配電變壓器對(duì)電壓偏差影響量化分析及對(duì)策

王展+馬明+王玲

摘 要：文章針對(duì)10kV配電變壓器負(fù)荷在三相平衡和三相不平衡情況下對(duì)電壓偏差的影響因素進(jìn)行分析，通過分析得出影響配電變壓器電壓損耗的主要因素包括負(fù)載率、功率因數(shù)和負(fù)荷不平衡度，并結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行和電力裝備技術(shù)水平，就如何減少上述因素的影響程度提出了解決措施，并分析了解決措施的適用場(chǎng)合。

關(guān)鍵詞：配電變壓器；電壓質(zhì)量；靈敏度分析；影響因素；解決措施

1 概述

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，居民端電壓質(zhì)量問題日趨突出。配變是低壓配電網(wǎng)的源頭，其輸出電壓質(zhì)量的好壞，將直接決定低壓配網(wǎng)末端用戶的電壓質(zhì)量。但是，影響配變輸出電壓質(zhì)量的因素眾多，涉及配變連接組別、運(yùn)行檔位、負(fù)載率、三相負(fù)荷不平衡度等等，因此有必要對(duì)這些因素進(jìn)行科學(xué)分析，辨識(shí)影響電壓質(zhì)量的主要因素，制定合理的解決措施，避免盲目改造和重復(fù)建設(shè)，在保證供電質(zhì)量的前提下，提高電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

2 10kV配電變壓器模型

10kV配電變壓器一般采用三相三柱式，常用的連接組別為Dyn11和Yyn0。在負(fù)荷平衡的情況下，兩種連接組別的電壓輸出特性相似。但是，居民低壓負(fù)荷以單相負(fù)荷為主，由于單相設(shè)備用電時(shí)間不同步，造成配電變壓器常處于三相負(fù)載不對(duì)稱的運(yùn)行狀態(tài)。三相負(fù)載電流不對(duì)稱時(shí)，系統(tǒng)中存在零序電流和負(fù)序電流，造成低壓側(cè)的三相電壓不對(duì)稱。分析變壓器不對(duì)稱運(yùn)行方式時(shí)，一般采用對(duì)稱分量法，將不對(duì)稱的三相電流分解為正序、負(fù)序、零序分量。相應(yīng)的，需要建立變壓器的正序、負(fù)序和零序電路模型，各模型如圖1、圖2所示。

3 靈敏度分析方法

在最優(yōu)化方法中經(jīng)常利用靈敏度分析來(lái)研究原始數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或發(fā)生變化時(shí)最優(yōu)解的穩(wěn)定性。靈敏度分析方法是研究與分析一個(gè)系統(tǒng)（或模型）的狀態(tài)或輸出變化對(duì)系統(tǒng)參數(shù)或周圍條件變化的敏感程度的方法。通過靈敏度分析還可以決定哪些參數(shù)對(duì)系統(tǒng)或模型有較大的影響。

由于臺(tái)區(qū)首端電壓受10kV側(cè)電壓、配變負(fù)荷水平、功率因數(shù)、運(yùn)行檔位等多重因素的影響，為分析每個(gè)因素對(duì)電壓的影響程度，文章采用了靈敏度分析法。

4 三相負(fù)荷平衡時(shí)影響電壓偏差的因素分析

根據(jù)配電變壓器模型來(lái)看，影響臺(tái)區(qū)首端電壓的因素包括10kV側(cè)電壓、配變負(fù)載率、功率因數(shù)、配變檔位等。根據(jù)配變的電路模型和電壓損耗計(jì)算得出，10kV側(cè)電壓的偏導(dǎo)數(shù)為1，而負(fù)載率和功率因數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1。因此，10kV側(cè)電壓對(duì)臺(tái)區(qū)首端的電壓影響最大。負(fù)載率和功率因數(shù)的大小受配變?nèi)萘浚ㄓ绊懪渥冏杩菇牵?、?fù)載率和負(fù)荷功率因數(shù)的影響。在影響程度上，兩者相當(dāng)，不超過4%，不到10kV側(cè)電壓影響的1/25。

通過仿真計(jì)算，可以論證以上的結(jié)論，驗(yàn)證結(jié)果見表1。

表1的計(jì)算結(jié)果可以看出，10kV側(cè)電壓發(fā)生變化時(shí)，臺(tái)區(qū)的首段電壓相應(yīng)地發(fā)生較大變化，負(fù)載率變化時(shí)，臺(tái)區(qū)首端電壓的變化不大，負(fù)載率從10%變化到100%時(shí)，首端電壓從0.997變化到0.968，僅變化了2.9%，負(fù)荷功率因數(shù)變化時(shí)，臺(tái)區(qū)的首端電壓變化也不大。

5 三相負(fù)荷不平衡時(shí)影響電壓偏差的因素分析

在三相負(fù)荷不平衡情況下，需要分別建立配變的正序、負(fù)序和零序模型，所以需要通過對(duì)稱分量法進(jìn)行分析。在10kV側(cè)電壓、負(fù)荷電流已知的情況下，分析得出，臺(tái)區(qū)首端的各相電壓大小僅與本相的負(fù)荷電流有關(guān)。因此，對(duì)于Dyn11型配變，在三相負(fù)荷不平衡的情況下，各相電壓之間的差值很小。

