低電壓治理裝置適用性分析

潘春玲 劉振 周耀東 朱蕖芳 周野

[摘 要] 居民用電、企業以及工廠用電是低壓臺區用電負荷的主要類型，由于輸電線路長且用電負荷隨機性較強，容易出現三相電壓不平衡的問題，影響電網的穩定性和用電安全性。文章分析了低壓臺區低電壓形成中電壓、電流的影響，并針對性地提出了低電壓問題的治理原則，以此為基礎分析了不同低電壓治理裝置的原理和適用性，希望可以為類似問題的處理提供參考。

[關鍵詞] 低電壓；治理裝置；適用性

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 19. 035

[中圖分類號] F273 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2018）19- 0082- 02

0 引 言

伴隨著工業經濟的發展和社會生活方式的改變，低壓用戶對于供電質量提出了更高的要求。受到輸電線路和用電負荷波動的影響，目前低壓臺區仍然存在三相電壓不平衡和電壓偏低的供電質量問題。為了保障低壓供電的質量必須要選用合適的低壓治理裝置進行處理，提高供電企業服務水平。

1 低電壓成因分析

1.1 正序壓降的成因

低壓臺區的正序壓降會受到區域內用電負荷的正序有功功率、正序無功功率以及輸電線路和變壓器等效正序阻抗等因素的影響發生波動，正序壓降與用電負荷的正序功率、輸電線路和變壓器的等效正序阻抗成正相關，也就是說正序壓降會隨著正序阻抗和正序功率的增大而增大。居民用電是低壓臺區用電負荷的主要類型，由于該種用電的電功率因數較高，因而輸電線路等效阻抗多為電阻分量，正序壓降以正序有功壓降為主。企業用電也是低壓臺區的主要用電類型之一，當該區域企業用電較多且用電功率因數較低時，需要考慮無功功率影響下的正序壓降，結合實際情況選擇具體的低電壓治理裝置。

1.2 負序電壓的成因

不平衡用電負荷的存在導致了負序電流的產生，當不平衡的用電負荷流向電力系統時，輸電線路以及變壓器的等效負序阻抗上就會有負序電壓的產生。輸電線路的等效阻抗與供電末端的距離以及三相負荷用電的平衡性是影響負序電壓值的重要原因，一般來說與供電末端的距離近、輸電線路長、輸電線的線徑小、三相負荷用電不平衡情況下負序電壓較大。在常見低壓臺區配電網中，變壓器等效阻抗相較于輸電線路會比較小，負序電壓多產生于輸電線路阻抗上，負序電流通過是其產生的主要原因。

1.3 零序電壓的成因

低壓臺區不平衡的用電會導致零序電流的產生，電流從負荷流向系統經過變壓器的中性點后再在該線路流回負荷，受到零序電流路徑的影響，變壓器、中性線以及相線的等效零序阻抗上都會有零序電壓的產生。與供電末端的距離越近則零序電壓也會隨之增大，此外輸電線路等效零序阻抗的增大和三相負荷用電的不平衡也都會導致零序電壓的增大。

2 低電壓治理原則

2.1 正序電壓治理原則

當首端正序電壓過低時需要調整變壓器分接頭的位置，首端電壓波動大需要改善系統的供電電壓質量；如果末端正序有功壓降過低，可以利用調壓裝置進行處理；如果末端正序電壓正常，則要根據電壓不合理的具體原因選擇恰當的治理裝置；如果正序有功壓降過低且在調壓裝置處理范圍外，則需要增加線路線徑或者是對供電半徑進行優化。

2.2 負序電壓治理原則

首先必須要明確負序電壓存在的具體問題，如果是供電末端正序電壓無法滿足用電需求，如果對負序電壓進行治理則只能改善末端電壓過低的情況，無法緩解供電無法滿足需求的問題。如果供電末端的正序電壓可以滿足用電需求，末端低電壓出現的原因是負序電壓，通過負序電壓處理則可以解決問題。

