黃桂蘭 林 韓 蔡金錠

（1. 福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，福建 閩侯 350116；2. 福建省電力有限公司技術(shù)中心，福州 350007；3. 福建省電力有限公司，福州 350003）

1 低電壓成因分析

1.1 電壓損耗理論計(jì)算

如圖1所示為線路的等值電路，在低壓網(wǎng)絡(luò)中，考慮到電壓降縱分量δU對(duì)電壓絕對(duì)值大小影響很小，故電壓損耗（電壓損耗是指線路始末兩端電壓的數(shù)值差）可以近似為[1-2]：

式中，P為線路輸送的有功功率；Q為線路輸送的無(wú)功功率；R線路電阻；X為線路電抗；UN為線路額定電壓；r為導(dǎo)線單位長(zhǎng)度電阻；x為導(dǎo)線單位長(zhǎng)度電抗；L為導(dǎo)線的長(zhǎng)度。

1.2 成因分析

由式（1）可知，電壓損耗主要與線路輸送有功功率P，無(wú)功功率Q，線路電阻R、線路電抗X四個(gè)主要因素有關(guān)。

圖1 電壓降落計(jì)算模型

1）低壓損耗與電阻的關(guān)系

由式（1）可知，當(dāng)其余因素不變時(shí)，電壓降與電阻成一定的比例關(guān)系，而線路電阻與線路的長(zhǎng)度L、導(dǎo)線的額定截面積s、導(dǎo)線材料特性ρ等有關(guān)。線路電阻過(guò)大導(dǎo)致的低電壓成因主要有以下幾方面：

（1）10kV及低壓供電距離變長(zhǎng)。

作為一名校長(zhǎng)，他所面臨的角色和功能其實(shí)在許多方面和教育局局長(zhǎng)所面臨的有很大不同，原因很簡(jiǎn)單，那就是對(duì)一名校長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，面臨的不僅是權(quán)力、權(quán)力分配、民主和權(quán)力的分享等，他還要面臨一些技術(shù)問(wèn)題，如師資培養(yǎng)、課程、教學(xué)、家校溝通等。那么，處于校長(zhǎng)的位置，他們會(huì)遇到哪些限制與約束呢？

（2）與線徑大小有關(guān)，主要是10kV線徑小，低壓主干、分支線線徑小，及接戶線、表后線線徑小。

（3）供電距離變長(zhǎng)及線徑變小，主要為線路老化接頭多。

2）低壓損耗與負(fù)荷的關(guān)系

由式（1）可知，線路電壓損耗與負(fù)荷P成一定比例關(guān)系，當(dāng)其他條件不變的情形下，線路負(fù)荷越大，電壓損耗越大，反之越小。在實(shí)際中，由變電站出線的某 10kV饋線超重載引起的臺(tái)區(qū)低電壓現(xiàn)象很少，而大部分 10kV線路超重載是由于線路選型不合理所導(dǎo)致，因此本文針對(duì) 10kV線路重載情況不擴(kuò)展討論，本文討論的重點(diǎn)是配變超重載造成配變低壓側(cè)首端低壓下降的情況。

3）低壓損耗與無(wú)功補(bǔ)償?shù)年P(guān)系

由式（1）可知，電壓損耗與無(wú)功成一定比例關(guān)系，在實(shí)際線路運(yùn)行中：

（1）變電站10kV母線有若干組無(wú)功補(bǔ)償裝置，無(wú)功較為富余，未出現(xiàn)無(wú)功缺額情況變電站 10kV出線的功率因數(shù)及電壓都很穩(wěn)定；

（2）配變低壓側(cè)首端也安裝若干組電容器，無(wú)功也較為富余，在配變未出現(xiàn)超重載情形下，其配變低壓側(cè)首端的功率因數(shù)基本都維持在0.95以上。

因此在實(shí)際配網(wǎng)系統(tǒng)中，無(wú)功補(bǔ)償不足一般都是出現(xiàn)在10kV及0.4kV低壓線路。

4）其他成因

在實(shí)際中，部分電壓損耗是由于電阻、有功負(fù)荷及無(wú)功負(fù)荷三者綜合造成的，如三相不平衡、單相（二線）供電等其他原因。

三相不平衡引起的低電壓主要由以下造成：

（1）三相負(fù)荷均分接入時(shí)，由于用戶用電習(xí)慣不一致導(dǎo)致負(fù)荷不均衡，最終引起某一相（或兩相）電壓過(guò)低，該類原因?qū)儆诩夹g(shù)上原因。

