低電壓治理裝置適用性分析

潘春玲 劉振 周耀東 朱蕖芳 周野

[摘 要] 居民用電、企業(yè)以及工廠用電是低壓臺區(qū)用電負(fù)荷的主要類型，由于輸電線路長且用電負(fù)荷隨機(jī)性較強(qiáng)，容易出現(xiàn)三相電壓不平衡的問題，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性和用電安全性。文章分析了低壓臺區(qū)低電壓形成中電壓、電流的影響，并針對性地提出了低電壓問題的治理原則，以此為基礎(chǔ)分析了不同低電壓治理裝置的原理和適用性，希望可以為類似問題的處理提供參考。

[關(guān)鍵詞] 低電壓；治理裝置；適用性

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 19. 035

[中圖分類號] F273 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2018）19- 0082- 02

0 引 言

伴隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會生活方式的改變，低壓用戶對于供電質(zhì)量提出了更高的要求。受到輸電線路和用電負(fù)荷波動的影響，目前低壓臺區(qū)仍然存在三相電壓不平衡和電壓偏低的供電質(zhì)量問題。為了保障低壓供電的質(zhì)量必須要選用合適的低壓治理裝置進(jìn)行處理，提高供電企業(yè)服務(wù)水平。

1 低電壓成因分析

1.1 正序壓降的成因

低壓臺區(qū)的正序壓降會受到區(qū)域內(nèi)用電負(fù)荷的正序有功功率、正序無功功率以及輸電線路和變壓器等效正序阻抗等因素的影響發(fā)生波動，正序壓降與用電負(fù)荷的正序功率、輸電線路和變壓器的等效正序阻抗成正相關(guān)，也就是說正序壓降會隨著正序阻抗和正序功率的增大而增大。居民用電是低壓臺區(qū)用電負(fù)荷的主要類型，由于該種用電的電功率因數(shù)較高，因而輸電線路等效阻抗多為電阻分量，正序壓降以正序有功壓降為主。企業(yè)用電也是低壓臺區(qū)的主要用電類型之一，當(dāng)該區(qū)域企業(yè)用電較多且用電功率因數(shù)較低時(shí)，需要考慮無功功率影響下的正序壓降，結(jié)合實(shí)際情況選擇具體的低電壓治理裝置。

1.2 負(fù)序電壓的成因

不平衡用電負(fù)荷的存在導(dǎo)致了負(fù)序電流的產(chǎn)生，當(dāng)不平衡的用電負(fù)荷流向電力系統(tǒng)時(shí)，輸電線路以及變壓器的等效負(fù)序阻抗上就會有負(fù)序電壓的產(chǎn)生。輸電線路的等效阻抗與供電末端的距離以及三相負(fù)荷用電的平衡性是影響負(fù)序電壓值的重要原因，一般來說與供電末端的距離近、輸電線路長、輸電線的線徑小、三相負(fù)荷用電不平衡情況下負(fù)序電壓較大。在常見低壓臺區(qū)配電網(wǎng)中，變壓器等效阻抗相較于輸電線路會比較小，負(fù)序電壓多產(chǎn)生于輸電線路阻抗上，負(fù)序電流通過是其產(chǎn)生的主要原因。

1.3 零序電壓的成因

低壓臺區(qū)不平衡的用電會導(dǎo)致零序電流的產(chǎn)生，電流從負(fù)荷流向系統(tǒng)經(jīng)過變壓器的中性點(diǎn)后再在該線路流回負(fù)荷，受到零序電流路徑的影響，變壓器、中性線以及相線的等效零序阻抗上都會有零序電壓的產(chǎn)生。與供電末端的距離越近則零序電壓也會隨之增大，此外輸電線路等效零序阻抗的增大和三相負(fù)荷用電的不平衡也都會導(dǎo)致零序電壓的增大。

2 低電壓治理原則

2.1 正序電壓治理原則

當(dāng)首端正序電壓過低時(shí)需要調(diào)整變壓器分接頭的位置，首端電壓波動大需要改善系統(tǒng)的供電電壓質(zhì)量；如果末端正序有功壓降過低，可以利用調(diào)壓裝置進(jìn)行處理；如果末端正序電壓正常，則要根據(jù)電壓不合理的具體原因選擇恰當(dāng)?shù)闹卫硌b置；如果正序有功壓降過低且在調(diào)壓裝置處理范圍外，則需要增加線路線徑或者是對供電半徑進(jìn)行優(yōu)化。

2.2 負(fù)序電壓治理原則

首先必須要明確負(fù)序電壓存在的具體問題，如果是供電末端正序電壓無法滿足用電需求，如果對負(fù)序電壓進(jìn)行治理則只能改善末端電壓過低的情況，無法緩解供電無法滿足需求的問題。如果供電末端的正序電壓可以滿足用電需求，末端低電壓出現(xiàn)的原因是負(fù)序電壓，通過負(fù)序電壓處理則可以解決問題。

