黃桂蘭 林 韓 蔡金錠

（1. 福州大學電氣工程與自動化學院，福建 閩侯 350116；2. 福建省電力有限公司技術(shù)中心，福州 350007；3. 福建省電力有限公司，福州 350003）

1 低電壓成因分析

1.1 電壓損耗理論計算

如圖1所示為線路的等值電路，在低壓網(wǎng)絡(luò)中，考慮到電壓降縱分量δU對電壓絕對值大小影響很小，故電壓損耗（電壓損耗是指線路始末兩端電壓的數(shù)值差）可以近似為[1-2]：

式中，P為線路輸送的有功功率；Q為線路輸送的無功功率；R線路電阻；X為線路電抗；UN為線路額定電壓；r為導(dǎo)線單位長度電阻；x為導(dǎo)線單位長度電抗；L為導(dǎo)線的長度。

1.2 成因分析

由式（1）可知，電壓損耗主要與線路輸送有功功率P，無功功率Q，線路電阻R、線路電抗X四個主要因素有關(guān)。

圖1 電壓降落計算模型

1）低壓損耗與電阻的關(guān)系

由式（1）可知，當其余因素不變時，電壓降與電阻成一定的比例關(guān)系，而線路電阻與線路的長度L、導(dǎo)線的額定截面積s、導(dǎo)線材料特性ρ等有關(guān)。線路電阻過大導(dǎo)致的低電壓成因主要有以下幾方面：

（1）10kV及低壓供電距離變長。

作為一名校長，他所面臨的角色和功能其實在許多方面和教育局局長所面臨的有很大不同，原因很簡單，那就是對一名校長來說，面臨的不僅是權(quán)力、權(quán)力分配、民主和權(quán)力的分享等，他還要面臨一些技術(shù)問題，如師資培養(yǎng)、課程、教學、家校溝通等。那么，處于校長的位置，他們會遇到哪些限制與約束呢？

（2）與線徑大小有關(guān)，主要是10kV線徑小，低壓主干、分支線線徑小，及接戶線、表后線線徑小。

（3）供電距離變長及線徑變小，主要為線路老化接頭多。

2）低壓損耗與負荷的關(guān)系

由式（1）可知，線路電壓損耗與負荷P成一定比例關(guān)系，當其他條件不變的情形下，線路負荷越大，電壓損耗越大，反之越小。在實際中，由變電站出線的某 10kV饋線超重載引起的臺區(qū)低電壓現(xiàn)象很少，而大部分 10kV線路超重載是由于線路選型不合理所導(dǎo)致，因此本文針對 10kV線路重載情況不擴展討論，本文討論的重點是配變超重載造成配變低壓側(cè)首端低壓下降的情況。

3）低壓損耗與無功補償?shù)年P(guān)系

由式（1）可知，電壓損耗與無功成一定比例關(guān)系，在實際線路運行中：

（1）變電站10kV母線有若干組無功補償裝置，無功較為富余，未出現(xiàn)無功缺額情況變電站 10kV出線的功率因數(shù)及電壓都很穩(wěn)定；

（2）配變低壓側(cè)首端也安裝若干組電容器，無功也較為富余，在配變未出現(xiàn)超重載情形下，其配變低壓側(cè)首端的功率因數(shù)基本都維持在0.95以上。

因此在實際配網(wǎng)系統(tǒng)中，無功補償不足一般都是出現(xiàn)在10kV及0.4kV低壓線路。

4）其他成因

在實際中，部分電壓損耗是由于電阻、有功負荷及無功負荷三者綜合造成的，如三相不平衡、單相（二線）供電等其他原因。

三相不平衡引起的低電壓主要由以下造成：

（1）三相負荷均分接入時，由于用戶用電習慣不一致導(dǎo)致負荷不均衡，最終引起某一相（或兩相）電壓過低，該類原因?qū)儆诩夹g(shù)上原因。

（2）配變低壓側(cè)三相負荷接入不均勻，存在單相（二線）超重載，屬于管理上的原因。

2 低電壓治理措施

2.1 供電距離過長對應(yīng)的治理措施

10kV供電距離過長在實際中較為有效的措施有三方面：①在 10kV供電線路中加裝無功補償裝置，提升10kV線路功率因數(shù)，降低線路電壓損耗；②在10kV線路中裝設(shè)線路調(diào)壓器，提升10kV線路輸送容量，提高線路末端電壓；③在配變首端應(yīng)用寬幅調(diào)壓變壓器，擴大配變檔位調(diào)節(jié)，使配變低壓側(cè)電壓維持穩(wěn)定。

同時，低壓供電距離過長可通過新建臺區(qū)，分割負荷；加裝低壓線路調(diào)壓器；加裝低壓無功補償?shù)却胧┻M行電壓提升。

2.2 線路線徑過大對應(yīng)的治理措施

針對線徑偏小的根治措施主要有以下幾方面措施：①針對線路線徑偏小且容易更換的情況，則應(yīng)優(yōu)先考慮更換大容量導(dǎo)線，降低電壓損耗；②如果線路導(dǎo)線不容易更換，則可考慮應(yīng)用無功補償裝置，減少無功損耗，提升功率因數(shù)，降低電壓損耗。

2.3 配變超重載對應(yīng)的治理措施

針對配變超重載引起的配電變壓器電壓損耗率變大的問題，一般情況下，采用配變增容是最有效的解決方式。

2.4 三相不平衡對應(yīng)的治理措施

針對三相負荷不平衡引起的三相低壓偏差的問題，可通過兩方面措施進行治理：①技術(shù)上的治理，即在負荷不平衡的分支線加入自耦變壓器，調(diào)節(jié)各相電壓，使其輸出電壓基本一致；②管理上的治理，即通過提高管理措施，平衡三相有功負荷，來減輕重載相的負荷，以達到提高該相電壓的作用[3-4]。