而對(duì)于Yyn0繞組配變，根據(jù)此前的分析，在零序阻抗取典型值的情況下，是正序阻抗的約15倍，Yyn0與Dyn11繞組配變相比，Yyn0繞組配變?cè)诟飨嚯妷荷席B加了一個(gè)較大的零序分量，從而導(dǎo)致中性點(diǎn)的偏移，造成各相電壓幅值之間有較大的差異。

6 改善配變輸出電壓質(zhì)量的主要措施分析

改善配變輸出電壓質(zhì)量的主要措施有無(wú)功補(bǔ)償、配變?cè)鋈?、調(diào)節(jié)負(fù)荷不平衡度調(diào)整檔位等。不同措施的特點(diǎn)分析及其適用范圍介紹如下。

6.1 無(wú)功補(bǔ)償

無(wú)功補(bǔ)償裝置主要安裝在配變低壓側(cè)。根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范和規(guī)劃原則，低壓無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲帽壤话銥?0%～40%，在實(shí)際應(yīng)用中一般取30%。低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置最直接的表現(xiàn)是提高功率因數(shù)，但更重要的是它能減小配變負(fù)載水平，進(jìn)而減少電壓損耗。

假定補(bǔ)償前的功率因數(shù)為θ1，補(bǔ)償前負(fù)載率為β，補(bǔ)償后功率因數(shù)為θ2，則補(bǔ)償后的負(fù)載率為：

可以看出，配變?cè)械呢?fù)載率越高，功率因數(shù)越低，補(bǔ)償效果越明顯。

6.2 配變?cè)鋈?/p>

配變?cè)鋈葜饕扇　靶Q大”或新增加變壓器并列運(yùn)等方式。一般來(lái)說，配變?cè)鋈莺蟮呢?fù)載率為原來(lái)負(fù)載率的一半。根據(jù)電壓損耗計(jì)算公式，假如配變?cè)鋈萸柏?fù)載率為100%，則增容后負(fù)載率為50%。經(jīng)過計(jì)算可以得到：增容后電壓提升約2%。配變?cè)鋈莸男Ч蜔o(wú)功補(bǔ)償類似，對(duì)改善電壓的效果不是很明顯。

配變?cè)鋈葸@種措施主要適用范圍是：配變存在重過載情況，低壓側(cè)電壓不小于0.98p.u.，電壓稍微低于標(biāo)準(zhǔn)值。

6.3 調(diào)節(jié)負(fù)荷不平衡度

對(duì)于Dyn11繞組型配變，其每一相的電壓損耗與負(fù)荷平衡情況下計(jì)算方法相同。在最極端的情況下，加入某一相負(fù)荷負(fù)載率達(dá)到100%，另外兩相空載。通過調(diào)整負(fù)荷，原重載相電壓損耗減少為原來(lái)的1/3，即電壓提高約為1.8%。而在多數(shù)情況下，電壓提升幅度遠(yuǎn)達(dá)不到極端條件下的提升幅度。因此，對(duì)于Dyn11繞組型變壓器，調(diào)節(jié)不平衡度可以提高變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行能力和帶負(fù)載能力，但是對(duì)于電壓的改善效果不大。

對(duì)于Yyn0繞組型變壓器，根據(jù)分析，其電壓與不平衡電流的大小有著直接的關(guān)聯(lián)。根據(jù)《配電變壓器運(yùn)行規(guī)程》，Yyn0型變壓器正常運(yùn)行時(shí)，其中性線電流不超過額定電流的25%。

對(duì)于負(fù)荷分配不均引起的三相不平衡，可通過人工均相的方式進(jìn)行解決。而對(duì)于無(wú)規(guī)律的負(fù)荷隨機(jī)波動(dòng)引起三相負(fù)荷不平衡，可通過將配變改造為Dyn11型配變，或增加具備相間負(fù)荷均衡能力的低壓SVG（靜止無(wú)功發(fā)生器）予以解決。

6.4 調(diào)整檔位

一般來(lái)說，配變有5（±5%、±2.5%、0）個(gè)或3（±5%、0）個(gè)檔位。以5檔配變?yōu)槔?，每調(diào)節(jié)1檔，在負(fù)荷保持不變的情況下，每調(diào)1檔，臺(tái)區(qū)首端電壓提高約2.5%，與配變?cè)鋈莺蜔o(wú)功補(bǔ)償措施相比，調(diào)整配變檔位的措施對(duì)提高臺(tái)區(qū)電壓的效果更加明顯。

7 結(jié)束語(yǔ)

文章首先對(duì)10kV線路、配變和低壓線路進(jìn)行建模，然后量化分析了10kV側(cè)電壓、配變負(fù)荷水平、功率因數(shù)、運(yùn)行檔位等因素對(duì)電壓損耗的影響，提出了無(wú)功補(bǔ)償、配變?cè)鋈?、調(diào)節(jié)負(fù)荷不平衡度、調(diào)整檔位等治理措施并分析了各措施的有效性和適用范圍，可準(zhǔn)確有效地解決低電壓的狀況，從而提高電壓質(zhì)量。

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