低壓配電系統(tǒng)的電氣參數(shù)分析

李超平

摘要：低壓配電系統(tǒng)的電氣參數(shù)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)有著積極意義，然而現(xiàn)行的低壓配電網(wǎng)并沒(méi)有電氣參數(shù)的測(cè)試程序，而且一個(gè)供電營(yíng)業(yè)區(qū)內(nèi)低壓配電網(wǎng)總量龐大，對(duì)設(shè)備、線路逐一試驗(yàn)的工作量超大，不具備可行性。文章旨在提出可行的電氣參數(shù)估算方法，并為現(xiàn)實(shí)低壓配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)提供參考。

關(guān)鍵詞：低壓配電系統(tǒng)；電氣參數(shù)；運(yùn)行分析；故障分析；電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TM727 文章編號(hào)：1009-2374（2016）32-0052-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.025

低壓配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)末端的一環(huán)，也是節(jié)能降耗、控制電壓質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。然而現(xiàn)行低壓配電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)方式較為粗放，總體線損率偏高，負(fù)荷峰期電壓合格率低，運(yùn)營(yíng)效率不高。

造成這種現(xiàn)象的主要原因是，臺(tái)區(qū)建成投運(yùn)前并沒(méi)有完備的電氣參數(shù)測(cè)試程序，運(yùn)行單位對(duì)低壓配電系統(tǒng)各元件的電氣參數(shù)了解不足。工程立項(xiàng)缺乏數(shù)據(jù)支撐，低壓配電網(wǎng)升級(jí)改造方案全靠經(jīng)驗(yàn)，立項(xiàng)依據(jù)片面、不完善，立項(xiàng)目標(biāo)難以達(dá)成。由于經(jīng)驗(yàn)估算與運(yùn)行實(shí)際差距大，往往讓臺(tái)區(qū)綜合線損率高居不下，用電高峰時(shí)段用戶的電壓質(zhì)量同樣難以滿足。另外，在故障分析和定位方面，缺失低壓配電系統(tǒng)的電氣參數(shù)，難以從其故障特征方便快捷地判斷故障類(lèi)型、尋找故障點(diǎn)，排障時(shí)間長(zhǎng)成為損失供電量的重要原因，并且降低供電可靠性。掌握低壓配系統(tǒng)的電氣參數(shù)對(duì)低壓配電網(wǎng)的投資建設(shè)、升級(jí)改造及運(yùn)行維護(hù)均有積極意義，對(duì)低壓配電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)效益起著關(guān)鍵作用。因沒(méi)有簡(jiǎn)單快捷的測(cè)量方式以應(yīng)付龐大的測(cè)試工作量，電氣參數(shù)的獲取只能通過(guò)物理模型進(jìn)行估算。

1 系統(tǒng)模型分析

公用配變臺(tái)區(qū)主要由10kV配變、0.4kV線路及0.4kV電纜三部分組成，電源、輸送還有功率消耗共同組成了低壓配系統(tǒng)。10kV配電變壓器從中壓配電網(wǎng)絡(luò)取電，將10kV電能轉(zhuǎn)換成電壓等級(jí)更低的0.4kV電能供給臺(tái)區(qū)低壓用戶，是低壓配電網(wǎng)的電源。常用的10kV公用配電變壓器采用Dy11接線方式，高壓側(cè)為三角型接線，低壓側(cè)則采用星型中性點(diǎn)接地的三相四線制TN系統(tǒng)方式供電，高低壓側(cè)相位相差30°。

配變電壓器常用有Π型和Γ型兩種等效電路，Π型等效電路采用兩并聯(lián)支路分別代表高低壓各側(cè)繞組勵(lì)磁支路的有功及無(wú)功損耗，能夠反映高低壓繞組之間的電壓損耗，具有較高的計(jì)算精度；而Γ型等效電路則是單支路等效整臺(tái)變壓器的勵(lì)磁損耗，計(jì)算模型更簡(jiǎn)單且精度在可接受范圍內(nèi)，因而本文采用Γ型等效電路分析10kV配電變壓器電氣參數(shù)。由變壓器短路試驗(yàn)可得：

電纜因比絕緣導(dǎo)線多了屏蔽層、鎧裝等，運(yùn)行中的電纜分布電容應(yīng)考慮到計(jì)算模型中，而且其中芯線的金屬導(dǎo)體布置得更加緊湊，無(wú)法應(yīng)用固定的分析方法計(jì)算電纜的電氣參數(shù)，建議通過(guò)該型號(hào)電纜手冊(cè)查出。

除各元件外，負(fù)荷也是低壓配電系統(tǒng)的重要一環(huán)。在現(xiàn)實(shí)運(yùn)行當(dāng)中，三相負(fù)荷不能做到絕對(duì)平衡，三相四線制的低壓系統(tǒng)當(dāng)中，零線的作用可以使負(fù)載不平衡度低的三相線路大致維持電壓對(duì)稱(chēng)，各相電壓大致相等，為了方便計(jì)算可以轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)單的負(fù)荷消耗模型，網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)負(fù)荷的位置即可在低壓?jiǎn)尉€圖上標(biāo)注。根據(jù)各用戶的用電容量、功率因數(shù)、利用系數(shù)等負(fù)荷數(shù)據(jù)，即可以確定網(wǎng)絡(luò)的潮流分布。

