：1）出口電壓基本穩(wěn)定，取配變的額定線電壓400 V(相電壓231 V)；2）導(dǎo)線從頭到尾型號一致；3）負(fù)荷沿主線平均分配。

建立配電網(wǎng)單相的Simulink模型，對沿線壓降情況進(jìn)行仿真，如圖1所示。

圖1 配電臺區(qū)仿真模型圖

輸入南康市塘屋村臺區(qū)的導(dǎo)線及負(fù)荷數(shù)據(jù)，利用模型對進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明末端電壓為157 V，與實測平均值153 V相差很小，表明該simulink模型具有較高準(zhǔn)確性。

2.2 導(dǎo)線線徑及供電半徑對電壓降的影響

對負(fù)荷為200 kVA、功率因數(shù)為0.9、導(dǎo)線長度為1 000 m、型號從LGJ-16到LGJ-300的每種情形進(jìn)行仿真，并用matlab對仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如圖2所示。

圖2 不同導(dǎo)線線徑下電壓沿導(dǎo)線變化圖

利用以上數(shù)據(jù)，可以對配電網(wǎng)的導(dǎo)線線徑及長度進(jìn)行選擇，在選擇過程中，應(yīng)該綜合考慮兩個限制條件：

1）導(dǎo)線電流不超過其安全載流量。由于配變可短時過負(fù)荷運行，導(dǎo)線選擇應(yīng)使配變在1.2倍過載時電流不超過其安全載流量。依此計算，200 kVA配變應(yīng)選配LGJ-150及更大型號的導(dǎo)線。

2）根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)[2]，配電網(wǎng)電壓偏差范圍為+7%至-10%，對于220 V配電網(wǎng)，導(dǎo)線末端電壓不宜低于198V。

根據(jù)以上限制條件，對數(shù)據(jù)做如下處理，粉色平面為導(dǎo)線LGJ-150，其右側(cè)區(qū)間為合適區(qū)間，白色平面為198 V平面，其上面區(qū)間為合適區(qū)間。如圖3可以很清楚地顯示導(dǎo)線型號及長度的選擇。

圖3 考慮限制條件選擇導(dǎo)線線徑及長度

從圖中可以看出，200 kVA臺區(qū)導(dǎo)線及長度有以下選擇組別：(LGJ-150，500 m)、(LGJ-185，600 m)、(LGJ-240，775 m)、(LGJ-300，>1 000 m)。

2.3 配變?nèi)萘繉﹄妷航档挠绊?/h3>

為了了解不同配變?nèi)萘繉ε潆娋W(wǎng)電壓降的影響，對100 kVA時的電壓變化進(jìn)行仿真，與200 kVA的變化圖放在同一圖內(nèi)，可以觀察其變化。

圖4 100 kVA和200 kVA配變滿載時的電壓變化圖

從圖4可以看出，在末端電壓100 kVA電壓降比200 kVA臺區(qū)要小很多，用同樣方法處理數(shù)據(jù)，可以得到如圖5的比較圖。

圖5 100 kVA與200 kVA的線徑及長度選擇對比

從圖5中可以看出，100 kVA臺區(qū)有以下選擇：(LGJ-50，425m)、(LGJ-70，625m)、(LGJ-95、120、150、185、240、300，>1 000 m)。對各容量配備仿真，如表3所示。

表3 各容量配變在各導(dǎo)線下的最大長度（LGJ）

2.4 全省臺區(qū)統(tǒng)計

根據(jù)表3數(shù)據(jù)，對已統(tǒng)計的電壓偏低臺區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，電壓偏低原因如表4所示。

表4 電壓偏低原因統(tǒng)計分析

統(tǒng)計結(jié)果表明我省電壓偏低臺區(qū)的主要原因有以下幾方面：

1）導(dǎo)線與配變不匹配，即導(dǎo)線線徑偏小。統(tǒng)計表明，線徑偏小的比例接近70%。

2）供電半徑過長。占比達(dá)61%。

3）重負(fù)荷。上表顯示，超過一半（61%）的存在低電壓現(xiàn)象的臺區(qū)在現(xiàn)場測量時電壓處于正常范圍，說明大部分的低電壓問題與負(fù)荷大小有關(guān)的，這也可在“配變?nèi)萘繉﹄妷航档挠绊憽钡姆治鲋械玫接∽C。

3 電壓補(bǔ)償分析

對于供電長度過長的臺區(qū)，可以考慮設(shè)立多個電源點，但是需延伸10 kV線路，且對臺區(qū)進(jìn)行大改?，F(xiàn)提出一個更為便捷經(jīng)濟(jì)的改造方法——電壓補(bǔ)償。指在電壓偏低的點附近，串聯(lián)一個變壓器副邊（原副邊比可選擇，約為5），如圖6所示。

圖6 電壓補(bǔ)償示意圖

為了了解電壓補(bǔ)償提升電壓的效果，對負(fù)荷為200 kVA，功率因數(shù)為0.9、線路型號為LGJ70、長度為1 km的臺區(qū)進(jìn)行了補(bǔ)償效果的仿真，補(bǔ)償變壓器的位置為距離配變300 m。

若要維持全線電壓合格，不進(jìn)行補(bǔ)償，而直接對全線1 000 m進(jìn)行更換，根據(jù)表3，則至少需要更換為LGJ240的導(dǎo)線；而使用補(bǔ)償變壓器，則只需前300 m換成LGJ150導(dǎo)線，300 m之后電流不超過LGJ70的安全載流量，故不需更換即可。從表5看出，使用電壓補(bǔ)償，從經(jīng)濟(jì)上講，具有一定的可行性。

圖7 補(bǔ)償前后電壓變化的比較圖

表5 不同改造方案費用估計

4 結(jié)論

1）低電壓問題在許多臺區(qū)十分嚴(yán)重，主要原因是過負(fù)荷、導(dǎo)線線徑過細(xì)、導(dǎo)線長度過長、三相不平衡等。

2）利用simulink仿真得到了各種配變?nèi)萘繉?yīng)的導(dǎo)線線徑的最大供電長度表，對于判斷臺區(qū)是否有低電壓隱患，指導(dǎo)配網(wǎng)設(shè)計有一定參考意義。利用該結(jié)果對全省電壓偏低臺區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計分析，大致了解了存在各種問題的比例。

3）對供電半徑過長的臺區(qū)，提出了一種電壓補(bǔ)償?shù)母脑旆桨?，相對于純粹換線、增加電源點等方法，具有一定的經(jīng)濟(jì)意義。

[1]DL 499-2001農(nóng)村低壓電力技術(shù)規(guī)程[S].

[2]GB 12325-2008電能質(zhì)量供電電壓偏差[S].