路軍，程樂峰，余濤

（1. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司肇慶供電局，廣東 肇慶 526060；2. 華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東 廣州 510640）

農(nóng)村配電網(wǎng)低壓 智能開關(guān)節(jié)能型控制調(diào)壓器研究

路軍1，程樂峰2，余濤2

（1. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司肇慶供電局，廣東 肇慶 526060；2. 華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東 廣州 510640）

針對(duì)農(nóng)網(wǎng)380V輸電線路末端出現(xiàn)電壓過低問題，設(shè)計(jì)一種低壓智能開關(guān)節(jié)能型控制調(diào)壓器，直接串聯(lián)在農(nóng)網(wǎng)低壓臺(tái)區(qū)輸電線路上，與用戶側(cè)直接相連，在負(fù)荷高 峰時(shí)簡(jiǎn)單直接地提高用戶側(cè)電壓，防止用戶電壓過低。給出了裝置硬件設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了第一和第二智能開關(guān)，可控制變壓器的投退，當(dāng)電壓水平滿足要求時(shí)，可自動(dòng)退出運(yùn)行，具有一定的節(jié)能效益。實(shí)際運(yùn)行中只需將裝置安裝在配變低壓側(cè)線路即可，無需進(jìn)行大規(guī)模的線路更換 或者架設(shè)高壓線路，實(shí)施周期短，見效快，工程量小，工程費(fèi)用較低，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明該裝置具有“小投資，解決大問題”的效果。

農(nóng)村配電網(wǎng)；低電壓；調(diào)壓器；電壓波動(dòng)；節(jié)能效益；配電臺(tái)區(qū)

0 引言

我國(guó)配電網(wǎng)分布廣、設(shè)備多、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較為薄弱[1]，尤其對(duì)于山區(qū)，居住點(diǎn)多且分散，農(nóng)網(wǎng)顯得尤為薄弱。所以農(nóng)村配網(wǎng)存在以下問題[2-4]：第一，10kV配電線路長(zhǎng)，平均長(zhǎng)度達(dá)16.24公里；第二，臺(tái)區(qū)數(shù)量不足，低壓供電半徑長(zhǎng)，未能嚴(yán)格按照“小容量，密布點(diǎn)”的原則進(jìn)行改造；第三：低壓供電線路線徑小，造成線路壓降進(jìn)一步增大。基于此，筆者對(duì)肇慶市低電壓臺(tái)區(qū)配網(wǎng)情況進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查，目前，肇慶市低電壓臺(tái)區(qū)共有1592個(gè)，其中末端電壓低于180V的臺(tái)區(qū)有999個(gè)。由于受配電網(wǎng)供電半徑長(zhǎng)、線路及配變重過載等情況的制約，可靠性和電壓合格率指標(biāo)難以得到有效提升，同時(shí)群眾意見大，在用電高峰期燈管不亮、電飯煲無法用。低電壓嚴(yán)重影響用戶用電，影響客戶滿意度，所以應(yīng)加強(qiáng)對(duì)居民端電壓質(zhì)量的重視程度。

截至目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)電力調(diào)壓器的研究主要是針對(duì)10kV輸電線路，研發(fā)的調(diào)壓器裝置也是解決10kV輸電線路低壓?jiǎn)栴}為主，而針對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)380V輸電線路的低壓?jiǎn)栴}卻少之又少。受配電網(wǎng)供電半徑長(zhǎng)、線路及配變重過載等情況的制約，低壓臺(tái)區(qū)可靠性和電壓合格率指標(biāo)難以得到有效提升，嚴(yán)重影響用戶的生活、生產(chǎn)。因此，有必要對(duì)農(nóng)網(wǎng)低電壓?jiǎn)栴}進(jìn)行研究，其中，文獻(xiàn)[3]對(duì)基于單相變和混合供電輔助解決農(nóng)村低電壓?jiǎn)栴}進(jìn)行了探討，提出需按照最大限度縮短配變到戶距離的原則采用單相配電變壓器和三相配電變壓器混合供電的新模式；文獻(xiàn)[5]針對(duì)我國(guó)電力系統(tǒng)低壓配電網(wǎng)現(xiàn)行的三相四線制供電技術(shù)存在供電半徑長(zhǎng)、低壓線損率高、電壓損失大以及三相動(dòng)力電和單相居民用電共用配電變壓器使得配電變壓器損耗大等缺陷提出了一種單三相混合配電技術(shù)；文獻(xiàn)[6]發(fā)明了一種原邊調(diào)節(jié)的農(nóng)網(wǎng)低壓線路末端補(bǔ)償器，通過使變壓器末端電壓和電網(wǎng)電壓反向疊加以實(shí)現(xiàn)對(duì)末端電壓的降壓補(bǔ)償；文獻(xiàn)[7]則發(fā)明了一種自動(dòng)調(diào)容調(diào)壓配電變壓器，但造價(jià)太高；文獻(xiàn)[8，9]則分別提出一種用于農(nóng)村電網(wǎng)的高效率穩(wěn)壓器和一種對(duì)于分散農(nóng)村配電系統(tǒng)的固態(tài)調(diào)壓器，但控制方法較繁瑣，操作不方便；文獻(xiàn)[10]則介紹了中/低壓農(nóng)村配電的電壓降低分配模型，以幫助網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者選擇參數(shù)，以盡量減少網(wǎng)絡(luò)的生命周期成本，可適用于不同負(fù)載和類型的網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)分配。

