李蘭芳 李 鑫 黃嘉健 袁秋實(shí) 楊宏宇

（1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東廣州510080；2.上海博英信息科技有限公司，上海200240）

0 引言

目前我國低電壓臺(tái)區(qū)的治理工作仍處在相對(duì)初級(jí)的階段。從高壓、10kV線路和配電臺(tái)區(qū)這三個(gè)角度考慮，得出配變檔位調(diào)整不及時(shí)、低壓線路供電半徑長、低壓無功補(bǔ)償不可用是造成低電壓的三大主要因素，國內(nèi)一些供電企業(yè)也針對(duì)這些問題提出了配變調(diào)檔、無功補(bǔ)償?shù)冉鉀Q措施。然而這些措施實(shí)用價(jià)值并不明顯，造價(jià)也很昂貴，且技術(shù)成熟性較差，因此采取有效舉措做好低電壓臺(tái)區(qū)的治理工作尤為重要。

本文主要對(duì)低電壓的成因進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以此輔助低電壓治理工作。通過對(duì)臺(tái)區(qū)的數(shù)據(jù)收集，并結(jié)合臺(tái)區(qū)情況對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用相域模型和前推回代法的潮流計(jì)算對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析計(jì)算，根據(jù)24h的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)臺(tái)區(qū)情況進(jìn)行分析，預(yù)防并減少低電壓臺(tái)區(qū)的問題，為治理低電壓臺(tái)區(qū)提供參考和支撐。

1 數(shù)據(jù)采集

低電壓原因分析需要大量的數(shù)據(jù)支撐，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)。低電壓臺(tái)區(qū)需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括配變、低壓線路的基本信息。低壓線路要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查，掌握主干線和分支線的長度、用戶的大體分布。運(yùn)行數(shù)據(jù)包括配變數(shù)據(jù)和末端電壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)獲取配變監(jiān)測(cè)終端的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括三相電壓、三相電流，末端監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)電壓，變壓器運(yùn)行檔位。

數(shù)據(jù)首先進(jìn)入營銷部門管理的營銷管理系統(tǒng)中，根據(jù)臺(tái)區(qū)名稱，確認(rèn)其中相關(guān)數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)包括：受影響的客戶數(shù)、年度被投訴次數(shù)。將該數(shù)據(jù)導(dǎo)出或記錄在表格中；根據(jù)用戶確定低壓負(fù)荷類型，進(jìn)入計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)中；根據(jù)供電臺(tái)區(qū)名稱，采集配電端首端電壓數(shù)據(jù)；根據(jù)表格中的投訴時(shí)間以及一年中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從中找出電壓最低點(diǎn)或低電壓時(shí)間最長點(diǎn)，將時(shí)間段數(shù)據(jù)采集出來，然后進(jìn)入計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)中，將此時(shí)間段的臺(tái)區(qū)的首端電壓、有功負(fù)荷、無功負(fù)荷、功率因數(shù)、負(fù)載率、三相不平衡度等電量參數(shù)，導(dǎo)出24 h數(shù)據(jù)儲(chǔ)存下來；進(jìn)入配網(wǎng)生產(chǎn)系統(tǒng)中，根據(jù)臺(tái)區(qū)名稱，確認(rèn)其中相關(guān)數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)包括：臺(tái)區(qū)所屬10kV線路、接入10kV線路位置、最長供電半徑、配變?nèi)萘俊⒌蛪簾o功補(bǔ)償容量、臺(tái)區(qū)首端電壓偏低的配變短路阻抗、目前運(yùn)行檔位、低壓最長主干線線徑、臺(tái)區(qū)負(fù)載情況、臺(tái)區(qū)三項(xiàng)不平衡度、低壓負(fù)荷類型、臺(tái)區(qū)負(fù)荷分配特性。

圖1 臺(tái)區(qū)供電示意圖

在收到以上數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，將導(dǎo)出的數(shù)據(jù)記錄在案，或?qū)⒊氲臄?shù)據(jù)儲(chǔ)存到Excel文件中并整理歸檔，以供分析部門使用。

以上數(shù)據(jù)在不同的表格中存在重復(fù)統(tǒng)計(jì)和無效統(tǒng)計(jì)的情況，此部分將會(huì)通過最終的數(shù)據(jù)校驗(yàn)規(guī)則進(jìn)行排查，從而得到合理的分析結(jié)果。

2 數(shù)據(jù)分析研究

根據(jù)采集到的原始數(shù)據(jù)，特別是計(jì)量自動(dòng)化的24h運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析臺(tái)區(qū)出口的數(shù)據(jù)情況，包括電壓三相不平衡率、全天電壓差值、相間電壓最大差值等，并得出結(jié)論。

