山西地區(qū)低電壓監(jiān)測及治理分析

韓潤東，王 琪，鄭雅軒

（1.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院，山西 太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001）

山西地區(qū)低電壓監(jiān)測及治理分析

韓潤東1，王 琪1，鄭雅軒2

（1.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院，山西 太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001）

為分析引發(fā)山西地區(qū)配網(wǎng)低電壓現(xiàn)象的因素和治理措施的成效，針對山西地區(qū)某年度全年“低電壓”現(xiàn)象進行了監(jiān)測，基于全年的監(jiān)測數(shù)據(jù)研究了該地區(qū)低電壓現(xiàn)象呈現(xiàn)的規(guī)律，詳細分析了反復(fù)電壓越下限的臺區(qū)規(guī)律，并進行了總結(jié)。此外，通過對低電壓治理案例的剖析，從三相不平衡和重過載兩方面研究了山西地區(qū)低電壓現(xiàn)象的主要成因和治理方法的有效性，為配網(wǎng)低電壓現(xiàn)象分析和治理措施的研究提供了工程方法。

低電壓；三相不平衡；重過載

“低電壓”指用戶計量裝置電壓值低于國家標準規(guī)定的電壓下限值，即20 kV及以下三相供電用戶計量裝置電壓值低于標稱電壓的7%，220 V單相供電用戶計量裝置電壓值低于標稱電壓的10%。山西地區(qū)位于我國華北西部，全境總面積為15.6萬km2，山區(qū)面積占全省總面積的80%以上，配電網(wǎng)架薄弱，負荷特性復(fù)雜，低電壓問題嚴重。

1 山西地區(qū)低電壓監(jiān)測分析

通過山西地區(qū)配網(wǎng)運行監(jiān)測系統(tǒng)，在每個臺區(qū)分別于L1、L2、L3三相線路末端選取電壓監(jiān)測點，對全年低電壓持續(xù)超過一定時間的臺區(qū)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。根據(jù)全年監(jiān)測數(shù)據(jù)，分別對山西地區(qū)臺區(qū)電壓越下限總體情況和反復(fù)電壓越下限情況進行分析，研究山西地區(qū)電壓越下限呈現(xiàn)的規(guī)律。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，山西電網(wǎng)全年臺區(qū)持續(xù)超過一段時間的電壓越下限共發(fā)生444 962臺次，發(fā)生頻率7月最高，2月最低。7月為農(nóng)灌、動力、沖擊等負荷的高峰期，山西地區(qū)臺區(qū)電壓越下限臺次數(shù)時間分布見圖1，其中典型區(qū)域的電壓越下限臺次數(shù)時間分布見圖2。

圖1 山西地區(qū)配電臺區(qū)電壓越下限臺次數(shù)時間分布

由圖2可知，區(qū)域1、區(qū)域2、區(qū)域3全年持續(xù)越下限次數(shù)持續(xù)較高，季節(jié)特性并不明顯，而區(qū)域4、區(qū)域5夏季（尤其7月） 低電壓現(xiàn)象嚴重，而春秋冬季明顯減少，季節(jié)特性明顯，表明低電壓現(xiàn)象根據(jù)地區(qū)氣候或產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不同呈現(xiàn)的規(guī)律有所不同?？傮w來說，季節(jié)特性明顯的地區(qū)電壓越下限更為頻發(fā)。

圖2 山西地區(qū)典型區(qū)域臺區(qū)電壓越下限臺次數(shù)時間分布

全年臺區(qū)電壓越下限和臺區(qū)數(shù)量分析表明，發(fā)生電壓越下限的臺區(qū)通常分為兩種情況，一種是偶然的電壓越下限，可能由于天氣驟變，負荷突增或電網(wǎng)事故等偶然性因素引起；另一種是反復(fù)的電壓越下限，即在一段時間內(nèi)發(fā)生多次電壓越下限，可能是由于供電半徑、設(shè)備運檢、無功補償、負荷增長等持續(xù)性因素引起的長期性電壓越下限，也可能是由于度夏度冬、春灌秋收、逢年過節(jié)、農(nóng)業(yè)加工等規(guī)律性負荷變化引起的季節(jié)性電壓越下限[1-2]。反復(fù)越下限的配電變壓器臺區(qū)是導(dǎo)致長期性低電壓的主要因素，應(yīng)作為低電壓治理和配電網(wǎng)運行的重點監(jiān)視對象。

定義當月電壓越下限一定次數(shù)以上的臺區(qū)為反復(fù)越下限臺區(qū)，對全年山西地區(qū)低電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，全年反復(fù)電壓越下限臺次時間分布見圖3。

圖3 山西地區(qū)配電臺區(qū)反復(fù)電壓越下限臺次數(shù)時間分布

全年山西電網(wǎng)臺區(qū)電壓反復(fù)越下限共發(fā)生357 994臺次，約占全省電壓越下限總臺次數(shù)的80%，全省臺區(qū)電壓越下限臺次數(shù)7月最高，2月最低，反復(fù)越下限的臺次數(shù)于夏季達到局部高點，在負荷較重的時間段占比明顯較高，呈現(xiàn)顯著的季節(jié)特性。全年山西地區(qū)反復(fù)電壓越下限臺次數(shù)占電壓越下限總臺次數(shù)比值于7月份達最高點84.42%，于4月份達最低點72.31%。