（2）配變低壓側(cè)三相負(fù)荷接入不均勻，存在單相（二線）超重載，屬于管理上的原因。

2 低電壓治理措施

2.1 供電距離過(guò)長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的治理措施

10kV供電距離過(guò)長(zhǎng)在實(shí)際中較為有效的措施有三方面：①在 10kV供電線路中加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，提升10kV線路功率因數(shù)，降低線路電壓損耗；②在10kV線路中裝設(shè)線路調(diào)壓器，提升10kV線路輸送容量，提高線路末端電壓；③在配變首端應(yīng)用寬幅調(diào)壓變壓器，擴(kuò)大配變檔位調(diào)節(jié)，使配變低壓側(cè)電壓維持穩(wěn)定。

同時(shí)，低壓供電距離過(guò)長(zhǎng)可通過(guò)新建臺(tái)區(qū)，分割負(fù)荷；加裝低壓線路調(diào)壓器；加裝低壓無(wú)功補(bǔ)償?shù)却胧┻M(jìn)行電壓提升。

2.2 線路線徑過(guò)大對(duì)應(yīng)的治理措施

針對(duì)線徑偏小的根治措施主要有以下幾方面措施：①針對(duì)線路線徑偏小且容易更換的情況，則應(yīng)優(yōu)先考慮更換大容量導(dǎo)線，降低電壓損耗；②如果線路導(dǎo)線不容易更換，則可考慮應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償裝置，減少無(wú)功損耗，提升功率因數(shù)，降低電壓損耗。

2.3 配變超重載對(duì)應(yīng)的治理措施

針對(duì)配變超重載引起的配電變壓器電壓損耗率變大的問(wèn)題，一般情況下，采用配變?cè)鋈菔亲钣行У慕鉀Q方式。

2.4 三相不平衡對(duì)應(yīng)的治理措施

針對(duì)三相負(fù)荷不平衡引起的三相低壓偏差的問(wèn)題，可通過(guò)兩方面措施進(jìn)行治理：①技術(shù)上的治理，即在負(fù)荷不平衡的分支線加入自耦變壓器，調(diào)節(jié)各相電壓，使其輸出電壓基本一致；②管理上的治理，即通過(guò)提高管理措施，平衡三相有功負(fù)荷，來(lái)減輕重載相的負(fù)荷，以達(dá)到提高該相電壓的作用[3-4]。

3 供電模型搭建及仿真分析

以某農(nóng)村實(shí)際一臺(tái)區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)為例，搭建PSCAD仿真模型，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。假設(shè)初始情況下該臺(tái)區(qū)設(shè)備的參數(shù)為[5-6]：配變?nèi)萘?50kVA；用戶合同容量為 426kVA；某一時(shí)刻實(shí)際用戶用電容量為 225kVA，A相、B相、C相各為75kVA，功率因數(shù)均為0.9，即三相總負(fù)荷平衡。10kV線路選用LGJ-150，長(zhǎng)度15km；低壓線路主干線選用LGJ-70，低壓分支線選用LGJ-50，低壓線路供電半徑為500m，即F點(diǎn)為低壓線路最末端；其中I點(diǎn)所接負(fù)荷為A相6kVA、B相11kVA、C相4kVA，H點(diǎn)所接負(fù)荷為 A相 10kVA、B相 7kVA、C相15kVA，即主干線GI段、分支線KH段三相負(fù)荷不平衡；其余線路三相負(fù)荷均平衡。根據(jù)上述條件仿真，得出各節(jié)點(diǎn)電壓值見(jiàn)表1。

圖2 某臺(tái)區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)圖

表1 臺(tái)區(qū)初始條件下各節(jié)點(diǎn)電壓

根據(jù)文獻(xiàn)[7]中的規(guī)定：220V電壓允許偏差范圍為-10%～+7%，380V電壓允許偏差范圍為±7%，電壓偏差范圍見(jiàn)表2。則由表1的仿真結(jié)果可看出，F(xiàn)點(diǎn)由于處在低壓線路最末端，其電壓值小于198V，不符合電壓要求；I、H點(diǎn)由于所接三相負(fù)荷不平衡，其三相電壓值也不平衡，且 H點(diǎn)三相低壓均低于198V，不滿足電壓要求。針對(duì)上述初始情況造成的低電壓?jiǎn)栴}，下面提出以下幾點(diǎn)治理措施。