2.3 零序電壓治理原則

當(dāng)供電末端正序電壓存在問題時(shí)不能只對零序電壓進(jìn)行治理，要綜合運(yùn)用其他措施；如果零序電流導(dǎo)致的零序電壓是供電末端低壓問題的主要原因則需要對零序電流進(jìn)行治理；如果臺區(qū)三相不平衡問題嚴(yán)重的話，則需要增大中性線線徑；如果低壓臺區(qū)采用Yyn0接法導(dǎo)致變壓器零序阻抗較大，則需要對供電變壓器分接開關(guān)進(jìn)行更換。

3 低電壓治理裝置適用性

3.1 低壓調(diào)壓器適用性分析

在實(shí)際低電壓治理工作中，可以將原本的低壓供電線路中增設(shè)低壓線路動態(tài)電壓電流調(diào)節(jié)器，采用串聯(lián)的方式，通過該裝置的應(yīng)用可以確保輸出電壓的穩(wěn)定性，從而提高低壓臺區(qū)居民用電的供電質(zhì)量。該裝置具有自動投切電容器，可以通過無功自動補(bǔ)償對輸電線路的無功功率進(jìn)行平衡，進(jìn)而降低無功電流分量、線路無功損耗和線路阻抗壓降，從而實(shí)現(xiàn)降低電量傳輸過程中的損耗和穩(wěn)定低電壓的作用。低壓調(diào)壓器作為常見的低電壓治理裝置，將其串聯(lián)在供電線路中可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償和提高電壓的功能。需要注意的是低壓調(diào)壓器工作過程中會對輸電線路電流產(chǎn)生較大的影響，該裝置是通過末端電壓的抬升實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)，但是這會導(dǎo)致電流、輸電線路阻抗壓降以及配電變壓器負(fù)載率的增加，末端電壓受到影響又會出現(xiàn)降低的情況，低壓臺區(qū)輸電線路的電壓調(diào)節(jié)進(jìn)入惡性的循環(huán)中。因而技術(shù)人員必須要明確低壓調(diào)壓器的調(diào)壓范圍和適用情況，在末端電壓較低且屬于調(diào)壓器調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的低壓臺區(qū)可以應(yīng)用該裝置進(jìn)行低壓調(diào)節(jié)，同時(shí)要關(guān)注輸電線路的電流情況，采取有效的措施將電流控制在合理范圍內(nèi)。低壓調(diào)壓器多用于居民用電電壓偏低問題的調(diào)節(jié)處理，該裝置可以解決30戶以內(nèi)的居民用電電壓不穩(wěn)定情況，在供電半徑較大、新增布點(diǎn)成本過高且以用電微型戶為主的低壓臺區(qū)適用性較高。

3.2 串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置適用性

該裝置也是通過串聯(lián)的方式接入輸電線路內(nèi)，該裝置可以對低壓臺區(qū)輸電線路的等效感抗進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)而縮小等效電抗值，達(dá)到縮短等效電氣距離的效果，實(shí)現(xiàn)輸電線路上負(fù)荷功率壓降降低的低壓治理目標(biāo)。在線路中所安裝的串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的點(diǎn)會有電壓抬升，降低線路末端和首段的電壓差，保障電力系統(tǒng)和供電的穩(wěn)定性。減小電路感抗是串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的主要功能，該裝置的功能性發(fā)揮受電流的影響明顯，串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的無功功率貢獻(xiàn)與線路電流的二次方呈正相關(guān)，也就是說電路的負(fù)荷越大則該裝置的無功功率貢獻(xiàn)越高，與此同時(shí)該裝置可以根據(jù)系統(tǒng)電力情況對自身適應(yīng)性進(jìn)行調(diào)節(jié)。在供電距離較長、電力負(fù)荷分散性較高且用電負(fù)荷波動大的低壓臺區(qū)可以采用串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置進(jìn)行低電壓的治理，對于過大電荷負(fù)載起動和停止時(shí)造成的臺區(qū)電壓波動問題，串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置具有良好的應(yīng)用效果。但是低壓臺區(qū)的輸電線路中以電阻為主，因而該裝置的應(yīng)用效果比較差，低壓臺區(qū)一般不會選擇串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置進(jìn)行電壓的調(diào)節(jié)治理。需要注意是配置串聯(lián)電容器的輸電線路上應(yīng)避免過多的異步電動機(jī)裝配，當(dāng)機(jī)電參數(shù)設(shè)置配合出現(xiàn)問題時(shí)可能會導(dǎo)致交流電動機(jī)的自激振蕩，這時(shí)系統(tǒng)的保護(hù)裝置會被觸發(fā)導(dǎo)致跳閘情況的發(fā)生，系統(tǒng)的正常運(yùn)行會受到影響。