2 運(yùn)行分析

臺(tái)區(qū)綜合線損率和售電電壓是低壓配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的兩個(gè)重要指標(biāo)。臺(tái)區(qū)綜合線損可分類(lèi)為管理線損和理論線損，其中管理線損包括一、二次抄表誤差、竊電等，有一定的隨機(jī)性；而理論線損則由網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潢P(guān)系決定，但目前依然依靠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)估算。售電電壓取決于電源電壓以及低壓配電線路上產(chǎn)生的電壓降落，通常單相合格范圍在，而三相在。

低壓配電網(wǎng)多為輻射式布局，可根據(jù)主線、支線以及負(fù)荷分布進(jìn)行分段，結(jié)合各段線路上流過(guò)的符合電流，通過(guò)典型的功率損耗、電壓降落計(jì)算公式，可以估算出臺(tái)區(qū)理論線損、重要節(jié)點(diǎn)電壓等。

3 故障分析

分析低壓配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、潮流分布的意義不僅在正常運(yùn)行狀態(tài)下評(píng)估臺(tái)區(qū)供電的經(jīng)濟(jì)效益和電能質(zhì)量，在一定程度上還有助于低壓配電網(wǎng)的故障分析。

經(jīng)過(guò)多年的積累，主網(wǎng)的故障分析方法及繼電保護(hù)判別邏輯早已非常成熟，然而在低壓配電網(wǎng)領(lǐng)域則少有研究，而且低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行情況與主網(wǎng)有較大區(qū)別，主網(wǎng)的分析方法不能完全套用。一方面由于零線（N）、保護(hù)地線（PE）的存在使得故障的種類(lèi)更繁多；另一方面電壓等級(jí)低也讓故障的特征與正常運(yùn)行的情況區(qū)別不明顯，分析低壓配電網(wǎng)的故障類(lèi)型及尋找故障點(diǎn)顯得尤為困難。

在主網(wǎng)輸電線路中有A、B、C、G四種點(diǎn)位，光短路故障就有10種情況，而低壓配電網(wǎng)若采用TNS配電方式，系統(tǒng)中還有N、PE兩種電位，短路故障的種類(lèi)則更加多，因而故障類(lèi)型更加難以確定。

在高壓輸電網(wǎng)中，以單相接地為例，故障發(fā)生后往往會(huì)發(fā)生遠(yuǎn)高于正常運(yùn)行的故障電流而觸發(fā)繼電保護(hù)裝置跳閘切斷故障。而在低壓配電網(wǎng)中，配變低壓側(cè)采用型三相繞組星型接線、中性點(diǎn)直接接地，接地電阻要求在4Ω以內(nèi)。試想，低壓配電網(wǎng)發(fā)生單相接地，故障環(huán)（包括繞組、線路阻抗、接地過(guò)渡電阻和接地電阻）總阻抗較大，短路容量?jī)H為幾十千伏安，甚至比正常負(fù)荷容量更小，并不足以觸發(fā)低壓開(kāi)關(guān)速斷跳閘，系統(tǒng)仍帶故障運(yùn)行，而此時(shí)故障相可能已失壓，嚴(yán)重影響該相的電能質(zhì)量。

零線帶電也是低壓配電網(wǎng)中一種嚴(yán)重的故障，不但容易釀成人身觸電事故，而且損害用電設(shè)備造成用戶經(jīng)濟(jì)損失。正常情況下，三相負(fù)荷基本平衡，零線上所帶電壓僅為不平衡電流流過(guò)零線阻抗產(chǎn)生的微小電壓，基本可以忽略，因此零線并不能對(duì)人身安全構(gòu)成威脅。由于配變低壓側(cè)最靠近零接線柱的是A相，0.4kV敷設(shè)時(shí)也是A相與零線相鄰敷設(shè)的，所以最易發(fā)生接零的也是A相導(dǎo)線。當(dāng)發(fā)生A相接零時(shí)，情況則大不相同，故障點(diǎn)A相電壓大幅降低而零線電壓則大幅升高。故障環(huán)總阻抗包括A相繞組內(nèi)阻、線路阻抗和接零的過(guò)渡阻抗（如絕緣弱化的導(dǎo)線絕緣層、絕緣層破損點(diǎn)之間的灰塵等產(chǎn)生的形成的電阻），而此時(shí)A相繞組的電動(dòng)勢(shì)僅為0.231kV，短路故障電流同樣不足以引起低壓開(kāi)關(guān)跳閘（見(jiàn)圖2和圖3）。

4 結(jié)語(yǔ)

粗放式建設(shè)方式已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代低壓配電網(wǎng)的發(fā)展，取而代之的是精確的電網(wǎng)規(guī)劃。同時(shí)單憑經(jīng)驗(yàn)的故障處理方法也不再適合現(xiàn)代電網(wǎng)的故障搶修，故障快速定位勢(shì)在必行。一切變革的重心在于低壓配電系統(tǒng)參數(shù)的掌握，上述估算方式既避免了繁復(fù)的電氣參數(shù)測(cè)試，又能獲得較具準(zhǔn)確性的電氣參數(shù)，對(duì)低壓配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)有著積極的意義。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：王 波）