對出現(xiàn)反復(fù)電壓越下限的臺區(qū)進行了治理是低電壓治理的關(guān)鍵，在反復(fù)電壓越下限臺區(qū)監(jiān)測的同時，針對這些臺區(qū)全年的重過載數(shù)據(jù)和三相負荷不平衡數(shù)據(jù)進行了監(jiān)測。數(shù)據(jù)表明，出現(xiàn)反復(fù)電壓越下限的臺區(qū)中，89.63%的臺區(qū)發(fā)生低電壓時伴有三相不平衡或重過載現(xiàn)象。引發(fā)臺區(qū)電壓越下限的直接原因通常為三相不平衡運行和重過載運行，本文針對三相不平衡和重過載兩方面分析了低電壓成因和治理成效。

2 針對三相不平衡運行臺區(qū)的低電壓治理

2.1 三相不平衡運行對電壓的影響

低壓配電系統(tǒng)廣泛采用三相四線制接線方式，見圖4[3-4]。近年來，隨著農(nóng)村地區(qū)用電量大幅增加，低壓配網(wǎng)負荷的不同時運行和三相負荷的不均勻性更為明顯，導(dǎo)致三相不平衡運行現(xiàn)象日趨嚴重。三相不平衡運行的配電臺區(qū)常伴隨低電壓現(xiàn)象，影響用戶供電質(zhì)量[5-7]。

圖4 低壓配網(wǎng)三相四線制接線示意圖

圖4中，IA、IB、IC為三相電流相量，I0為流過中性線的零序電流相量，I0與各相電流關(guān)系如式（1） 所示。

當三相不對稱運行時，臺區(qū)變壓器二次側(cè)的三相電流不對稱，中性線零序電流由于配電變壓器一次側(cè)常不設(shè)接地，沒有零序電流通路，因此二次側(cè)的零序電流I0全部用于勵磁，產(chǎn)生零序磁通進而產(chǎn)生零序電動勢E0，該電動勢與正序電動勢疊加，使得中性點電位發(fā)生偏移，從而導(dǎo)致配電變壓器二次電壓不對稱，負荷較重的一相變壓器二次側(cè)電壓較低，而負荷較輕的一相變壓器二次側(cè)電壓較高[2]，相量圖如圖5所示。

圖5 三相不平衡引發(fā)變壓器二次側(cè)電壓偏移相量圖

圖5中，UA、UB、UC為三相平衡時變壓器二次側(cè)的三相電壓相量，UA1、UB1、UC1為三相不平衡運行時受中性點電位偏移影響的三相電壓相量。此外，因負荷較重的一相電流較大，從而損耗較大，致使用戶處電壓降低更為嚴重?？梢?，三相不平衡運行會對用戶處的電壓幅值產(chǎn)生嚴重影響。

2.2 基于三相不平衡運行的低電壓治理案例分析

某臺區(qū)由110 kV變電站10 kV出線供電，臺區(qū)用戶227戶，變壓器型號為S11-250/10，最大負荷220 kW，低壓干線長1.24 km，臺區(qū)用戶反映存在電壓偏低的情況。根據(jù)電壓監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)，該臺區(qū)配變出口處L1相電壓為226.9 V，L2相電壓為227 V，L3相電壓為231 V；對用戶處電壓進行實測，發(fā)現(xiàn)臺區(qū)末端15戶電壓介于189 V與198 V之間，其中L1相用戶低電壓現(xiàn)象最為嚴重。配電網(wǎng)運行監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示，該配變臺區(qū)最大負荷時L1相電流為295 A、L2相電流為320 A、L3相電流為110 A，全天的三相電流記錄曲線見圖6，三相不平衡運行現(xiàn)象明顯，為該臺區(qū)用戶低電壓產(chǎn)生的主要原因。

將該臺區(qū)L1相、L2相40戶居民負荷切至L3相后，配變出口電壓穩(wěn)定在227 V至232 V之間，配變臺區(qū)最大負荷時L1相電流為260 A、L2相電流為280 A、L3相電流為240 A，全天的三相電流記錄曲線見圖7。

圖6 治理前某三相不平衡臺區(qū)全天電流曲線圖

圖7 治理后某三相不平衡臺區(qū)全天電流曲線圖

經(jīng)測量，治理后臺區(qū)末端原15戶低電壓用戶的電壓全部處于合格范圍。將該臺區(qū)15戶低電壓用戶治理前后的實測電壓數(shù)據(jù)對比列于表1。