對(duì)于目前肇慶農(nóng)網(wǎng)來說，輸電線路末端電壓低的配電臺(tái)區(qū)主要存在如下問題[11，12]：1）低壓供電線路半徑小、線徑??；2）用電負(fù)荷小、負(fù)荷波動(dòng)大；3）用戶電壓存在明顯的負(fù)荷高峰，且高峰期內(nèi)的供電電壓不足。比如，用戶電壓大部分時(shí)間能夠保持在合格范圍內(nèi)，但在用戶煮飯期間，尤其是春節(jié)期間，天氣寒冷，外出人員返鄉(xiāng)過年，集中用電，出現(xiàn)負(fù)荷高峰期，電壓則低于198V，甚至低至170V左右，持續(xù)時(shí)間為0.5h～3h。對(duì)于第3）點(diǎn)，供電所人員為了滿足長(zhǎng)線路末端電壓，將配變抽頭調(diào)至最高檔位，導(dǎo)致出現(xiàn)線路首端電壓高至240V，末端電壓低至170V，嚴(yán)重影響電壓合格率。

針對(duì)上述3個(gè)集中問題，一般的解決辦法為1）線路改造：將低壓供電線路中的小線徑導(dǎo)線更換為大線徑導(dǎo)線，這種方法治標(biāo)不治本，而且線路更換的工程費(fèi)用較高；2）新建臺(tái)區(qū)：通過新建臺(tái)區(qū)拆分用電負(fù)荷，這種方法需要架設(shè)高壓線路，增加配變，實(shí)施周期長(zhǎng)，短期內(nèi)難以見效，而且工程量大，工程費(fèi)用很高。因此，現(xiàn)有的解決辦法都很難有效解決臺(tái)區(qū)配變低壓端線路電壓低的問題。

基于此，為了減少投資并快讀解決低電壓?jiǎn)栴}，本文開發(fā)一種低壓智能開關(guān)節(jié)能型控制調(diào)壓裝置，該裝置主要結(jié)構(gòu)包括：第一智能開關(guān)、第二智能開關(guān)、開關(guān)裝置和調(diào)壓器。利用該調(diào)壓裝置，相當(dāng)于在線路末端用戶前加裝升壓裝置，采用投退調(diào)壓器的方式實(shí)現(xiàn)電壓提升，解決農(nóng)網(wǎng)低電壓?jiǎn)栴}。

1 低壓臺(tái)區(qū)幾種典型接線方式

通過對(duì)肇慶全市低電壓臺(tái)區(qū)（單相電壓低于國(guó)標(biāo)198V）的普查分析，低電壓臺(tái)區(qū)有以下幾種典型接線形式[13-17]，分別如下圖1（a）～（d）所示。其中，接線類型1：低壓線路主線供電線路長(zhǎng)、線徑小，負(fù)荷高峰期時(shí)導(dǎo)致末端用戶電壓偏低；接線類型2：低壓線路某一支線由于供電線路長(zhǎng)、線徑小，負(fù)荷高峰期時(shí)導(dǎo)致該支線末端用戶電壓偏低；接線類型3：線路T接較多，造成供電線路長(zhǎng)、線徑小，負(fù)荷高峰期時(shí)導(dǎo)致末端用戶電壓偏低；接線類型4：由于10kV電壓偏低，導(dǎo)致整個(gè)低壓臺(tái)區(qū)電壓偏低。