3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

依據(jù)電力系統(tǒng)分析的一般原則，電壓分析由源端向受端進(jìn)行，負(fù)荷分析由受端向源端進(jìn)行，因此，低電壓分析也應(yīng)該采用由源端向受端的順序進(jìn)行。圖1給出了一個(gè)最簡(jiǎn)化的臺(tái)區(qū)供電示意圖。從圖中可以看到，一個(gè)臺(tái)區(qū)首先由配變從10kV線路獲取電能，變?yōu)?00V以后，經(jīng)低壓線路送至用戶。

用標(biāo)幺值描述，用戶電壓等于變壓器上級(jí)電壓減去變壓器壓降和低壓線路壓降，因此如果用戶電壓偏低，可能的原因有四種：

（1）變壓器上級(jí)電壓偏低；

（2）變壓器壓降過大；

（3）線路壓降過大；

（4）以上三種原因的不同組合。

因此，可將臺(tái)區(qū)低電壓的成因分為三個(gè)層面：中壓層、配變層和線路層，依次分析并判別三種壓降在最終低電壓的產(chǎn)生中所占的比重。

3.1 前推回代法潮流計(jì)算

配電網(wǎng)絡(luò)常規(guī)潮流計(jì)算是根據(jù)已知的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行條件，求出整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)，其中包括各母線的電壓、網(wǎng)絡(luò)中的功率分布及功率損耗等。由于低壓配電網(wǎng)存在以下特點(diǎn)：線路的R/X值較高，三相負(fù)荷不對(duì)稱問題比較突出，網(wǎng)絡(luò)中基本上都是PQ節(jié)點(diǎn)等，所以潮流計(jì)算采用前推回代法。前推回代法具有收斂性能不受配電網(wǎng)R/X比值較大的影響、效率高、編程簡(jiǎn)單、占用內(nèi)存少、運(yùn)行速度快的優(yōu)點(diǎn)。

3.2 相域模型

相域模型包括：建立變壓器、線路、負(fù)荷、無功補(bǔ)償裝置、調(diào)壓器模型，通過潮流計(jì)算分別算出各部分電壓、電流、功率、損耗等。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可判定臺(tái)區(qū)末端用戶是否存在低電壓現(xiàn)象，若存在低電壓現(xiàn)象，可從中壓、配變、低壓三個(gè)層面分析導(dǎo)致臺(tái)區(qū)低電壓的成因，并根據(jù)各個(gè)成因影響值的大小，確定造成臺(tái)區(qū)低電壓的主要成因。

4 低電壓臺(tái)區(qū)成因分析

根據(jù)不同電網(wǎng)層級(jí)電壓水平現(xiàn)狀，造成臺(tái)區(qū)電壓偏低的相關(guān)影響因素可分為三個(gè)層級(jí)：10kV母線層、10kV線路層和配變臺(tái)區(qū)層。其中10kV母線電壓影響因素包括主變調(diào)壓方式、主變功率因數(shù)、變電站AVC系統(tǒng)配置情況等，10kV線路電壓影響因素主要包括10kV線路負(fù)載率、功率因數(shù)、供電距離、線路截面、臨時(shí)轉(zhuǎn)供電、短時(shí)故障等，配電臺(tái)區(qū)電壓影響因素包括配變運(yùn)行檔位、配變負(fù)載率、功率因數(shù)、三相不平衡、低壓線路供電距離及線路截面等。對(duì)于臺(tái)區(qū)整體電壓偏低情況，應(yīng)首先對(duì)臺(tái)區(qū)上級(jí)變電站10kV母線電壓調(diào)控措施及10kV線路等影響因素分析臺(tái)區(qū)首端電壓偏低原因，其次分析臺(tái)區(qū)配變分接頭、功率因數(shù)、重過載等影響因素；對(duì)于臺(tái)區(qū)局部電壓偏低情況，則通過分析配變?nèi)嘭?fù)荷不平衡、分接頭、重過載、功率因數(shù)、低壓線路供電長度及線徑等方面逐一排查臺(tái)區(qū)局部電壓偏低原因。

5 低電壓分析流程

低電壓分析流程如圖2所示。

圖2 低電壓分析步驟

低電壓分析的步驟具體描述為：

（1）判定臺(tái)區(qū)是否存在整體電壓偏低（10），若“臺(tái)區(qū)是否存在整體電壓偏低”為“否”轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“配變檔位分析（11）”；若“臺(tái)區(qū)是否存在整體電壓偏低”為“是”轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“所屬10kV線路上級(jí)母線是否存在電壓偏低（20）”。

（2）配變檔位分析（11），若“配變運(yùn)行檔位”為“0%”“2.5%”“5%”，則判斷低電壓原因?yàn)椤芭渥冞\(yùn)行檔位設(shè)置不合理”，然后轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“配變功率因數(shù)分析（12）”；若“配變運(yùn)行檔位”為“-2.5%”“-5%”，則直接轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“配變功率因數(shù)分析（12）”。