3.3 動態(tài)無功補(bǔ)償裝置適用性

將動態(tài)無功補(bǔ)償裝置設(shè)置在輸電線路中，當(dāng)電壓出現(xiàn)波動時(shí)該裝置可以判斷出波動產(chǎn)生的方向，并通過容性無功電流的輸出對電網(wǎng)的電壓進(jìn)行抬高，或者是通過感性無功電流的輸出降低系統(tǒng)的電壓，從而電網(wǎng)的電壓值控制在合理的范圍內(nèi)。作為電源性逆變裝置，動態(tài)無功補(bǔ)償裝置接入電力系統(tǒng)并不會影響其自身的阻抗特性，且臺區(qū)的運(yùn)行電壓并不會對該裝置的輸出無功功率值產(chǎn)生影響，因而該裝置的電壓調(diào)節(jié)功能可以得到充分的發(fā)揮。由于正序、負(fù)序無功壓降導(dǎo)致的末端或者是首段電壓偏低的臺區(qū)，動態(tài)無功補(bǔ)償裝置具有較好的適用性，該裝置可以通過輸電線路和變壓器等效阻抗無功壓降的降低對臺區(qū)的供電電壓進(jìn)行提高。在實(shí)際的低電壓治理中要根據(jù)問題的具體表現(xiàn)確定動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的安裝位置，當(dāng)變壓器等效阻抗無功壓降過大時(shí)可以將其安裝在變壓器的出線側(cè)，如果是輸電線路的問題則要先對臺區(qū)的用電負(fù)荷分布情況進(jìn)行判斷分析，在此基礎(chǔ)上確定動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的安裝位置。三相四線制的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置可以對有功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過負(fù)荷功率的相間轉(zhuǎn)移改善三相負(fù)荷不平衡的情況，對于三相負(fù)荷不平衡導(dǎo)致末端電壓低的問題處理具有較高的適用性。

3.4 零序?yàn)V波器適用性

零序電流的三相相位相同且大小一致，因而中性線具有相互疊加的表現(xiàn)。零序?yàn)V波器是以零序電流特點(diǎn)為基礎(chǔ)而設(shè)計(jì)的低電壓治理裝置，該裝置可以在電源和負(fù)載之間構(gòu)建零序低阻通道，導(dǎo)入零序電流避免其通過電力系統(tǒng)形成回路，以實(shí)現(xiàn)濾波的功能。零序?yàn)V波器的線路電感串聯(lián)在電源線中，電抗器則與負(fù)荷并聯(lián)，該元件是零序電流的低阻抗，因而可以實(shí)現(xiàn)零序電流短路的目標(biāo)，對三次諧波進(jìn)行吸收，減少系統(tǒng)中的零序電流，且電抗器對于正序、負(fù)序電流都是無窮大阻抗因而并不會對正常的線路電流產(chǎn)生影響。當(dāng)線路內(nèi)接入零序?yàn)V波器時(shí)，線路電感元件可以避免零序電流通過電源，電抗器則會使零序電流短路，避免了零序電壓、零序分量對于電源和電力系統(tǒng)的負(fù)面影響。在零序壓降較大、基波零序電流較大的低壓臺區(qū)可以利用零序?yàn)V波器進(jìn)行電壓問題的處理解決，該裝置的濾波效果會受到安裝數(shù)量、安裝位置以及自身零序阻抗值的影響，零序?yàn)V波器通過降低臺區(qū)配電變壓器零序電流的手段產(chǎn)生零序壓降，或者是降低裝置接入點(diǎn)之前的零序電流所導(dǎo)致的中性線、相線的零序壓降。如果低壓臺區(qū)內(nèi)的三次諧波電流應(yīng)用較多則可以在回路中增設(shè)零序?yàn)V波器，顯示屏、打印機(jī)、白熾燈等都是三次諧波電流應(yīng)用的體現(xiàn)，因而在寫字樓、公共建筑以及醫(yī)療機(jī)構(gòu)分布的臺區(qū)內(nèi)可以安裝零序?yàn)V波器，保證電流穩(wěn)定性，提高供電質(zhì)量。

4 結(jié) 語

了解低電壓問題的成因是低電壓治理裝置選擇的基礎(chǔ)，相關(guān)技術(shù)人員必須要做好問題的排查，明確供電質(zhì)量問題的本質(zhì)成因，通過恰當(dāng)?shù)闹卫硌b置的運(yùn)用提高供電質(zhì)量。在設(shè)置低電壓治理裝置時(shí)可以通過優(yōu)化供電半徑、變壓器分接開關(guān)的調(diào)節(jié)、零序?yàn)V波器安裝等具體的方式，實(shí)現(xiàn)低壓臺區(qū)電壓問題的有效控制處理，保障用電安全性和電網(wǎng)穩(wěn)定性。

主要參考文獻(xiàn)

[1]胡翔，邵葉晨，雷超，等.計(jì)及電壓不可行節(jié)點(diǎn)的配電網(wǎng)低電壓治理方法[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2017，45（13）：102-109.

[2]張忠會，曾如霞，韓飛屹. 基于模糊層次分析法的農(nóng)村配電網(wǎng)低電壓治理[J]. 廣東電力，2017，30（9）：111-117.

[3]楊帆. 配網(wǎng)低電壓治理原則——訪中國電力科學(xué)研究院教授級高工侯義明[J]. 電氣應(yīng)用，2016（8）：4-7.