圖1 低壓配電臺(tái)區(qū)四種接線類型Fig.1 Four connection types of lines in low-voltage distribution area

所以，根據(jù)對(duì)接線類型的劃分，可知供電設(shè)備（配變、線路）重過載、低壓線路供電半徑過長(zhǎng)、低壓線路線徑小是造成臺(tái)區(qū)電壓偏低的主要因素。逐步優(yōu)化低壓配網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，改造重過載臺(tái)區(qū)和線路，增加電源點(diǎn)分布，是解決低電壓?jiǎn)栴}的根本途徑。經(jīng)調(diào)查，肇慶市共有1219個(gè)低電壓臺(tái)區(qū)供電半徑超過500米，占低壓臺(tái)區(qū)總數(shù)的76.57%；部分低壓線路長(zhǎng)達(dá)2～3千米。低電壓臺(tái)區(qū)主干線路線徑低于50mm2占低壓臺(tái)區(qū)總數(shù)的84.55%，主干線路線徑低于35mm2占低壓臺(tái)區(qū)總數(shù)的71.42%。在煮飯等用電負(fù)荷高峰期，電壓由正常降到198V以下，甚至170V左右，持續(xù)時(shí)間一般不超過3個(gè)小時(shí)。低電壓臺(tái)區(qū)中月用電量在5000度以下占83.2%，相當(dāng)部分自然村用戶數(shù)在30戶左右，村平均月用電量不足1500度。具體的低電壓臺(tái)區(qū)原因分析如下表1所示。

表1 肇慶市配電壓臺(tái)區(qū)低電壓原因分析表Tab. 1 Low voltage analysis table of distribution area in city of Zhaoqing

根據(jù)表1，配電臺(tái)區(qū)低電壓原因分布如圖2的餅圖所示。

圖2 低電壓原因分布圖Fig.2 Low voltage causes distribution diagram

在每年有限的資金中，把大量資金用在改造電量少、低電壓持續(xù)時(shí)間短的臺(tái)區(qū)，投資效益低。按照目前每年的投資，資金缺口巨大，且要較長(zhǎng)時(shí)間才能全面解決低壓臺(tái)區(qū)問題，所以調(diào)壓器才是快速解決農(nóng)網(wǎng)低電壓?jiǎn)栴}的有效途徑。經(jīng)過調(diào)查，市場(chǎng)上常規(guī)調(diào)壓器采用調(diào)節(jié)抽頭變比調(diào)壓，工作環(huán)境要求高；試驗(yàn)性的調(diào)壓器設(shè)計(jì)復(fù)雜，效果不明顯。現(xiàn)有調(diào)壓器不適用于農(nóng)村配網(wǎng)運(yùn)行安裝方便、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、電壓波動(dòng)量大、經(jīng)濟(jì)耐用的特點(diǎn)。因此，需要打破常規(guī)，跳出原有模式，設(shè)計(jì)一種低壓智能調(diào)壓裝置，采用投退調(diào)壓器的方式，有效解決農(nóng)網(wǎng)低電壓?jiǎn)栴}，在實(shí)際應(yīng)用中也是十分有必要的。下面章節(jié)介紹該裝置的開發(fā)。

2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如下圖3所示為低壓智能開關(guān)節(jié)能型控制調(diào)壓裝置的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。該裝置結(jié)構(gòu)包括：第一智能開關(guān)、第二智能開關(guān)、開關(guān)裝置和調(diào)壓器。其中，調(diào)壓器為變比參數(shù)為1.1～1.2的變壓器，且為三相調(diào)壓器，該變比范圍是通過檢測(cè)人員實(shí)測(cè)得到的，調(diào)試人員可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐呐_(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路的電壓狀況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，并不限于所述范圍。開關(guān)裝置為交流接觸器。臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路包括A相輸電線、B相輸電線、C相輸電線和零線，分別為圖3所示的L1、L2、L3和N。

圖3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖Fig.3 Overall architecture design diagram