（3）配變功率因數(shù)分析（12），若“配變平均功率因數(shù)”＜0.9且“配變平均負(fù)載率”＞20%，則判斷低電壓原因?yàn)椤芭渥児β室驍?shù)偏低”，然后轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“配變負(fù)載率分析（13）”；若“配變平均功率因數(shù)”≥0.9或“配變平均負(fù)載率”≤20%，則直接轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“配變負(fù)載率分析（13）”。

（4）配變負(fù)載率分析（13），若“配變重載持續(xù)時(shí)間占比（%）”或“配變過載持續(xù)時(shí)間占比（%）”＞0，則判斷低電壓原因?yàn)椤芭渥冎剡^載”，然后轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“配變?nèi)嘭?fù)荷不平衡分析（14）”；若“配變重載持續(xù)時(shí)間占比（%）”且“配變過載持續(xù)時(shí)間占比（%）”均等于0且“配變A相重載持續(xù)時(shí)間占比（%）”或“配變B相重載持續(xù)時(shí)間占比（%）”或“配變C相重載持續(xù)時(shí)間占比（%）”或“配變A相過載持續(xù)時(shí)間占比（%）”或“配變B相過載持續(xù)時(shí)間占比（%）”或“配變C相過載持續(xù)時(shí)間占比（%）”＞0，則判斷低電壓原因?yàn)椤芭渥儐蜗嘭?fù)荷重過載”，然后轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“配變?nèi)嘭?fù)荷不平衡分析（14）”；若“配變重載持續(xù)時(shí)間占比（%）”且“配變過載持續(xù)時(shí)間占比（%）”且“配變A相重載持續(xù)時(shí)間占比（%）”且“配變B相重載持續(xù)時(shí)間占比（%）”且“配變C相重載持續(xù)時(shí)間占比（%）”且“配變A相過載持續(xù)時(shí)間占比（%）”且“配變B相過載持續(xù)時(shí)間占比（%）”且“配變C相過載持續(xù)時(shí)間占比（%）”均等于0，則直接轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“配變?nèi)嘭?fù)荷不平衡分析（14）”。

（5）配變負(fù)荷三相不平衡分析（14），若“配變平均三相不平衡率”＞15%且“配變平均負(fù)載率”＞20%，則判斷低電壓原因?yàn)椤芭渥冐?fù)荷三相不平衡”，然后轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“低壓線路供電距離分析（15）”；若“配變平均三相不平衡率”≤15%或“配變平均負(fù)載率”≤20%，則直接轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“低壓線路供電距離分析（15）”。

（6）低壓線路供電距離分析（15），若“臺(tái)區(qū)低壓線路供電距離（km）”＞0.5，則判斷低電壓原因?yàn)椤暗蛪壕€路供電距離偏長”，然后轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“低壓線路截面分析（16）”；若“臺(tái)區(qū)低壓線路供電距離（km）”≤0.5，則直接轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“低壓線路截面分析（16）”。

（7）低壓線路截面分析（16），若“臺(tái)區(qū)低壓線路截面（mm2）”≤35，則判斷低電壓原因?yàn)椤暗蛪壕€路截面偏小”，然后轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“低電壓原因排序（40）”；若“臺(tái)區(qū)低壓線路截面（mm2）”＞35，且流程執(zhí)行至此尚未找到該臺(tái)區(qū)低電壓原因，則輸出低電壓原因?yàn)椤捌渌颉?，然后轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“低電壓原因排序（40）”。

（8）所屬10kV線路上級(jí)母線是否存在電壓偏低（20），若“10kV線路所屬變電站10kV母線是否存在電壓偏低”為“否”轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“10kV線路功率因數(shù)分析（21）”；若“10kV線路所屬變電站10kV母線是否存在電壓偏低”為“是”轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“主變調(diào)壓方式分析（31）”。

（9）10kV線路功率因數(shù)分析（21），若“10kV線路平均功率因數(shù)”＜0.9且“10kV線路平均負(fù)載率”＞20%，則判斷低電壓原因?yàn)椤吧霞?jí)10kV線路功率因數(shù)偏低”，然后轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“10kV線路負(fù)載率分析（22）”；若“10kV線路平均功率因數(shù)”≥0.9或“10kV線路平均負(fù)載率”≤20%，則直接轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“10kV線路負(fù)載率分析（22）”。