3 供電模型搭建及仿真分析

以某農(nóng)村實際一臺區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)為例，搭建PSCAD仿真模型，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。假設(shè)初始情況下該臺區(qū)設(shè)備的參數(shù)為[5-6]：配變?nèi)萘?50kVA；用戶合同容量為 426kVA；某一時刻實際用戶用電容量為 225kVA，A相、B相、C相各為75kVA，功率因數(shù)均為0.9，即三相總負荷平衡。10kV線路選用LGJ-150，長度15km；低壓線路主干線選用LGJ-70，低壓分支線選用LGJ-50，低壓線路供電半徑為500m，即F點為低壓線路最末端；其中I點所接負荷為A相6kVA、B相11kVA、C相4kVA，H點所接負荷為 A相 10kVA、B相 7kVA、C相15kVA，即主干線GI段、分支線KH段三相負荷不平衡；其余線路三相負荷均平衡。根據(jù)上述條件仿真，得出各節(jié)點電壓值見表1。

圖2 某臺區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)圖

表1 臺區(qū)初始條件下各節(jié)點電壓

根據(jù)文獻[7]中的規(guī)定：220V電壓允許偏差范圍為-10%～+7%，380V電壓允許偏差范圍為±7%，電壓偏差范圍見表2。則由表1的仿真結(jié)果可看出，F(xiàn)點由于處在低壓線路最末端，其電壓值小于198V，不符合電壓要求；I、H點由于所接三相負荷不平衡，其三相電壓值也不平衡，且 H點三相低壓均低于198V，不滿足電壓要求。針對上述初始情況造成的低電壓問題，下面提出以下幾點治理措施。

表2 合格電壓范圍

3.1 提高配變?nèi)萘?/h3>

根據(jù)造成低電壓的成因分析，由于該臺區(qū)實際負荷占配變總?cè)萘康?0%，配變處于重載狀態(tài)，配變內(nèi)部電壓損耗較大，配變低壓側(cè)首端電壓只有214.8V。因此首先提高配變的容量，使其提升至315kVA。則配變低壓側(cè)首端B點相電壓變化情況如圖3所示，各節(jié)點電壓值見表3。由圖3可知，由于配變?nèi)萘刻嵘渥兊呢撦d率下降，使得配變內(nèi)部電壓損耗減小，配變低壓側(cè)首端電壓得到提高，效果明顯。

圖3 配變?nèi)萘刻岣吆?/p>

表3 配變?nèi)萘刻岣吆蟾鞴?jié)點電壓

3.2 裝設(shè)無功補償裝置

由 3.1中仿真結(jié)果分析，配變低壓側(cè)首端電壓仍低于220V，這是由于10kV線路損耗造成的。且F點由于處于線路最末端，其電壓水平不滿足要求。根據(jù)中低壓線路過長造成的低壓問題，其對應(yīng)治理措施可在 10kV線路首端和配變低壓側(cè)首端加裝無功補償裝置，提升功率因數(shù)。則在 3.1的仿真條件基礎(chǔ)上加裝無功補償裝置，其對應(yīng)各節(jié)點電壓見表4，B點單相電壓變化情況如圖4所示。

表4 裝設(shè)無功補償后后各節(jié)點電壓

圖4 裝設(shè)無功補償后

3.3 增大分支線線徑

由 3.2中仿真結(jié)果可知，加裝無功補償后配變低壓側(cè)首端低壓提升至 220V以上，但是由于低壓線路的損耗，最末端F點的電壓依然不符合要求。則應(yīng)考慮其分支線路線徑選擇過小造成電壓損耗大的原因，對應(yīng)的解決措施可有效更換分支線。則在3.2的仿真條件基礎(chǔ)上更換分支線路EF為LGJ-70，更換后其對應(yīng)各節(jié)點電壓見表5，F(xiàn)點單相電壓變化情況如圖5所示。

表5 更換分支線后各節(jié)點電壓

圖5 更換分支線后

3.4 接入自耦變壓器

由3.3中仿真結(jié)果可知，除I、H點三相電壓不平衡外，其余各點電壓均已滿足用戶用電要求。針對線路GI、KH段三相負荷不平衡，在這兩段線路中接入自耦變壓器，調(diào)節(jié)末端I、H點三相電壓平衡。文獻[5]中提出自耦變壓器存在公共繞組，由降壓變壓器和升壓變壓器兩種，且其變比可調(diào)[8]。因此可在 3.3仿真條件的基礎(chǔ)上接入兩組三相自耦變壓器并調(diào)節(jié)其變比，其對應(yīng)各節(jié)點電壓見表6，I、H點三相電壓變化情況如圖6所示。

表6 接入自耦變壓器后各節(jié)點電壓

圖6 接入自耦變壓器后

經(jīng)過上述一系列措施處理后，各節(jié)點電壓均在198V以上，且各節(jié)點三相電壓基本平衡，滿足用戶用電電壓要求。

4 結(jié)論

本文采用PSCAD/EMTDC軟件，通過實例仿真驗證輸電線路距離過長、輸電線路線徑過小、三相負荷不平衡等情況造成的居民用電低電壓現(xiàn)象。文中根據(jù)造成低電壓現(xiàn)象的原因主次順序分別選用相應(yīng)的措施進行低電壓治理，且取得了一定成效，為農(nóng)村偏遠地區(qū)長期存在的低電壓治理問題提供了依據(jù)。

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