陳光明

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司惠州龍門供電局）

0 引言

隨著新農(nóng)村以及農(nóng)村城鎮(zhèn)化的發(fā)展， 電網(wǎng)發(fā)展正在逐步實(shí)現(xiàn)從主網(wǎng)側(cè)管理延伸到用戶側(cè)管理， 但農(nóng)村配電網(wǎng)的發(fā)展受地理環(huán)境、 經(jīng)濟(jì)狀況、 負(fù)荷分布等多因素影響， 具有一定的難度和復(fù)雜性， 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)， 電壓控制手段和措施不足， 電壓低的問題尤為突出， 嚴(yán)重影響了配網(wǎng)的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。如何統(tǒng)籌協(xié)調(diào)解決配電線路低電壓現(xiàn)象， 優(yōu)化配網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行質(zhì)量，已經(jīng)成為新時(shí)期人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

1 配電線路低電壓的影響因素

按照配電線路中電壓損失關(guān)系， 可得出電壓簡(jiǎn)易損失估算公式為：

式中，P為電導(dǎo)率，L為導(dǎo)線長(zhǎng)度，S為導(dǎo)線截面積，C為損失系數(shù)。

由此得知， 配電線路越長(zhǎng)， 供電半徑越大， 此時(shí)電壓損失就越高， 配電線路低電壓?jiǎn)栴}就越嚴(yán)重； 配電線路線徑越細(xì)， 截面積越小， 電阻越大， 此時(shí)線路損耗加大， 配電線路低電壓?jiǎn)栴}就越明顯； 配網(wǎng)三相負(fù)荷均衡時(shí)， 系統(tǒng)損失系數(shù)最小， 若三相負(fù)荷不均衡， 損失系數(shù)逐漸加大， 配電線路低電壓風(fēng)險(xiǎn)就越大。

2 配電線路低電壓?jiǎn)栴}分析

某10kⅤ配網(wǎng)位于廣東省南部沿海地區(qū)， 主要負(fù)責(zé)鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民生活供電。該電網(wǎng)于2002 年建成并投入使用， 年限較長(zhǎng)， 線路老化情況嚴(yán)重； 配網(wǎng)覆蓋區(qū)域較廣， 地勢(shì)地貌較為復(fù)雜， 線路供電半徑較長(zhǎng)， 末端低電壓?jiǎn)栴}較為典型， 亟待調(diào)整和優(yōu)化。

2.1 線路設(shè)計(jì)不合理

農(nóng)村地區(qū)由于用戶間隔較遠(yuǎn)， 相對(duì)分散使得配網(wǎng)的架設(shè)范圍較大。同時(shí)， 變電站布設(shè)較少， 變電站間與線路間聯(lián)絡(luò)不足， 負(fù)荷轉(zhuǎn)移難。導(dǎo)致一些輸配電線路要跨越山區(qū)、 河流、 樹林等， 供電半徑過長(zhǎng)， 有些線路的供電半徑已經(jīng)在10km 以上， 甚至某些地區(qū)甚至達(dá)到了50km。另外， 一些老舊線路線徑較小， 這些都對(duì)電壓降有影響。

某農(nóng)村中壓10kⅤ配電網(wǎng)中用戶較為分散， 系統(tǒng)架設(shè)中缺乏嚴(yán)密負(fù)荷預(yù)測(cè)， 選擇就近接入方式， 導(dǎo)致10km 以上長(zhǎng)度的線路比例占12%， 5~10km 線路所占比例約占9%， 1~5km 的線路所占比例為12%， 500m~1km 線路所占比例為22%， 線徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)， 設(shè)置過程中線路選型標(biāo)準(zhǔn)與增長(zhǎng)負(fù)荷不匹配， 線路老舊， 阻抗大， 造成線路壓降明顯上升， 其70%存在低電壓?jiǎn)栴}， 嚴(yán)重影響了配網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量。

2.2 電源過負(fù)荷運(yùn)行

配電線路運(yùn)行過程中很容易出現(xiàn)過載、 重載等現(xiàn)象， 造成線路電流過高， 引起線路損耗加劇， 致使末端低電壓?jiǎn)栴}頻發(fā)。某10kⅤ配網(wǎng)主要采用LGJ-95 型線， 其最大載流量為325A。但2021 年統(tǒng)計(jì)電流數(shù)據(jù)顯示， 該配網(wǎng)中三相電流的最大值分別達(dá)到318.9A、320.8A、 319.6A， 已經(jīng)非常接近最大載流值， 處于重載運(yùn)行狀態(tài)， 嚴(yán)重加大了配網(wǎng)線路損耗。

