配電網(wǎng)長線路低電壓問題研究

傅旭華，吳群雄，龔華勇，林旭義

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，杭州 310008；2.國網(wǎng)浙江省電力公司麗水供電公司，浙江 麗水 323000；3.國網(wǎng)浙江麗水市蓮都區(qū)供電公司，浙江 麗水 323000；4.國網(wǎng)浙江青田縣供電公司，浙江 青田 323900）

電壓是電能質(zhì)量的重要指標，電壓質(zhì)量對電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設(shè)備安全經(jīng)濟運行、工農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)和人民生活用電都有直接影響。局部地區(qū)存在配電網(wǎng)線路較長、線徑較細、帶載能力差等問題。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，用電負荷不斷增加，部分地區(qū)線路電壓低于國家標準，甚至出現(xiàn)設(shè)備不能正常使用的情況。為了保證廣大用戶的用電質(zhì)量，配電網(wǎng)長線路低電壓問題的研究就顯得很有必要。

1 配電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)的主要方法

國家標準GB/T 12325《電能質(zhì)量 供電電壓偏差》中規(guī)定：35kV及以上供電電壓正、負偏差的絕對值之和不超過標稱電壓的10%；20kV及以下三相供電電壓偏差為標稱電壓的±7%；220 V單相供電電壓偏差為標稱電壓+7%，-10%。

小水電大多分布在遠離負荷中心的山區(qū)，這些區(qū)域電網(wǎng)網(wǎng)架普遍存在10kV或者35kV變電站布點稀少、輸變電設(shè)備陳舊且供電半徑大、負荷分散等問題，直接導致含小水電的配電系統(tǒng)運行不穩(wěn)定、電壓無功分布隨季節(jié)變化大幅波動。山區(qū)小水電是直接以“串燈籠”的方式掛接在10kV配電線路上，當水電發(fā)電較多時，線路末端電壓嚴重偏高；在枯水期時由于沒有小水電的支撐作用，過長的供電半徑又會導致線路末端電壓偏低。

針對10kV配電線路目前存在的低電壓問題，采取的主要措施有：新建變電站；新建小水電專線；變壓器有載調(diào)壓；補償無功功率；補償無功功率+雙向饋線自動調(diào)壓器。表1列出了上述電壓調(diào)節(jié)措施的主要作用及其缺點。

表1 各種電壓調(diào)節(jié)方法對比

新建變電站投資太大、工期長、投運之后的人工費及維護費用也很高；而新建小水電線路一則投資較大，二則只能解決特定區(qū)域的電壓問題，覆蓋面積較?。恢髯儔浩鳎ê喎Q主變）有載調(diào)壓只能解決線路前端靠近變電站的電壓問題，對于供電半徑較長的線路，其中后端的電壓問題仍然無法得到解決；而僅僅補償無功功率，或者僅使用調(diào)壓器，在重負荷期，則無法達到國標規(guī)定的電壓標準；相比于這幾種低電壓治理方案，無功補償與調(diào)壓器結(jié)合的方法，不僅投資小、周期短、見效快、使用靈活而且在負荷較重時，也能保持電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)。

浙江青田高市175線屬于農(nóng)網(wǎng)線路，主干線的線型為LGJ-95（18.84 km），線路上T接有3個水電站，水電站升壓變壓器容量分別為麻埠電站640 kVA、高市電站1000 kVA和西源電站1260 kVA。

為了解決線路枯水期電壓低、豐水期電壓高的問題，2009年在青田高市175線路主干線54號桿與55號桿之間安裝了1臺BSVR（雙向饋線自動調(diào)壓器），投運后效果良好；但在枯水期及負荷較重時，線路功率因數(shù)較低，調(diào)壓效果一般。

結(jié)合高市175線目前的實際運行情況，認為再加裝1臺DWK（線路無功補償裝置）是目前最經(jīng)濟有效的調(diào)壓手段。

2 運行效果分析

配電網(wǎng)中線路電壓損耗的大小取決于電壓降落的縱分量ΔU：

式中：R為線路等值電阻；X為線路等值電抗；P為線路輸送的有功功率；Q為線路輸送的無功功率；U為線路運行電壓。

高市175線相關(guān)參數(shù)如表2所示。為了便于工程計算，高市175線負荷的等效圖如圖1所示。

表2 高市175線路參數(shù)

圖1 高市175線等效負荷

按照負荷等效圖，假設(shè)安裝設(shè)備前后，變電站出口電壓、系統(tǒng)有功及無功功率保持不變，將線路相關(guān)參數(shù)代入式（1），計算枯水期及豐水期各點電壓，計算結(jié)果如表3和表4所示。

表3 枯水期高市175線各點理論計算電壓

表3、表4的理論計算結(jié)果表明，采用BSVR能夠解決高市175線存在的電壓問題，但在枯水期負荷重時，線路末端電壓處在合格邊緣，加裝DWK后，BSVR及DWK二者相互配合綜合調(diào)節(jié)，能夠解決枯水期負荷重時的線路末端電壓不合格問題，使得整條線路在各個時期電壓都處在合格范圍內(nèi)。