基于圖3，各組件具體連接方式為：調(diào)壓器的輸出端通過開關(guān)裝置與臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路的用戶側(cè)的A相輸電線、B相輸電線和C相輸電線連接；第二智能開關(guān)的輸入端與臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路的電源側(cè)的A相輸電線、B相輸電線、C相輸電線以及零線連接，第二智能開關(guān)的輸出端的A相輸電線、B相輸電線、C相輸電線與調(diào)壓器的輸入端連接，同時(shí)臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路的零線與調(diào)壓器的輸入端連接；第一智能開關(guān)的輸入端與臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路的電源側(cè)的A相輸電線、B相輸電線、C相輸電線以及零線連接，第一智能開關(guān)的輸出端和臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路的用戶側(cè)的A相輸電線、B相輸電線以及C相輸電線連接。

第一智能開關(guān)的控制發(fā)送端分別與第二智能開關(guān)的控制接收端、開關(guān)裝置連接；第二智能開關(guān)的控制發(fā)送端分別與第一智能開關(guān)的控制接收端、開關(guān)裝置連接；第一智能開關(guān)檢測(cè)臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路的A相輸電線、B相輸電線、C相輸電線分別與零線之間的相位電壓值，并根據(jù)檢測(cè)的相位電壓值輸出控制信號(hào)至第二智能開關(guān)和開關(guān)裝置，接收第二智能開關(guān)輸出的控制信號(hào)；第二智能開關(guān)檢測(cè)臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路的A相輸電線、B相輸電線、C相輸電線分別與零線之間的相位電壓值，并根據(jù)檢測(cè)的相位電壓值輸出控制信號(hào)至第一智能開關(guān)和開關(guān)裝置，接收第一智能開關(guān)輸出的控制信號(hào)。

裝置工作原理可描述為：第一智能開關(guān)構(gòu)成正常供電鏈路，第二智能開關(guān)、調(diào)壓器以及開關(guān)裝置構(gòu)成電壓調(diào)整鏈路。第一智能開關(guān)和第二智能開關(guān)同時(shí)檢測(cè)臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路的電源側(cè)的相位電壓值，并根據(jù)檢測(cè)的電壓大小和預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，對(duì)其所連接的智能開關(guān)和開關(guān)裝置發(fā)送合閘/分閘信號(hào)，并執(zhí)行接收到的信號(hào)。

具體來說，當(dāng)出現(xiàn)用電高峰時(shí)，如可預(yù)設(shè)檢測(cè)到臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路電壓下降至200V及以下時(shí)為用電高峰出現(xiàn)，第一智能開關(guān)發(fā)送合閘信號(hào)給第二智能開關(guān)和開關(guān)裝置，第二智能開關(guān)合閘的同時(shí)發(fā)送分閘信號(hào)給第一智能開關(guān)并且發(fā)送合閘信號(hào)給開關(guān)裝置，開關(guān)裝置合閘，約0.2s后第一智能開關(guān)分閘，臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路的電源側(cè)經(jīng)由電壓調(diào)整線路中的調(diào)壓器進(jìn)行調(diào)壓后給用戶側(cè)輸電。

當(dāng)用電高峰過去時(shí)，如可預(yù)設(shè)檢測(cè)到臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路電壓回升至215V時(shí)為用電高峰過去，第二智能開關(guān)發(fā)送合閘信號(hào)給第一智能開關(guān)和分閘信號(hào)給開關(guān)裝置，第一智能開關(guān)合閘的同時(shí)發(fā)送分閘信號(hào)給第二智能開關(guān)和開關(guān)裝置，開關(guān)裝置分閘，約0.2s后第二智能開關(guān)分閘，臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路的電源側(cè)切換回正常臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路直接給用戶側(cè)輸電。此時(shí)，調(diào)壓器處于不帶電狀態(tài)，避免了調(diào)壓器一端帶電引起的空載損耗，在節(jié)能方面有極大的提高。

需要補(bǔ)充的是，為了避免由于第一智能開關(guān)和第二智能開關(guān)同時(shí)處于合閘而導(dǎo)致第一智能開關(guān)、第二智能開關(guān)、調(diào)壓器和開關(guān)裝置形成回路，所以第一智能開關(guān)需要通過接收第二智能開關(guān)的信號(hào)來執(zhí)行合閘或分閘動(dòng)作；第二智能開關(guān)需要通過接收第一智能開關(guān)的信號(hào)來執(zhí)行合閘或分閘動(dòng)作；開關(guān)裝置需要同時(shí)接收第一智能開關(guān)和第二智能開關(guān)的信號(hào)才動(dòng)作，從而提高裝置的安全性。