表2 合格電壓范圍

3.1 提高配變?nèi)萘?/h3>

根據(jù)造成低電壓的成因分析，由于該臺(tái)區(qū)實(shí)際負(fù)荷占配變總?cè)萘康?0%，配變處于重載狀態(tài)，配變內(nèi)部電壓損耗較大，配變低壓側(cè)首端電壓只有214.8V。因此首先提高配變的容量，使其提升至315kVA。則配變低壓側(cè)首端B點(diǎn)相電壓變化情況如圖3所示，各節(jié)點(diǎn)電壓值見(jiàn)表3。由圖3可知，由于配變?nèi)萘刻嵘?，配變的?fù)載率下降，使得配變內(nèi)部電壓損耗減小，配變低壓側(cè)首端電壓得到提高，效果明顯。

圖3 配變?nèi)萘刻岣吆?/p>

表3 配變?nèi)萘刻岣吆蟾鞴?jié)點(diǎn)電壓

3.2 裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置

由 3.1中仿真結(jié)果分析，配變低壓側(cè)首端電壓仍低于220V，這是由于10kV線路損耗造成的。且F點(diǎn)由于處于線路最末端，其電壓水平不滿足要求。根據(jù)中低壓線路過(guò)長(zhǎng)造成的低壓?jiǎn)栴}，其對(duì)應(yīng)治理措施可在 10kV線路首端和配變低壓側(cè)首端加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，提升功率因數(shù)。則在 3.1的仿真條件基礎(chǔ)上加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，其對(duì)應(yīng)各節(jié)點(diǎn)電壓見(jiàn)表4，B點(diǎn)單相電壓變化情況如圖4所示。

表4 裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償后后各節(jié)點(diǎn)電壓

圖4 裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償后

3.3 增大分支線線徑

由 3.2中仿真結(jié)果可知，加裝無(wú)功補(bǔ)償后配變低壓側(cè)首端低壓提升至 220V以上，但是由于低壓線路的損耗，最末端F點(diǎn)的電壓依然不符合要求。則應(yīng)考慮其分支線路線徑選擇過(guò)小造成電壓損耗大的原因，對(duì)應(yīng)的解決措施可有效更換分支線。則在3.2的仿真條件基礎(chǔ)上更換分支線路EF為L(zhǎng)GJ-70，更換后其對(duì)應(yīng)各節(jié)點(diǎn)電壓見(jiàn)表5，F(xiàn)點(diǎn)單相電壓變化情況如圖5所示。

表5 更換分支線后各節(jié)點(diǎn)電壓

圖5 更換分支線后

3.4 接入自耦變壓器

由3.3中仿真結(jié)果可知，除I、H點(diǎn)三相電壓不平衡外，其余各點(diǎn)電壓均已滿足用戶用電要求。針對(duì)線路GI、KH段三相負(fù)荷不平衡，在這兩段線路中接入自耦變壓器，調(diào)節(jié)末端I、H點(diǎn)三相電壓平衡。文獻(xiàn)[5]中提出自耦變壓器存在公共繞組，由降壓變壓器和升壓變壓器兩種，且其變比可調(diào)[8]。因此可在 3.3仿真條件的基礎(chǔ)上接入兩組三相自耦變壓器并調(diào)節(jié)其變比，其對(duì)應(yīng)各節(jié)點(diǎn)電壓見(jiàn)表6，I、H點(diǎn)三相電壓變化情況如圖6所示。

表6 接入自耦變壓器后各節(jié)點(diǎn)電壓

圖6 接入自耦變壓器后

經(jīng)過(guò)上述一系列措施處理后，各節(jié)點(diǎn)電壓均在198V以上，且各節(jié)點(diǎn)三相電壓基本平衡，滿足用戶用電電壓要求。

4 結(jié)論

本文采用PSCAD/EMTDC軟件，通過(guò)實(shí)例仿真驗(yàn)證輸電線路距離過(guò)長(zhǎng)、輸電線路線徑過(guò)小、三相負(fù)荷不平衡等情況造成的居民用電低電壓現(xiàn)象。文中根據(jù)造成低電壓現(xiàn)象的原因主次順序分別選用相應(yīng)的措施進(jìn)行低電壓治理，且取得了一定成效，為農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)長(zhǎng)期存在的低電壓治理問(wèn)題提供了依據(jù)。

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