表4 豐水期高市175線各點理論計算電壓

3 設(shè)備運行及實測分析

3.1DWK及BSVR設(shè)備

DWK主要用于6kV與10kV配電線路中，可根據(jù)電壓、時間、功率因數(shù)、無功功率等參數(shù)，利用微機技術(shù)控制并聯(lián)電容器組的投切，減少無功電流在配電線路中間的流動，從而達到提高功率因數(shù)、降低線損、改善電壓質(zhì)量等目的。該裝置主要由智能控制器、電容器、真空接觸器、電流互感器、電壓互感器、避雷器、跌落式熔斷器等部件組成。

DWK的智能控制器采集線路實時電壓和電流，經(jīng)過控制器運算處理，發(fā)出投切電容器指令，控制真空接觸器分合，從而實現(xiàn)對電容器的自動投切。戶外跌落式熔斷器對裝置進行短路保護，一旦裝置內(nèi)部有短路故障，熔斷器立即熔斷，防止裝置故障擴大，避免對線路造成損害。

BSVR是一種自動跟蹤輸入電壓變化而保證其輸出電壓穩(wěn)定的三相雙方向調(diào)壓裝置，廣泛運用于6kV，10kV以及35kV供電系統(tǒng)中，在±20%的范圍內(nèi)對輸入電壓進行自動調(diào)節(jié)。BSVR雙向步進式電壓調(diào)整器，由內(nèi)部控制器、潮流識別器件及檔位采樣回路、分接開關(guān)控制回路等構(gòu)成。潮流方向識別器件將電流信號和電壓信號采入后進行比較判斷，根據(jù)不同的潮流方向控制分接開關(guān)動作，始終保持BSVR輸出端電壓恒定。

3.2 設(shè)備運行及實測分析

為了驗證設(shè)備投入后的使用效果，BSVR及DWK投運前后，對線路各點進行電壓實地測量。

在枯水期，BSVR及DWK投運前后線路各點電壓如表5所示。

表5 枯水期高市175線各點實測電壓

實測結(jié)果表示，枯水期時，通過安裝BSVR及DWK綜合調(diào)節(jié)后，主干線末端及各支線上的電壓都得到了提高，解決了線路電壓不合格的問題，保證了枯水期時線路上用戶用電的質(zhì)量。

在豐水期時，線路電壓偏高，主要通過BSVR調(diào)節(jié)線路電壓，BSVR及DWK投運前后線路各點電壓如表6所示。

表6 豐水期高市175線各點實測電壓

實測結(jié)果表明，通過BSVR及DWK綜合調(diào)節(jié)后，安裝點的電壓可以穩(wěn)定輸出在9.6kV左右，線路各點電壓均有所降低，如主干線末端由安裝調(diào)壓器前的12.04kV降為安裝后的9.89kV。

3.3 小水電發(fā)電對線路電壓的影響

根據(jù)近3個月的監(jiān)測，設(shè)備運行狀態(tài)良好，在豐水期電壓調(diào)節(jié)效果明顯，電壓基本保持在合格范圍內(nèi)，線路上客戶反映電壓質(zhì)量合格，未出現(xiàn)以前因小水電發(fā)電導致線路電壓過高的情況?？菟跁r，電能主要由變電站提供，經(jīng)線路首端BSVR調(diào)節(jié)，使得線路出口電壓穩(wěn)定在9.8kV左右，但由于線路較長，后端用戶在負荷較重時，會出現(xiàn)電壓越下限的情況；DWK投運后，經(jīng)BSVR和DWK綜合調(diào)節(jié)，使得線路出口電壓穩(wěn)定在10.3kV左右，保證整條線路在枯水期負荷較重時電壓合格。

在調(diào)壓設(shè)備安裝前后分別對線路小水電滿功率發(fā)電和不發(fā)電時，線路電壓進行實地測試，測試數(shù)據(jù)見圖2和圖3。

圖2 豐水期高市175線某月測試數(shù)據(jù)

圖3 枯水期高市175線某月測試數(shù)據(jù)

通過現(xiàn)場實測運行數(shù)據(jù)和用戶反饋信息可以看出，采用本文提出的電壓調(diào)節(jié)方案后，該線路的電壓質(zhì)量得到了很大的改善。通過BSVR在線路首段將電壓升高，既降低了小水電向主網(wǎng)輸送電能的出口電壓，又提高了線路上客戶的電壓合格率。通過安裝DWK，解決了枯水期及負荷較重時，線路無功缺額大，調(diào)壓效果不明顯的問題。

4 結(jié)語

針對含小水電配電網(wǎng)長線路所存在的電壓質(zhì)量問題，提出了利用BSVR和DWK相結(jié)合解決配電網(wǎng)低電壓問題的方法，并將該方法應用于浙江青田高市175線，電壓質(zhì)量得到了改善，保證了枯豐水期的電壓都處在合格范圍內(nèi)，印證了所提出的方法是現(xiàn)階段解決配電網(wǎng)電壓質(zhì)量問題經(jīng)濟有效的手段。

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