深圳配電網(wǎng)電壓偏高機(jī)理分析及其治理措施研究

章彬　史帥彬　劉莎　俞龍飛　王鑫

【摘 要】隨著深圳電網(wǎng)的快速發(fā)展，各區(qū)局負(fù)荷增長的差異性日益明顯，中心城區(qū)出現(xiàn)無功倒送現(xiàn)象，使得電壓偏高問題已成為影響電壓合格率的主要因素。而深圳配電網(wǎng)電纜化率的逐步提高加劇了該現(xiàn)象。本文深入調(diào)研深圳電網(wǎng)中低壓配電網(wǎng)的電壓偏高問題，并通過建模仿真，從機(jī)理上分析深圳配電網(wǎng)戶側(cè)電壓偏高的原因。在此基礎(chǔ)上，綜合考慮現(xiàn)有各種電壓治理措施或手段的特點(diǎn)，提出了具有針對性的電壓偏高的治理措施。

【關(guān)鍵詞】電壓偏高；電壓合格率；仿真分析；治理措施

0 背景

電壓合格率提升是電網(wǎng)公司供電可靠性管理領(lǐng)域的重要工作。2015年深圳電網(wǎng)電壓合格率指電網(wǎng)公司計(jì)劃要求存在較大差距。在當(dāng)前階段，深圳電網(wǎng)公司范圍客戶投訴意見，電壓質(zhì)量問題占據(jù)了大部分比例，而且與以往電壓偏低問題不同，當(dāng)前電壓偏高問題則比較突出，這兩種電壓問題的治理思路、措施和管理方法有比較大的差異。

為此，本文針對深圳配電網(wǎng)中電壓偏高的問題展開系統(tǒng)深入的調(diào)研和分析，以負(fù)荷率減輕、電纜化率提高為主線分析電壓偏高的特性和機(jī)理；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建以典型線路為對象的基于PSCAD的仿真模型，通過大量計(jì)算掌握電壓偏高問題在時(shí)間維度、電壓幅值變化上的規(guī)律；最后，擬結(jié)合深圳配電網(wǎng)電壓偏高的機(jī)理和特點(diǎn)，為其配置相應(yīng)的治理措施。

1 深圳電網(wǎng)概況

深圳電網(wǎng)是全國供電負(fù)荷密度最大的特大型城市電網(wǎng)。2016年深圳電網(wǎng)最大負(fù)荷達(dá)1626.22萬千瓦。最大負(fù)荷時(shí)深圳電網(wǎng)共有534條線路、106臺主變處于重過載狀態(tài)。但在夜間和節(jié)假日用電低谷期，負(fù)荷很輕，導(dǎo)致深圳電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)大，造成31個(gè)監(jiān)測點(diǎn)電壓存在同時(shí)越上下限的情況。深圳電網(wǎng)公司共設(shè)置電壓監(jiān)測點(diǎn)4206個(gè)，監(jiān)測點(diǎn)覆蓋率100%。綜合電壓合格率為99.068%。但仍然存在電壓合格率偏低的地區(qū)。D類農(nóng)村監(jiān)測點(diǎn)綜合平均電壓合格率僅有95.948%，部分地區(qū)甚至更低。與所要求的所有監(jiān)測點(diǎn)電壓合格率達(dá)到99.96%還有很大差距。深圳電網(wǎng)各類監(jiān)測點(diǎn)電壓不合格時(shí)長中電壓偏高和偏低的占比如圖1所示，可見，電壓偏高已成為影響深圳電網(wǎng)電壓合格率的主要因素。

2 電壓偏高機(jī)理分析

如前所述，深圳配電網(wǎng)的電壓合格率，特別是電壓偏高的問題近年來卻越來越突出。隨著電網(wǎng)地快速發(fā)展，負(fù)荷地波動(dòng)性日益增大，電纜化率日益提高，在節(jié)假日和夜間負(fù)荷低谷期，線路末端電壓被抬升，電壓偏高問題已成為影響電壓合格率的最主要因素。

2.1 電壓偏高機(jī)理分析

分析配電網(wǎng)電壓偏高的影響因素和作用機(jī)理是對其進(jìn)行治理的基礎(chǔ)，結(jié)合仿真結(jié)果和深圳配電網(wǎng)實(shí)際情況，全面深入分析配電網(wǎng)電壓偏高機(jī)理。

1）上級中壓、高壓配電網(wǎng)的影響。上級電網(wǎng)變壓器檔位配置不合理、調(diào)整不及時(shí)，最低負(fù)荷時(shí)刻，500kV主變檔位未能及時(shí)調(diào)整，導(dǎo)致局部110kV、10kV母線電壓偏高。