隨著用戶用電量的逐漸加大， 某10kⅤ配網(wǎng)將無法滿足用戶用電需求， 長(zhǎng)此以往加速線路老化， 甚至造成嚴(yán)重?cái)嚯娛鹿剩?為配網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來嚴(yán)重威脅，在配電線路低電壓?jiǎn)栴}治理過程中需全面重視。

2.3 負(fù)荷三相不平衡

電網(wǎng)損耗與電流的平方成正比例關(guān)系， 當(dāng)三相負(fù)荷平衡時(shí)， 系統(tǒng)的損耗最小。三相負(fù)荷不平衡會(huì)引起三相電壓不平衡， 重負(fù)荷相的電壓損失較大， 供電電壓質(zhì)量較差。

近年來， 隨著農(nóng)村大量單相電動(dòng)機(jī)的普及應(yīng)用，造成用電負(fù)荷劇增的同時(shí)， 也加劇了低壓電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡情況。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示： 2021 年， 某10kⅤ配網(wǎng)中無功損耗超過總無功負(fù)荷的60%以上， 但只有2/3 配電線路設(shè)置無功補(bǔ)償裝置， 三相不平衡引起的低電壓?jiǎn)栴}較為嚴(yán)重。

此外， 一些供電所辦理低壓業(yè)擴(kuò)報(bào)裝電表時(shí)， 沒有對(duì)用戶三相負(fù)荷進(jìn)行分析， 居民兩相表報(bào)裝隨意接在A、 B、 C 三相中的一相， 也加大了低壓三相不平衡的可能性。2021 年， 某10kⅤ配網(wǎng)中4 個(gè)專變用戶的三相不平衡度分別達(dá)到0.46%、 0.42%、 0.41%和0.44%， 造成變壓器與線路的損耗明顯加大， 降低了變壓器的出力， 致使用戶端電壓質(zhì)量下降。

3 配電線路低電壓?jiǎn)栴}的治理策略

3.1 低電壓監(jiān)測(cè)

電壓監(jiān)測(cè)是發(fā)現(xiàn)配電線路低電壓?jiǎn)栴}的重要手段， 可實(shí)現(xiàn)低電壓?jiǎn)栴}的“早發(fā)現(xiàn)”， 以便于“早預(yù)防”、 “早處理”。

某10kⅤ配網(wǎng)低電壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作開展時(shí)可利用低壓集抄裝置實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)主要用于采集低壓側(cè) （220/380Ⅴ） 用 戶， 由 計(jì) 量 自 動(dòng) 化 主 站、 集 中器、 采集器、 電能表、 通信信道等部分組成。其中， 采集器與通信模塊可采集并存儲(chǔ)電能表電壓數(shù)據(jù)， 并與集中器進(jìn)行雙向通訊， 集中器再通過遠(yuǎn)程通信信道將電能表數(shù)據(jù)發(fā)送至系統(tǒng)主站。與此同時(shí)， 手持抄表設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電能表、 采集器、 集中器的電壓數(shù)據(jù)也能實(shí)現(xiàn)抄讀和參數(shù)設(shè)置， 如圖1 所示。

圖1 低壓集抄系統(tǒng)

為進(jìn)一步提升低電壓監(jiān)測(cè)的可靠性、 準(zhǔn)確性和有效性， 在低壓集抄過程中可先設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)， 一般取首端25%、 中段25%、 末端50%； 然后， 按要求下發(fā)電壓采集任務(wù)， 由主站向集中器下發(fā)任務(wù)清單， 集中器按任務(wù)要求定時(shí)采集電能表電壓數(shù)據(jù)并主動(dòng)上送至主站； 最后， 主站將數(shù)據(jù)顯示在菜單欄中， 并對(duì)抄表電壓、 電流等進(jìn)行驗(yàn)證， 若電壓低于閾值， 則顯示“線路低電壓”告警。

3.2 低電壓治理

一般而言， 對(duì)于三相負(fù)荷不平衡、 低壓線路半徑過細(xì)等由于影響供電能力而導(dǎo)致低電壓， 可以分別采用平衡分配新接入用戶負(fù)荷、 增大導(dǎo)線半徑的方式治理； 對(duì)于缺少無功補(bǔ)償設(shè)備或者裝有無功補(bǔ)償設(shè)備但效果不佳等由無功補(bǔ)償不當(dāng)導(dǎo)致的低電壓， 可以分別采用增加并聯(lián)電容器、 優(yōu)化無功補(bǔ)充控制策略治理；對(duì)于由于供電半徑大等影響調(diào)壓能力而導(dǎo)致的低電壓， 可以采用將部分末端負(fù)荷轉(zhuǎn)移至其他臺(tái)區(qū)供電、無功補(bǔ)償與調(diào)壓器組合等方式治理。

因此， 在某10kⅤ配網(wǎng)低電壓?jiǎn)栴}治理過程中， 必須做好線路改造升級(jí)、 負(fù)荷調(diào)整優(yōu)化， 并同時(shí)增加無功補(bǔ)償裝置， 即：

