配電網長線路低電壓問題研究

傅旭華，吳群雄，龔華勇，林旭義

（1.國網浙江省電力公司經濟技術研究院，杭州 310008；2.國網浙江省電力公司麗水供電公司，浙江 麗水 323000；3.國網浙江麗水市蓮都區(qū)供電公司，浙江 麗水 323000；4.國網浙江青田縣供電公司，浙江 青田 323900）

電壓是電能質量的重要指標，電壓質量對電網穩(wěn)定及電力設備安全經濟運行、工農業(yè)安全生產和人民生活用電都有直接影響。局部地區(qū)存在配電網線路較長、線徑較細、帶載能力差等問題。隨著社會經濟的發(fā)展，用電負荷不斷增加，部分地區(qū)線路電壓低于國家標準，甚至出現設備不能正常使用的情況。為了保證廣大用戶的用電質量，配電網長線路低電壓問題的研究就顯得很有必要。

1 配電網電壓調節(jié)的主要方法

國家標準GB/T 12325《電能質量 供電電壓偏差》中規(guī)定：35kV及以上供電電壓正、負偏差的絕對值之和不超過標稱電壓的10%；20kV及以下三相供電電壓偏差為標稱電壓的±7%；220 V單相供電電壓偏差為標稱電壓+7%，-10%。

小水電大多分布在遠離負荷中心的山區(qū)，這些區(qū)域電網網架普遍存在10kV或者35kV變電站布點稀少、輸變電設備陳舊且供電半徑大、負荷分散等問題，直接導致含小水電的配電系統(tǒng)運行不穩(wěn)定、電壓無功分布隨季節(jié)變化大幅波動。山區(qū)小水電是直接以“串燈籠”的方式掛接在10kV配電線路上，當水電發(fā)電較多時，線路末端電壓嚴重偏高；在枯水期時由于沒有小水電的支撐作用，過長的供電半徑又會導致線路末端電壓偏低。

針對10kV配電線路目前存在的低電壓問題，采取的主要措施有：新建變電站；新建小水電專線；變壓器有載調壓；補償無功功率；補償無功功率+雙向饋線自動調壓器。表1列出了上述電壓調節(jié)措施的主要作用及其缺點。

表1 各種電壓調節(jié)方法對比

新建變電站投資太大、工期長、投運之后的人工費及維護費用也很高；而新建小水電線路一則投資較大，二則只能解決特定區(qū)域的電壓問題，覆蓋面積較小；主變壓器（簡稱主變）有載調壓只能解決線路前端靠近變電站的電壓問題，對于供電半徑較長的線路，其中后端的電壓問題仍然無法得到解決；而僅僅補償無功功率，或者僅使用調壓器，在重負荷期，則無法達到國標規(guī)定的電壓標準；相比于這幾種低電壓治理方案，無功補償與調壓器結合的方法，不僅投資小、周期短、見效快、使用靈活而且在負荷較重時，也能保持電壓在規(guī)定的范圍內。

浙江青田高市175線屬于農網線路，主干線的線型為LGJ-95（18.84 km），線路上T接有3個水電站，水電站升壓變壓器容量分別為麻埠電站640 kVA、高市電站1000 kVA和西源電站1260 kVA。

為了解決線路枯水期電壓低、豐水期電壓高的問題，2009年在青田高市175線路主干線54號桿與55號桿之間安裝了1臺BSVR（雙向饋線自動調壓器），投運后效果良好；但在枯水期及負荷較重時，線路功率因數較低，調壓效果一般。

結合高市175線目前的實際運行情況，認為再加裝1臺DWK（線路無功補償裝置）是目前最經濟有效的調壓手段。

2 運行效果分析

配電網中線路電壓損耗的大小取決于電壓降落的縱分量ΔU：

式中：R為線路等值電阻；X為線路等值電抗；P為線路輸送的有功功率；Q為線路輸送的無功功率；U為線路運行電壓。

高市175線相關參數如表2所示。為了便于工程計算，高市175線負荷的等效圖如圖1所示。

表2 高市175線路參數

圖1 高市175線等效負荷

按照負荷等效圖，假設安裝設備前后，變電站出口電壓、系統(tǒng)有功及無功功率保持不變，將線路相關參數代入式（1），計算枯水期及豐水期各點電壓，計算結果如表3和表4所示。