該低壓智能開關(guān)型控制調(diào)壓裝置，增設(shè)調(diào)壓器對(duì)供電電壓進(jìn)行調(diào)整，利用智能開關(guān)對(duì)調(diào)壓器的投退進(jìn)行選擇，同時(shí)當(dāng)調(diào)壓器退出時(shí)，調(diào)壓器處于不帶電狀態(tài)，避免了調(diào)壓器一端帶電引起的空載損耗，在節(jié)能方面有極大的提高。使用時(shí)只需臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路中安裝該裝置即可，無需進(jìn)行大規(guī)模的線路更換或者架設(shè)高壓線路，實(shí)施周期短，見效快，工程量小，工程費(fèi)用較低，有效解決臺(tái)區(qū)配變低壓端線路電壓低的問題并且有節(jié)能效果。

3 具體硬件設(shè)計(jì)

如下圖4所示為低壓智能開關(guān)節(jié)能型控制調(diào)壓裝置的第一智能開關(guān)和第二智能開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。下面結(jié)合圖4分別對(duì)第一、二智能開關(guān)和第一、二處理器進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)。

圖4 第一智能開關(guān)和第二智能開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 The architecture design diagram of the first and second smart switch

3.1 第一智能開關(guān)設(shè)計(jì)

如上圖4所示，第一智能開關(guān)包括第一電壓檢測(cè)電路、第一處理器和第一接觸器。第一電壓檢測(cè)電路與第一接觸器串聯(lián)。第一電壓檢測(cè)電路、第一接觸器、第二智能開關(guān)、開關(guān)裝置分別與第一處理器連接。第一電壓檢測(cè)電路與臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路的電源側(cè)連接。第一接觸器與臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路的用戶側(cè)連接。其中，第一電壓檢測(cè)電路與臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路的電源側(cè)的A相輸電線、B相輸電線以及C相輸電線連接，第一處理器與臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路的零線連接。

3.2 第二智能開關(guān)設(shè)計(jì)

如上圖4所示，第二智能開關(guān)包括第二電壓檢測(cè)電路、第二處理器和第二接觸器。第二電壓檢測(cè)電路與第二接觸器串聯(lián)。第二電壓檢測(cè)電路、第二接觸器、第一智能開關(guān)的第一處理器、開關(guān)裝置分別與第二處理器連接。第二電壓檢測(cè)電路與臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路的電源側(cè)連接。第二接觸器與調(diào)壓器連接。其中，第二電壓檢測(cè)電路與臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路的電源側(cè)的A相輸電線、B相輸電線以及C相輸電線連接，第一處理器與臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路的電源側(cè)的電源側(cè)的零線連接。

3.3 智能開關(guān)工作原理

當(dāng)臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路的電源側(cè)接入到第一智能開關(guān)時(shí)，首先將由第一電壓檢測(cè)電路對(duì)相位電壓進(jìn)行檢測(cè)，然后檢測(cè)結(jié)果發(fā)送至第一處理器，第一處理器根據(jù)檢測(cè)結(jié)果發(fā)送合閘/分閘信號(hào)給第二智能開關(guān)的第二處理器和開關(guān)裝置，第二處理器控制第二接觸器執(zhí)行動(dòng)作。

當(dāng)臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路的電源側(cè)接入到第二智能開關(guān)時(shí)，首先將由第二電壓檢測(cè)電路對(duì)相位電壓進(jìn)行檢測(cè)，然后檢測(cè)結(jié)果發(fā)送至第二處理器，第二處理器根據(jù)檢測(cè)結(jié)果發(fā)送合閘/分閘信號(hào)給第一智能開關(guān)的第二處理器和開關(guān)裝置，第二處理器控制第二接觸器執(zhí)行動(dòng)作。

3.4 處理器設(shè)計(jì)

第一處理器包括單片機(jī)、ARM芯片、FPGA芯片或DSP芯片，第二處理器包括單片機(jī)、ARM芯片、FPGA芯片或DSP芯片。如下圖5所示為嵌入式ARM架構(gòu)設(shè)計(jì)圖。

圖5 ARM架構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.5 The architecture design of ARM