針對三相不平衡運行引發(fā)低電壓現(xiàn)象的臺區(qū)，采用治理措施調(diào)整三相平衡的治理方式成效明顯。

3 針對重過載運行臺區(qū)的低電壓治理

3.1 重過載運行對電壓的影響

當配電線路電流超過額定時，電流通過變壓器會造成變壓器漏抗增大，從而線路阻抗增大，壓降增大，導(dǎo)致低電壓現(xiàn)象。此外，配電線路前段分支過負荷，將導(dǎo)致前段線路負荷電流過大，壓降過大，從而引發(fā)線路中、后段所帶配變出口電壓偏低。

3.2 基于重過載運行的低電壓治理案例分析

某10 kV線路由35 kV變電站供電，線路總長度52.105 km，網(wǎng)絡(luò)干線采用導(dǎo)體截面積95 mm2鋼芯鋁絞線；該線路接有配電變壓器90臺，容量共計10 705 kVA，共接用戶5 974戶。線路最大負荷電流348 A，最大功率5 213 kW，最大負載率105%。

表1 三相不平衡臺區(qū)治理前后低壓用戶電壓測量對比V

線路中段、末段用戶反映存在電壓偏低情況，通過多次現(xiàn)場實測，發(fā)現(xiàn)高峰期間該線路首端配變出口電壓均在216～234 V之間，中段、末段配變出口電壓均在199～214 V之間。通過對35 kV變電站10 kV母線電壓曲線查詢及實測，該母線電壓維持在10.1～10.6 kV之間的正常范圍。因此，線路的重過載運行是造成該線路中段、末端配變出口低電壓的主要原因。

為治理該10 kV線路低電壓問題，沿該10 kV線路路徑新建同桿雙回線路，從變電站出口開始依次采用交聯(lián)聚乙烯電纜2 km，截面積185 mm2的架空絕緣導(dǎo)線2.7 km，以及截面積150 mm2的鋼芯鋁絞線。此外，新增1條10 kV線路轉(zhuǎn)接原10 kV線路前段用戶供電。

經(jīng)過改造和新增線路后，原10 kV線路和新增10 kV線路的全部配變出口電壓均穩(wěn)定在214 V至235 V之間；最大負荷電流分別為245 A和130 A，原低電壓用戶經(jīng)測試表明電壓均合格，最高電壓為231 V，最低電壓為206 V。

4 結(jié)束語

山西地區(qū)某年度全年低電壓現(xiàn)象的監(jiān)測，研究低電壓問題呈現(xiàn)的規(guī)律表明：低電壓現(xiàn)象呈現(xiàn)較明顯的季節(jié)特性，且與地區(qū)氣候條件和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)；反復(fù)電壓越下限的臺區(qū)應(yīng)作為低電壓治理的關(guān)鍵部分。通過三相不平衡運行和重過載運行臺區(qū)低電壓治理的案例分析，表明了從調(diào)整三相負荷平衡和增強線路帶負荷能力對低電壓治理的有效性。

[1] 毛吉貴.配電網(wǎng)低電壓治理的探索 [J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化,2015,18（5） :35-37.

[2] 張成志.配電網(wǎng)低電壓治理方法探討 [J].科技咨詢,2015,8 （8） :111.

[3] 馬定林,馬暉,馬曄.配電設(shè)備 [M].北京:中國電力出版社,2010：46-48.

[4] 國家電網(wǎng)公司人力資源部.配電線路檢修 [M].北京:中國電力出版社,2013：3-5.

[5] 林志雄,陳巖,蔡金錠,等.低壓配網(wǎng)三相不平衡運行的影響及治理措施 [J].電力科學與技術(shù)學報,2009，24（3） :63-67.

[6] 楊云龍,王鳳清.配電變壓器三相不平衡運行帶來的附加損耗、電壓偏差及補償方法 [J].電網(wǎng)技術(shù),2004,28（8） :73-76.

[7] 黃繼明,楊志義,吳高波.線路末端低電壓治理的研究 [J].中國科技縱橫,2015（2） :167-173.

Research on Monitoring and Improvement of Low Voltage Power Supply in Shanxi Province

HAN Rundong1,WANG Qi1,ZHENG Yaxuan2
（1.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute,Taiyuan,Shanxi030001,China;2.State Grid Shanxi Electric Power Corporation,Taiyuan,Shanxi030001,China）

The phenomenon of low-voltage power supply in Shanxi in a whole year was monitored,and the regularity of low-voltage power supply is analyzed and presented based on the monitored data.Considering three-phase unbalance and overload,the causes and improvement effects oflow-voltage power supplywere studied byanalyzingsome cases.

lowvoltage;three-phase unbalance;overload

TM727

A

1671-0320（2017）06-0005-04

2017-03-10，

2017-10-23

韓潤東（1988），男，山西長治人，2014年畢業(yè)于西安交通大學電氣工程專業(yè)，碩士，工程師，主要研究方向為配電運檢技術(shù)；

王 琪（1976），男，北京人，1998年畢業(yè)于華北電力大學電氣技術(shù)專業(yè)，高級工程師，主要研究方向為電力設(shè)備狀態(tài)檢修；

鄭雅軒（1976），女，天津人，1999年畢業(yè)于華北電力大學電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，高級工程師，從事電網(wǎng)運營監(jiān)測方面工作。