農(nóng)村配電臺(tái)區(qū)低電壓治理技術(shù)方案探討

曾昭潔

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司韶關(guān)供電局）

0 引言

農(nóng)村配電網(wǎng)低電壓是影響配電網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量的主要因素之一。相較于城鎮(zhèn)地區(qū)，農(nóng)村地區(qū)配電網(wǎng)相對(duì)薄弱，供電半徑更長(zhǎng)，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備少，電壓?jiǎn)栴}更為突出，特別是，負(fù)荷高峰期間，末端低電壓?jiǎn)栴}更為嚴(yán)重，根本無(wú)法達(dá)到配電臺(tái)區(qū)國(guó)標(biāo)電壓允許范圍（380V±7%，220V－10%～＋7%）。上述問(wèn)題往往由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、管理運(yùn)維等多種因素導(dǎo)致，在處理的過(guò)程中應(yīng)“對(duì)癥下藥”，采用針對(duì)性治理策略，多措并舉，有效檢驗(yàn)，以保證農(nóng)村配電網(wǎng)低壓治理的科學(xué)性、高效性和可靠性。

1 配電臺(tái)區(qū)低電壓的主要原因

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，配變無(wú)功補(bǔ)償不足、線路供電半徑過(guò)長(zhǎng)、線徑偏小、管理措施不到位是導(dǎo)致農(nóng)村配電臺(tái)區(qū)低電壓的主要原因。

1.1 無(wú)功補(bǔ)償不足問(wèn)題

現(xiàn)階段，農(nóng)村配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中配電變壓器、異步電動(dòng)機(jī)等普遍存在“大馬拉小車”問(wèn)題，無(wú)功負(fù)荷損耗嚴(yán)重。1／3的農(nóng)村配電臺(tái)區(qū)并未科學(xué)配置無(wú)功補(bǔ)償裝置，如缺乏設(shè)計(jì)，無(wú)功補(bǔ)償裝置與功率因數(shù)不匹配；恣意設(shè)置，無(wú)功補(bǔ)償裝置安裝合理；規(guī)劃混亂，分級(jí)補(bǔ)償不到位等，致使配電臺(tái)區(qū)輕載或空載問(wèn)題嚴(yán)峻，無(wú)功損耗超過(guò)總無(wú)功負(fù)荷的60%以上。

尤其是在補(bǔ)償方式選擇上，我國(guó)農(nóng)村配電網(wǎng)低壓臺(tái)區(qū)往往將重點(diǎn)放在裝置補(bǔ)償和線路補(bǔ)償上，主要通過(guò)分散補(bǔ)償?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)空載下的自動(dòng)投切，以減少重點(diǎn)設(shè)備、關(guān)鍵線路的無(wú)功損耗。這種方式雖然能夠在一定程度上緩解無(wú)功負(fù)荷引起的低電壓?jiǎn)栴}，但處理效果并不顯著。

1.2 線路供電半徑過(guò)長(zhǎng)、線徑偏小問(wèn)題

根據(jù)壓降公式：ΔU＝［PR＋XQc］／UN，可知電阻R越大，電壓降越大，導(dǎo)致末端電壓越低。而電阻R，主要取決于線路長(zhǎng)度和線徑，線路越長(zhǎng)，線徑越小，R就越大。原則上農(nóng)村地區(qū)配變供電半徑不宜超過(guò)500m，但受農(nóng)村用戶居住相對(duì)分散，存在一臺(tái)配變同時(shí)為幾個(gè)自然村供電的現(xiàn)象，供電半徑容易超出規(guī)范要求，加上一些新報(bào)裝用戶沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的計(jì)算評(píng)估允許其就近接入，進(jìn)一步增長(zhǎng)了原配變臺(tái)區(qū)的供電半徑。另外，一些老舊線路線徑較小，運(yùn)行年限長(zhǎng)，線路本身的阻抗偏大，這些都直接導(dǎo)致末端用戶出現(xiàn)電壓偏低。

1.3 管理措施不當(dāng)問(wèn)題

配變檔位不合理直接影響著農(nóng)村配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。尤其是在偏遠(yuǎn)農(nóng)村配電臺(tái)區(qū)中用戶較為分散，一旦負(fù)荷分配不均勻很容易出現(xiàn)“卡脖子、低電壓”問(wèn)題。而在用電數(shù)據(jù)采集方面，許多農(nóng)村地區(qū)只能夠采集公用配變首端電壓數(shù)值，并按照該數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)檔，致使檔位與實(shí)際電壓不符，首端高、末端低，引起低電壓?jiǎn)栴}頻發(fā)。