表3 枯水期高市175線各點理論計算電壓

表3、表4的理論計算結果表明，采用BSVR能夠解決高市175線存在的電壓問題，但在枯水期負荷重時，線路末端電壓處在合格邊緣，加裝DWK后，BSVR及DWK二者相互配合綜合調節(jié)，能夠解決枯水期負荷重時的線路末端電壓不合格問題，使得整條線路在各個時期電壓都處在合格范圍內。

表4 豐水期高市175線各點理論計算電壓

3 設備運行及實測分析

3.1DWK及BSVR設備

DWK主要用于6kV與10kV配電線路中，可根據電壓、時間、功率因數、無功功率等參數，利用微機技術控制并聯電容器組的投切，減少無功電流在配電線路中間的流動，從而達到提高功率因數、降低線損、改善電壓質量等目的。該裝置主要由智能控制器、電容器、真空接觸器、電流互感器、電壓互感器、避雷器、跌落式熔斷器等部件組成。

DWK的智能控制器采集線路實時電壓和電流，經過控制器運算處理，發(fā)出投切電容器指令，控制真空接觸器分合，從而實現對電容器的自動投切。戶外跌落式熔斷器對裝置進行短路保護，一旦裝置內部有短路故障，熔斷器立即熔斷，防止裝置故障擴大，避免對線路造成損害。

BSVR是一種自動跟蹤輸入電壓變化而保證其輸出電壓穩(wěn)定的三相雙方向調壓裝置，廣泛運用于6kV，10kV以及35kV供電系統(tǒng)中，在±20%的范圍內對輸入電壓進行自動調節(jié)。BSVR雙向步進式電壓調整器，由內部控制器、潮流識別器件及檔位采樣回路、分接開關控制回路等構成。潮流方向識別器件將電流信號和電壓信號采入后進行比較判斷，根據不同的潮流方向控制分接開關動作，始終保持BSVR輸出端電壓恒定。

3.2 設備運行及實測分析

為了驗證設備投入后的使用效果，BSVR及DWK投運前后，對線路各點進行電壓實地測量。

在枯水期，BSVR及DWK投運前后線路各點電壓如表5所示。

表5 枯水期高市175線各點實測電壓

實測結果表示，枯水期時，通過安裝BSVR及DWK綜合調節(jié)后，主干線末端及各支線上的電壓都得到了提高，解決了線路電壓不合格的問題，保證了枯水期時線路上用戶用電的質量。

在豐水期時，線路電壓偏高，主要通過BSVR調節(jié)線路電壓，BSVR及DWK投運前后線路各點電壓如表6所示。

表6 豐水期高市175線各點實測電壓

實測結果表明，通過BSVR及DWK綜合調節(jié)后，安裝點的電壓可以穩(wěn)定輸出在9.6kV左右，線路各點電壓均有所降低，如主干線末端由安裝調壓器前的12.04kV降為安裝后的9.89kV。

3.3 小水電發(fā)電對線路電壓的影響

根據近3個月的監(jiān)測，設備運行狀態(tài)良好，在豐水期電壓調節(jié)效果明顯，電壓基本保持在合格范圍內，線路上客戶反映電壓質量合格，未出現以前因小水電發(fā)電導致線路電壓過高的情況。枯水期時，電能主要由變電站提供，經線路首端BSVR調節(jié)，使得線路出口電壓穩(wěn)定在9.8kV左右，但由于線路較長，后端用戶在負荷較重時，會出現電壓越下限的情況；DWK投運后，經BSVR和DWK綜合調節(jié)，使得線路出口電壓穩(wěn)定在10.3kV左右，保證整條線路在枯水期負荷較重時電壓合格。

在調壓設備安裝前后分別對線路小水電滿功率發(fā)電和不發(fā)電時，線路電壓進行實地測試，測試數據見圖2和圖3。

圖2 豐水期高市175線某月測試數據

圖3 枯水期高市175線某月測試數據

通過現場實測運行數據和用戶反饋信息可以看出，采用本文提出的電壓調節(jié)方案后，該線路的電壓質量得到了很大的改善。通過BSVR在線路首段將電壓升高，既降低了小水電向主網輸送電能的出口電壓，又提高了線路上客戶的電壓合格率。通過安裝DWK，解決了枯水期及負荷較重時，線路無功缺額大，調壓效果不明顯的問題。

4 結語

針對含小水電配電網長線路所存在的電壓質量問題，提出了利用BSVR和DWK相結合解決配電網低電壓問題的方法，并將該方法應用于浙江青田高市175線，電壓質量得到了改善，保證了枯豐水期的電壓都處在合格范圍內，印證了所提出的方法是現階段解決配電網電壓質量問題經濟有效的手段。

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