2）深圳負(fù)荷波動(dòng)較大，配變檔位選擇不合理且均為無載調(diào)壓。深圳市服務(wù)業(yè)、商業(yè)、市政用電、地鐵用電等，其用電高峰期用電負(fù)荷很大，但進(jìn)入低谷期后，其負(fù)荷量會(huì)急劇下降，導(dǎo)致在其低谷期時(shí)，電壓有較大幅度的回升。深圳電網(wǎng)配電變壓器缺乏有載調(diào)壓能力，電壓頻繁上下波動(dòng)已無法通過調(diào)整配變檔位等手段解決造。傳統(tǒng)習(xí)慣上，主網(wǎng)的運(yùn)行部門還是更多地在防范低電壓問題，因此在一些局部站點(diǎn)，變壓器變比仍然按照常規(guī)的方法配置，導(dǎo)致局部電壓偏高。

3）無功設(shè)備管理不善，不能及時(shí)調(diào)整其無功補(bǔ)償設(shè)備的抽頭或容量。深圳電網(wǎng)變電站無功設(shè)備缺陷231項(xiàng)，缺陷主要為熔斷器故障（37%）和接頭發(fā)熱（13%）；配網(wǎng)無功補(bǔ)償裝置可用率81%，缺陷主要為被盜（54%）和設(shè)備損壞（43%）。在節(jié)假日和夜間用電低谷期，電壓回升之后，無功設(shè)備不能及時(shí)調(diào)整和退出運(yùn)行，導(dǎo)致倒送無功，進(jìn)一步加劇了電壓偏高。

4）深圳電網(wǎng)的電纜化率很高，其充電功率大大地抬升了線路末端的電壓。當(dāng)電纜線路越長、電纜化率越高，空載時(shí)線路首末段電壓偏差越大，這同樣是深圳電網(wǎng)出現(xiàn)電壓偏高的一個(gè)重要原因。

2.2 電纜線路運(yùn)行仿真分析

限于篇幅，本文以電纜為對象進(jìn)行討論。單芯和三芯電纜電容電流計(jì)算表達(dá)式中，僅電容值不同，故研究單芯電纜可涵蓋三芯電纜[2]。通過PSCAD對電纜線路進(jìn)行仿真，假設(shè)有一條電纜線路某段長度為l，單位長度電阻、電感、電容、電導(dǎo)分別為R、L、C、G，忽略線路電導(dǎo)和電纜的絕緣屏蔽和鎧甲對電容的影響，該段電纜的阻抗Z=（R+j？棕L）l，導(dǎo)納為Y=j？棕cl，系統(tǒng)阻抗為XG，變壓器阻抗為XT。在短線路情況下分析線路末端電壓時(shí)，采用分布參數(shù)和集中參數(shù)模型計(jì)算結(jié)果相差不大，考慮到深圳電網(wǎng)負(fù)荷密度大，這里采用分段式的π型等效電路，將一條電纜線路分成3段。如圖2所示為仿真分析原理圖。

仿真條件/環(huán)境設(shè)置：選擇型號為YJV22-8.7/15kv3×300mm2的電力電纜，電纜各參數(shù)查表可得：R=0.06304Ω/km，L=0.2806mH/km，C=0.37uF/km。系統(tǒng)阻抗0.577Ω，變壓器容量為10MVA，短路電壓百分?jǐn)?shù)為10.5%。額定電壓為10.5KV，線路長度從1km到40km。仿真計(jì)算滿載和空載時(shí)電纜線路首末段電壓大小，滿載時(shí)有功負(fù)荷為9.48MW，無功負(fù)荷為3.2Mvar。

在以上仿真條件下，隨著電纜線路長度的變化，線路首末段也隨著變化電壓變化。仿真結(jié)果如表1所示。

2.3 仿真結(jié)果分析

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)可以看出：

1）橫向比較，在電纜線路空載時(shí)，隨著線路的增長，首端電壓和末端電壓抬升越明顯，并且首末端電壓差越大。由此可以看出，在配電網(wǎng)中，隨著電纜化率的提高，當(dāng)負(fù)荷很輕時(shí)，線路上的電壓被抬升，從而導(dǎo)致電壓偏高。

2）縱向比較，同一線路長度下，輕載和滿載時(shí)線路末端電壓相差很大。而且隨著線路的增長，這種偏差越明顯。在配電網(wǎng)中，白天用電高峰期，線路滿載甚至過載，此時(shí)線路末端電壓很低，習(xí)慣上，更傾向于避免電壓偏低問題，因此，在夜間和節(jié)假日負(fù)荷很輕時(shí)，電壓回升，導(dǎo)致線路末端電壓偏高。電壓越限問題顧此失彼。

3 電壓偏高治理措施研究

深圳配電網(wǎng)電壓偏高問題嚴(yán)重，導(dǎo)致電壓偏高的因素眾多，應(yīng)對電壓偏高問題進(jìn)行全面有效治理。以提升客戶滿意度為出發(fā)點(diǎn)，以提高用戶端電壓合格率為目標(biāo)，重點(diǎn)推進(jìn)優(yōu)化電網(wǎng)規(guī)劃、加強(qiáng)運(yùn)行管理兩方面工作，系統(tǒng)提升電壓質(zhì)量。