該架構(gòu)以ARM920T芯片為核心，在設(shè)計(jì)中，芯片外部搭載了LCD觸屏顯示部分、3G部分、WIFI部分、SD卡存儲(chǔ)部分、Flash閃存、電源部分、USB接口部分、SPI總線接口、JTAG接口部分、串行RS232、RS485接口部分，搭建起一個(gè)穩(wěn)定、功能齊全的嵌入式控制系統(tǒng)。芯片外部通過異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口RS232串口在底層直接與DSP芯片鏈接，實(shí)現(xiàn)ARM芯片與DSP的信息交互。LCD觸屏顯示部分實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)操作的觸屏化，人機(jī)交互功能更加完善，實(shí)現(xiàn)了輸電線路復(fù)雜參數(shù)的快速輸入，添加和刪除方便。

4 測(cè)試應(yīng)用

四會(huì)市蝦羅村全村用電戶共有28戶，平均月用電量683度，所在大布臺(tái)區(qū)分4路出線，蝦羅支線長(zhǎng)度1.45km，線徑BLV25線，最大用電負(fù)荷25千瓦，最小負(fù)荷0.2千瓦。用戶在負(fù)荷高峰期時(shí)電壓低于170V，經(jīng)常發(fā)生用戶投訴。蝦羅村電壓情況如下圖6所示。

圖6 蝦羅村電壓情況Fig.6 Voltage state of Xialuo countryside

在蝦羅村村頭加裝一臺(tái)30kVA低壓智能調(diào)壓器，基本解決了蝦羅村用戶電壓過低而影響生活、生產(chǎn)的問題，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)如下圖7所示。

圖7 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)Fig.7 Field testing

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析如下：

1）電壓情況

加裝調(diào)壓器后，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示，低電壓得到明顯提升，電壓值全在合格范圍內(nèi)，解決了低電壓?jiǎn)栴}。蝦羅村調(diào)壓器安裝后電壓如下圖8所示。

圖8 蝦羅村安裝本文設(shè)計(jì)調(diào)壓裝置后的電壓情況Fig.8 The voltage state of Xialuo countryside after installing the voltage regulator designed in this paper

2）損耗情況

安裝的低壓智能調(diào)壓器是設(shè)計(jì)了旁路接觸器，通過檢測(cè)到配電變壓器的低壓側(cè)線路電壓，并根據(jù)配電變壓器的低壓側(cè)線路電壓控制變壓器的投退（當(dāng)電壓偏低時(shí)，自動(dòng)投入調(diào)壓器進(jìn)行升壓，使供電電壓提高，符合電壓要求；當(dāng)電壓屬于正常范圍時(shí)，通過旁路供電，供電電壓滿足要求。）所以在電壓水平滿足要求時(shí)，調(diào)壓器不投入運(yùn)行，直接消除了這期間調(diào)壓器的運(yùn)行損耗，起到了顯著的節(jié)能效果，如下圖9所示。

圖9 蝦羅村安裝本文設(shè)計(jì)調(diào)壓裝置后的電壓對(duì)比情況Fig.9 The voltage state comparison of Xialuo countryside after installing the voltage regulator designed in this paper

所以只有在蝦羅村的低壓智能調(diào)壓器安裝處的電壓低于預(yù)設(shè)值，低壓智能調(diào)壓器才會(huì)投入運(yùn)行。查詢計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)，調(diào)壓器實(shí)時(shí)損耗小，為0.13千瓦，10月18日16：30至10月19日16：15（累計(jì)24小時(shí)）電量數(shù)據(jù)：調(diào)壓器前錄得電量為1.61*20（倍率）＝32.2千瓦時(shí)，調(diào)壓器后錄得電量為1.45*20（倍率）＝29千瓦時(shí)，損耗32.2-29＝3.2千瓦時(shí)，損耗率為3.2/32.2＝9.94%。

查詢營(yíng)銷系統(tǒng)，大布臺(tái)區(qū)前2個(gè)月線損8.87%，前2個(gè)月供電量55499千瓦時(shí)，日均供電量約為910千瓦時(shí)。如按目前的損耗情況下，調(diào)壓器日損耗電量3.2千瓦時(shí)，對(duì)臺(tái)區(qū)的損耗率3.2/910＝0.35%，也即蝦羅村的調(diào)壓器增加了大布臺(tái)區(qū)0.35%的線損率，增加了0.35%/8.87%＝3.96%，在可以接受范圍內(nèi)，每天損耗不到3度電，對(duì)其他支路用戶電壓影響很小。