我國(guó)農(nóng)村配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中明確指出要確保變壓器三相負(fù)荷不平衡度低于15%，以減少零序電流、磁滯渦流等引起的裝置損毀，降低系統(tǒng)中的負(fù)荷損耗。但目前情況而言，大多農(nóng)村配電網(wǎng)地處偏僻區(qū)域，用戶較為分散，接入不均衡，三相負(fù)荷不均衡問(wèn)題突出，變壓器損耗、線路損耗嚴(yán)重。近十年來(lái)，由該因素導(dǎo)致的低電壓?jiǎn)栴}逐年上漲，已經(jīng)成為新時(shí)期人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

2 配電臺(tái)區(qū)低電壓?jiǎn)栴}治理技術(shù)方案

2.1 總體方案

農(nóng)村配電臺(tái)區(qū)低電壓?jiǎn)栴}處理過(guò)程中應(yīng)按照安全性、可靠性和有效性原則做好總體規(guī)劃和部署，針對(duì)無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題、線路現(xiàn)狀問(wèn)題、低壓管理問(wèn)題等做好裝置設(shè)置、結(jié)構(gòu)調(diào)整、管理優(yōu)化，利用智能電網(wǎng)裝置做好負(fù)荷監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)早部署、細(xì)安排、強(qiáng)運(yùn)檢、優(yōu)質(zhì)量，多措并舉，從根本上解決低壓?jiǎn)栴}，推進(jìn)農(nóng)村地區(qū)配電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展進(jìn)程。

2.2 主要方案

2.2.1 利用集中補(bǔ)償，減少無(wú)功損耗

農(nóng)村配電臺(tái)區(qū)低電壓?jiǎn)栴}處理過(guò)程中應(yīng)采用集中補(bǔ)償和就地平衡相結(jié)合，就地與集中相結(jié)合，供電部門(mén)與電力用戶相結(jié)合的原則。

目前，供電部分采用變壓器低壓母線側(cè)集中補(bǔ)償?shù)姆绞綖橹?。低壓集中補(bǔ)償是指將低壓電容器通過(guò)低壓開(kāi)關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè)，以無(wú)功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，根據(jù)低壓母線上的無(wú)功負(fù)荷而直接控制電容器的投切，如圖1所示。

圖1 低壓集中補(bǔ)償原理

對(duì)于負(fù)荷密集地區(qū)，宜分析動(dòng)態(tài)無(wú)功需求，提出動(dòng)態(tài)無(wú)功裝置配置建議。無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮片區(qū)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行的電壓水平，特別考慮春節(jié)等負(fù)荷低谷期的電壓水平，配置合理的電容器、電抗器。以小水電集中外送地區(qū)和電纜線路密集地區(qū)的配電網(wǎng)可根據(jù)實(shí)際需要配置適當(dāng)容量的感性無(wú)功補(bǔ)償裝置。

中壓配電網(wǎng)配電站無(wú)功補(bǔ)償容量宜按變壓器負(fù)載率為75%，負(fù)荷自然功率因數(shù)為0.85時(shí)，將中壓側(cè)功率因數(shù)補(bǔ)償至不低于0.95進(jìn)行配置。實(shí)際應(yīng)用中，也可按變壓器容量20%～40%進(jìn)行配置。

2.2.2 加強(qiáng)農(nóng)網(wǎng)升級(jí)改造，提高網(wǎng)架水平

在解決線路供電半徑過(guò)長(zhǎng)、線徑過(guò)小問(wèn)題時(shí)，可根據(jù)實(shí)際狀況適當(dāng)選擇控制類措施或改造類措施，做好網(wǎng)架調(diào)整和優(yōu)化。

（1）安裝調(diào)壓器

對(duì)于諧波源負(fù)荷來(lái)說(shuō)，調(diào)壓器增大了系統(tǒng)阻抗，相同諧波電流發(fā)生量在調(diào)壓器接入后負(fù)荷側(cè)的諧波電壓將增大。一般調(diào)壓裝置抬升調(diào)壓器后端電壓的同時(shí)，會(huì)增大前端線路的電流，不僅增大配變變壓器的負(fù)載率，前端線路阻抗壓降也會(huì)增大，反之末端電壓又會(huì)降低，所以調(diào)壓器有一定的調(diào)壓范圍，如圖2和圖3所示。