3.1 優(yōu)化電網(wǎng)規(guī)劃

進(jìn)行電網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整和負(fù)荷調(diào)整。1）分散負(fù)荷用電時(shí)間，改善電壓偏高問題。深圳配電網(wǎng)的日負(fù)荷變化明顯，季節(jié)性負(fù)荷波動(dòng)較大，進(jìn)行日負(fù)荷與月負(fù)荷調(diào)整。調(diào)整大功率用電企業(yè)的用電時(shí)間，錯(cuò)開用電高峰期；2）進(jìn)行電網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整。校核線路末端電壓，調(diào)整線路供電半徑。城中村低壓線路配置不合理，部分線路供電半徑超長。由表1數(shù)據(jù)可知，當(dāng)線路超過8km時(shí)，滿載和輕載時(shí)末端電壓大，當(dāng)變壓器分接頭的選擇為了防止重載時(shí)末端電壓偏低，而在負(fù)荷較輕時(shí)容易又導(dǎo)致電壓偏高的問題。因此需要減小線路供電半徑。

3.2 加強(qiáng)運(yùn)行管理

相關(guān)管理手段包括：

1）進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。（1）加強(qiáng)變壓器檔位管理，制定配變檔位調(diào)整原則。（2）配置有載調(diào)壓變壓器。（3）加強(qiáng)變電站母線電壓調(diào)控，提高AVC覆蓋率。

2）進(jìn)行無功調(diào)節(jié)。包括逆調(diào)壓、調(diào)整接線方式、更換導(dǎo)線、調(diào)壓器。

3）并聯(lián)電抗器補(bǔ)償。在電纜線路輕載或空載時(shí)，由于電纜電容的充電效應(yīng)，使末端電壓升高。并聯(lián)電抗器可以吸收多余的電容無功功率，將線路在輕載或空載時(shí)的電壓控制在允許范圍之內(nèi)。深圳配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同一種補(bǔ)償方式并不能適用所有的線路。需根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、負(fù)荷的分布，并綜合考慮補(bǔ)償效果和經(jīng)濟(jì)投入，選擇合適的補(bǔ)償方式和補(bǔ)償位置。因此可根據(jù)實(shí)際情況采取不同的補(bǔ)償方式。在線路較長，支路較少，負(fù)荷分布均勻的線路，可在線路中段補(bǔ)償；對于線路較長，負(fù)荷集中在線路末端的情況，直接在線路末端進(jìn)行集中補(bǔ)償可使經(jīng)濟(jì)成本降到最低；對于負(fù)荷密集的城市中心地區(qū)，集中補(bǔ)償無法改善整個(gè)臺區(qū)電壓偏高問題，必須進(jìn)行分散補(bǔ)償。

4 結(jié)論

1）深入分析導(dǎo)致電壓偏高的影響因素，得出了影響電壓偏高的因素有：上級中壓、高壓配電網(wǎng)的影響；負(fù)荷波動(dòng)較大，配變均為無載調(diào)壓；無功設(shè)備管理不善，不能及時(shí)調(diào)整其無功補(bǔ)償設(shè)備的抽頭或容量；電纜化率很高，輕載時(shí)線路末端電壓被抬高等。并全面詳細(xì)地分析了各種導(dǎo)致電壓偏高因素的作用機(jī)理。

2）構(gòu)建基于pscad的配電網(wǎng)電壓偏高仿真模型。

3）通過電壓偏高的機(jī)理分析，本文從用戶側(cè)和供電側(cè)分別就優(yōu)化電網(wǎng)規(guī)劃和加強(qiáng)運(yùn)行管理兩個(gè)個(gè)方面提出了電壓偏高的治理措施。深圳配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對不同地區(qū)需采取多種措施進(jìn)行綜合治理，從而全面有效地治理電壓偏高問題，全面提升電網(wǎng)電壓質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

[1]江明華.關(guān)于配電網(wǎng)電壓合格率的改善措施的研究[J].科技企業(yè)，2016（2）：215-216.

[2]陳錦勝.配電線路使用PSCAD電纜模型建模[J].廣東電力，2015，18（3）：82-85.

[3]楊林立.高速鐵路電纜貫通線電壓分布與補(bǔ)償研究[D].西南交通大學(xué)，2010.

[4]王若愚，謝瑩華.深圳電網(wǎng)負(fù)荷分類及構(gòu)成分析[J].南方能源建設(shè)，2015（3）：43-46.

[5]張曉東，陳永進(jìn).高壓交聯(lián)聚乙烯電纜線路設(shè)計(jì)計(jì)算[M].北京：中國水利水電出版社，2013.

[6]王金鳳，包毅，等.城市配電網(wǎng)電容電流補(bǔ)償研究[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2012，33（4）：69-72.

[7]戎榮，陳欣輝，等.低壓配電網(wǎng)節(jié)能改造對沿線電壓特性和線損率的影響[J].電氣應(yīng)用，2015（15）：139-144.

[8]王馨.電力系統(tǒng)中電力負(fù)荷的調(diào)整方法[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014（23）：157-157.

[責(zé)任編輯：田吉捷]