3）對(duì)比分析

以四會(huì)蝦羅村為例，通過仿真計(jì)算，在解決農(nóng)村電網(wǎng)低壓?jiǎn)栴}的各種方案對(duì)比如表2所示。通過比對(duì)可以看出，線路改造以及新建變壓器拆分臺(tái)區(qū)的方案在投資上是安裝低壓智能調(diào)壓器的20倍左右，而且實(shí)施方案的周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于安裝低壓智能調(diào)壓器，所以綜合看來，加裝低壓智能調(diào)壓器達(dá)到了“小投資解決大問題”的效果。

表2 3種調(diào)壓方案對(duì)比Tab. 2 Comparisons of three kinds of voltage regulation scheme

5 總結(jié)

針對(duì)臺(tái)區(qū)配變低壓端線路電壓低的問題，本文設(shè)計(jì)了一種低壓智能開關(guān)節(jié)能型控制調(diào)壓裝置，給出了硬件設(shè)計(jì)方案。該方案增設(shè)調(diào)壓器對(duì)供電電壓進(jìn)行調(diào)整，利用智能開關(guān)對(duì)調(diào)壓器的投退進(jìn)行選擇，同時(shí)當(dāng)調(diào)壓器退出時(shí)，調(diào)壓器處于不帶電狀態(tài)，避免了調(diào)壓器一端帶電引起的空載損耗，在節(jié)能方面有極大的提高。使用時(shí)只需臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)線路中安裝本裝置即可，無需進(jìn)行大規(guī)模的線路更換或者架設(shè)高壓線路，實(shí)施周期短，見效快，工程量小，工程費(fèi)用較低，有效解決臺(tái)區(qū)配變低壓端線路電壓低的問題并且有節(jié)能效果。蝦羅村的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明了加裝低壓智能調(diào)壓器可達(dá)到“小投資解決大問題”的效果。

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Research on Energy-saving-type of Low-voltage Smart Switching Control Regulator in Rural Distribution Network

LU Jun1, CHENG Le-feng2, YU Tao2
(1. Zhaoqing Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co., Ltd, Zhaoqing, 526060, China; 2. Electric Power College, South China University of Technology, Guangzhou, 510640, China)

Aimed at the problems of too-low voltage occurred in 380V transmission line terminal in rural distribution network, a low-voltage smart switching energy-saving-type control regulator is designed, which is directly connected to transmission line in rural distribution area in series, as well as to the users. It can simply and directly improve the voltage on user side in load peak period, thus avoids low voltage. The hardware scheme is given and the fi rst and second smart switches are designed to control the operation of transformer. When the voltage level meets requirements, operation of regulator exits automatically, thus has a certain energy-saving effi ciency. The device is just installed in lines on low-voltage side of transformer in actual operation, which avoids a large scale of lines replacement or setting up high-voltage lines. The scheme has advantages of short construction period, quick effect, few engineering task and low engineering cost. It’s proved by fi eld test that the device really has an effect of “l(fā)ow cost and big problems solving”.

Rural distribution network; Low voltage; Voltage regulator; Voltage fluctuation; Energy saving efficiency; Distribution area

路軍，程樂峰，余濤. 農(nóng)村配電網(wǎng)低壓 智能開關(guān)節(jié)能型控制調(diào)壓器研究[J]. 新型工業(yè)化，2016，6（10）：29-37，51.

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.10.005

: LU Jun, CHENG Le-feng, YU Tao. Research on Energy-saving-type of Low-voltage Smart Switching Control Regulator in Rural Distribution Network[J]. The Journal of New Industrialization, 2016, 6(10)： 29-37, 51.

廣東電網(wǎng)公司職工技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目(GDDW14201403030700054) 及中國(guó)南方電網(wǎng)科技項(xiàng)目資助

路軍（1962-），男，通信作者，碩士，肇慶供電局技術(shù)專責(zé)，主要從事向：配網(wǎng)自動(dòng)化和電力生產(chǎn)設(shè)備管理等 ；程樂峰（1990-），男，博士研究生，主要研究方向?yàn)榕渚W(wǎng)自動(dòng)化、電力系統(tǒng)智能優(yōu)化及控制等 ；余濤（1974-），男，教授，主要研究領(lǐng)域?yàn)閺?fù)雜電力系統(tǒng)的非線性控制理論和仿真、智能控制算法等