圖2 單相調(diào)壓器工作原理

圖3 三相調(diào)壓器工作原理

從整體上而言，三相調(diào)壓器裝置只適用于調(diào)節(jié)線路正序的壓降，不適用于調(diào)整線路的負(fù)序和零序壓降，對(duì)于三相不平衡場(chǎng)合，調(diào)壓器將會(huì)加劇三相不平衡，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選擇。

（2）做好線路改造

針對(duì)配變供電半徑偏長(zhǎng)引起的低電壓?jiǎn)栴}，處理過(guò)程中應(yīng)按照農(nóng)村配電網(wǎng)“小容量、多布點(diǎn)、短半徑”的原則規(guī)劃新建配變拆分原有臺(tái)區(qū)負(fù)荷，縮短供電半徑；在負(fù)荷調(diào)整基礎(chǔ)上將供電半徑偏長(zhǎng)的負(fù)荷切割至周邊的臺(tái)區(qū)，縮短供電半徑，同時(shí)更換更大線徑的低壓導(dǎo)線。

改造類治理措施實(shí)施前，要經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的電壓測(cè)算，和經(jīng)濟(jì)方案比較，避免治理不徹底或造成投資浪費(fèi)。

式中，Δu為電壓降百分?jǐn)?shù)，%；Un為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，kV；I為負(fù)荷電流，A；cosφ為負(fù)荷功率因數(shù)；P為負(fù)荷的有功功率，kW；l為線路長(zhǎng)度，km；R′、X′為三相線路單位長(zhǎng)度的電阻和電抗，Ω／km；Δui為三相線路單位電流長(zhǎng)度的電壓降百分?jǐn)?shù)，%／（A·km）；Δup為三相線路單位功率長(zhǎng)度的電壓降百分?jǐn)?shù)，%／（kW·km）。

按照壓降公式，一般功率因數(shù)取0.9，配變負(fù)載率按照80%來(lái)計(jì)算改造后末端用戶的壓降情況，不同線徑的單位電阻、電抗或線路單位功率長(zhǎng)度壓降百分比由設(shè)計(jì)規(guī)程查取。通過(guò)驗(yàn)算，可判斷改造治理方案的合理性和可實(shí)施性。

2.2.3 優(yōu)化管理手段，多措并舉治理低電壓

對(duì)于變壓器檔位不合理、三相不平衡等原因造成的低電壓可優(yōu)先采用跳檔及調(diào)整接入負(fù)荷方式進(jìn)行治理，也可以配合安裝自動(dòng)有載調(diào)壓器和SVG裝置進(jìn)行治理；新增配變布點(diǎn)規(guī)劃時(shí)合理設(shè)置配變位置，以接近負(fù)荷中心為宜，盡量保證分區(qū)的科學(xué)性、規(guī)范性和經(jīng)濟(jì)性；根據(jù)檔位情況、負(fù)荷狀況等做好智能電力數(shù)據(jù)采集及監(jiān)測(cè)。

3 結(jié)束語(yǔ)

低電壓?jiǎn)栴}是當(dāng)前新農(nóng)村建設(shè)面臨的一個(gè)大問(wèn)題，是一個(gè)長(zhǎng)期的、動(dòng)態(tài)的問(wèn)題，它直接關(guān)系到廣大農(nóng)民的美好生活。我們必須積極重視低電壓?jiǎn)栴}，深入分析產(chǎn)生的原因，剖析出現(xiàn)“低電壓”問(wèn)題的關(guān)鍵因素，加強(qiáng)農(nóng)村配電網(wǎng)運(yùn)行管理。要從無(wú)功補(bǔ)償裝置、線路半徑改造、負(fù)荷管理優(yōu)化三個(gè)方面出發(fā)，在農(nóng)村電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃及當(dāng)?shù)貙?shí)際情況基礎(chǔ)上，做好配電臺(tái)區(qū)布局優(yōu)化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化及電能優(yōu)化，從根本上提升用戶用電質(zhì)量。