（10）10kV線路負(fù)載率分析（22），若“10kV線路重載持續(xù)時(shí)間占比（%）”或“10kV線路過載持續(xù)時(shí)間占比（%）”＞0，則判斷低電壓原因?yàn)椤吧霞?jí)10kV線路重過載”，然后轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“10kV線路供電距離分析（23）”；若“10kV線路重載持續(xù)時(shí)間占比（%）”且“10kV線路過載持續(xù)時(shí)間占比（%）”均等于0，則直接轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“10kV線路供電距離分析（23）”。

（11）10kV線路供電距離分析（23），若“10kV線路供電距離（km）”＞15，則判斷低電壓原因?yàn)椤吧霞?jí)10kV線路供電距離偏長”，然后轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“10kV線路截面分析（24）”；若“10kV線路供電距離（km）”≤15，則直接轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“10kV線路截面分析（24）”。

（12）10kV線路截面分析（24），若“10kV線路截面（mm2）”≤70，則判斷低電壓原因?yàn)椤吧霞?jí)10kV線路截面偏小”，然后轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“10kV線路其他影響因素分析（25）”；若“10kV線路截面（mm2）”＞70，則直接轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“10kV線路其他影響因素分析（25）”。

（13）10kV線路其他影響因素分析（25），若“統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)10kV線路是否存在臨時(shí)轉(zhuǎn)供電”為“是”，則判斷低電壓原因?yàn)椤耙蚺R時(shí)轉(zhuǎn)供電導(dǎo)致10kV線路電壓偏低”，然后轉(zhuǎn)入下一個(gè)其他影響因素判斷“統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)10kV線路是否存在短時(shí)故障”；若“統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)10kV線路是否存在臨時(shí)轉(zhuǎn)供電”為“否”，則直接轉(zhuǎn)入下一個(gè)其他影響因素判斷“統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)10kV線路是否存在短時(shí)故障”。

若“統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)10kV線路是否存在短時(shí)故障”為“是”，則判斷低電壓原因?yàn)椤耙蚨虝r(shí)故障導(dǎo)致10kV線路電壓偏低”，然后轉(zhuǎn)入下一個(gè)其他影響因素判斷“統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)10kV線路是否為小水電上網(wǎng)線路存在逆向潮流”；若“統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)10kV線路是否存在短時(shí)故障”為“否”，則直接轉(zhuǎn)入下一個(gè)其他影響因素判斷“統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)10kV線路是否為小水電上網(wǎng)線路存在逆向潮流”。

若“統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)10kV線路是否為小水電上網(wǎng)線路存在逆向潮流”為“是”，則判斷低電壓原因?yàn)椤耙蛐∷姴⒕W(wǎng)存在逆向潮流導(dǎo)致線路電壓偏低”，然后轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“配變檔位分析（11）”；若“統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)10kV線路是否存在短時(shí)故障”為“否”，則直接轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“配變檔位分析（11）”。

（14）主變調(diào)壓方式分析（31），若“變電站主變調(diào)壓方式”為“無載”，則判斷低電壓原因?yàn)椤吧霞?jí)主變無載調(diào)壓”，然后轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“主變功率因數(shù)分析（32）”；若“變電站主變調(diào)壓方式”為“有載”，則直接轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“主變功率因數(shù)分析（32）”。

（15）主變功率因數(shù)分析（32），若“變電站主變平均功率因數(shù)”＜0.95，則判斷低電壓原因?yàn)椤吧霞?jí)主變功率因數(shù)偏低”，然后轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“變電站AVC系統(tǒng)配置分析（33）”；若“變電站主變平均功率因數(shù)”≥0.95，則直接轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“變電站AVC系統(tǒng)配置分析（33）”。

（16）主變調(diào)壓方式分析（33），若“變電站是否配置AVC系統(tǒng)”為“否”，則判斷低電壓原因?yàn)椤吧霞?jí)變電站未配置AVC”，然后轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“10kV線路功率因數(shù)分析（21）”；若“變電站是否配置AVC系統(tǒng)”為“是”，則直接轉(zhuǎn)入流程節(jié)點(diǎn)“10kV線路功率因數(shù)分析（21）”。

6 結(jié)語

本研究充分利用現(xiàn)有電網(wǎng)負(fù)荷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，建立具有實(shí)用價(jià)值的低電壓分析方法，依據(jù)大數(shù)據(jù)分析理念，明確低電壓分析治理所需的多維度數(shù)據(jù)來源，通過數(shù)據(jù)采集、成因分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)低電壓分析的信息化、流程化、規(guī)范化。針對(duì)臺(tái)區(qū)整體電壓偏低、臺(tái)區(qū)局部電壓偏低等兩類低電壓臺(tái)區(qū)特征，分別梳理造成低電壓的主要影響要素，追溯低電壓?jiǎn)栴}根源，有利于提高治理成效，避免重復(fù)低效投資，為基層單位準(zhǔn)確查找定位低電壓成因及制定針對(duì)性治理措施提供技術(shù)支撐。

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