（1） 供電線路改造。某10kⅤ配網(wǎng)供電半徑、 截面面積等均無法滿足現(xiàn)階段安全用電需求。為提升線路供電能力， 在改造過程中應(yīng)做好供電半徑的調(diào)整和優(yōu)化， 針對(duì)用戶數(shù)量、 用電關(guān)系、 供電路徑等， 合理選取中心點(diǎn)， 減小供電半徑， 降低不必要的線路損耗。必要情況下可以適當(dāng)增加支線， 以確保供電半徑滿足F 類 （鄉(xiāng)村） 地區(qū)規(guī)定； 為保障三相負(fù)荷均衡， 降低線路損耗， 在配電線路設(shè)計(jì)過程中應(yīng)參照壓降公式， 按照功率因數(shù)指標(biāo) （0.9）， 負(fù)載率80%， 設(shè)計(jì)有效供電方案。如可依照三相負(fù)荷計(jì)算公式判斷電壓波動(dòng)情況：

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

此時(shí)， 若低電壓?jiǎn)栴}明顯， 應(yīng)優(yōu)化配電線路參數(shù)， 選取符合規(guī)格指標(biāo)的導(dǎo)線線型、 截面面積等， 保證其電阻、 電抗等參數(shù)達(dá)標(biāo)， 如表1所示。

表1 配電線路導(dǎo)線參數(shù)

（2） 臺(tái)區(qū)負(fù)荷調(diào)整。某10kⅤ配網(wǎng)中4個(gè)臺(tái)區(qū)用戶用電負(fù)荷較高， 在夏季用電高峰期基本長(zhǎng)期重載運(yùn)行，末端低電壓形勢(shì)嚴(yán)峻。為解決該問題， 可適當(dāng)增加新的臺(tái)區(qū)， 以減少原有區(qū)域的供電面積， 降低配網(wǎng)線路損耗， 提升用戶用電質(zhì)量。與此同時(shí)， 還要控制好用戶報(bào)裝環(huán)節(jié)， 對(duì)過載、 重載臺(tái)區(qū)的報(bào)裝類型、 報(bào)裝數(shù)量等進(jìn)行全面分析， 依照實(shí)際電壓負(fù)荷數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整， 避免由負(fù)荷分布不均衡、 單一負(fù)荷過于集中等引起的配電線路低電壓缺陷。

（3） 無功補(bǔ)償優(yōu)化。某10kⅤ配網(wǎng)中缺乏合理的無功補(bǔ)償裝置和自動(dòng)調(diào)壓裝置， 在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)增設(shè)SⅤG無功發(fā)生器， 配合ULTC無功功率控制， 有效調(diào)壓補(bǔ)償， 以降低配網(wǎng)無功損耗， 改善配網(wǎng)電壓質(zhì)量。一般低壓配網(wǎng)過程中無功補(bǔ)償功率因數(shù)不可低于0.9， 可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整； 可安裝自動(dòng)調(diào)壓器， 利用調(diào)壓裝置加大配電線路中的阻抗， 利用諧波電壓抬高末端低電壓， 從而達(dá)到電壓補(bǔ)償?shù)男Ч?。目前?市場(chǎng)上常用的自動(dòng)調(diào)壓器主要由分接開關(guān)、 智能部分及自耦變壓器組成。其中， 智能部分可監(jiān)測(cè)配電線路運(yùn)行過程中的電壓參數(shù)， 配合自耦變壓器增大線路電流， 抬高后端電壓， 調(diào)壓效果非常明顯， 具有廣闊的市場(chǎng)前景。

某10kⅤ配網(wǎng)低電壓治理過程中， 按照上述方案進(jìn)行針對(duì)性調(diào)控， 低電壓?jiǎn)栴}得到有效緩解， 詳見表2。

表2 某10kV配網(wǎng)低電壓治理效果

4 結(jié)束語(yǔ)

配電線路低電壓?jiǎn)栴}直接影響著用戶用電質(zhì)量，是新時(shí)期用電管理的重中之重。在低電壓治理過程中， 一是要做好配電升級(jí)改造， 在設(shè)備調(diào)整、 線路優(yōu)化、 新增臺(tái)區(qū)等基礎(chǔ)上， 縮短供電半徑、 降低線路損耗、 調(diào)整用電分布； 二是要做好調(diào)壓控制， 利用無功損耗補(bǔ)償裝置、 自動(dòng)調(diào)壓器、 并聯(lián)電容器等， 改善系統(tǒng)功率因數(shù)， 抑制電壓波動(dòng)， 最大限度改善配網(wǎng)運(yùn)行的安全性、 可靠性和穩(wěn)定性。