2.3 零序電壓治理原則

當供電末端正序電壓存在問題時不能只對零序電壓進行治理，要綜合運用其他措施；如果零序電流導致的零序電壓是供電末端低壓問題的主要原因則需要對零序電流進行治理；如果臺區三相不平衡問題嚴重的話，則需要增大中性線線徑；如果低壓臺區采用Yyn0接法導致變壓器零序阻抗較大，則需要對供電變壓器分接開關進行更換。

3 低電壓治理裝置適用性

3.1 低壓調壓器適用性分析

在實際低電壓治理工作中，可以將原本的低壓供電線路中增設低壓線路動態電壓電流調節器，采用串聯的方式，通過該裝置的應用可以確保輸出電壓的穩定性，從而提高低壓臺區居民用電的供電質量。該裝置具有自動投切電容器，可以通過無功自動補償對輸電線路的無功功率進行平衡，進而降低無功電流分量、線路無功損耗和線路阻抗壓降，從而實現降低電量傳輸過程中的損耗和穩定低電壓的作用。低壓調壓器作為常見的低電壓治理裝置，將其串聯在供電線路中可以同時實現無功補償和提高電壓的功能。需要注意的是低壓調壓器工作過程中會對輸電線路電流產生較大的影響，該裝置是通過末端電壓的抬升實現電壓的調節，但是這會導致電流、輸電線路阻抗壓降以及配電變壓器負載率的增加，末端電壓受到影響又會出現降低的情況，低壓臺區輸電線路的電壓調節進入惡性的循環中。因而技術人員必須要明確低壓調壓器的調壓范圍和適用情況，在末端電壓較低且屬于調壓器調節范圍內的低壓臺區可以應用該裝置進行低壓調節，同時要關注輸電線路的電流情況，采取有效的措施將電流控制在合理范圍內。低壓調壓器多用于居民用電電壓偏低問題的調節處理，該裝置可以解決30戶以內的居民用電電壓不穩定情況，在供電半徑較大、新增布點成本過高且以用電微型戶為主的低壓臺區適用性較高。

3.2 串聯電容補償裝置適用性

該裝置也是通過串聯的方式接入輸電線路內，該裝置可以對低壓臺區輸電線路的等效感抗進行補償，進而縮小等效電抗值，達到縮短等效電氣距離的效果，實現輸電線路上負荷功率壓降降低的低壓治理目標。在線路中所安裝的串聯電容補償裝置的點會有電壓抬升，降低線路末端和首段的電壓差，保障電力系統和供電的穩定性。減小電路感抗是串聯電容補償裝置的主要功能，該裝置的功能性發揮受電流的影響明顯，串聯電容補償裝置的無功功率貢獻與線路電流的二次方呈正相關，也就是說電路的負荷越大則該裝置的無功功率貢獻越高，與此同時該裝置可以根據系統電力情況對自身適應性進行調節。在供電距離較長、電力負荷分散性較高且用電負荷波動大的低壓臺區可以采用串聯電容補償裝置進行低電壓的治理，對于過大電荷負載起動和停止時造成的臺區電壓波動問題，串聯電容補償裝置具有良好的應用效果。但是低壓臺區的輸電線路中以電阻為主，因而該裝置的應用效果比較差，低壓臺區一般不會選擇串聯電容補償裝置進行電壓的調節治理。需要注意是配置串聯電容器的輸電線路上應避免過多的異步電動機裝配，當機電參數設置配合出現問題時可能會導致交流電動機的自激振蕩，這時系統的保護裝置會被觸發導致跳閘情況的發生，系統的正常運行會受到影響。

3.3 動態無功補償裝置適用性

將動態無功補償裝置設置在輸電線路中，當電壓出現波動時該裝置可以判斷出波動產生的方向，并通過容性無功電流的輸出對電網的電壓進行抬高，或者是通過感性無功電流的輸出降低系統的電壓，從而電網的電壓值控制在合理的范圍內。作為電源性逆變裝置，動態無功補償裝置接入電力系統并不會影響其自身的阻抗特性，且臺區的運行電壓并不會對該裝置的輸出無功功率值產生影響，因而該裝置的電壓調節功能可以得到充分的發揮。由于正序、負序無功壓降導致的末端或者是首段電壓偏低的臺區，動態無功補償裝置具有較好的適用性，該裝置可以通過輸電線路和變壓器等效阻抗無功壓降的降低對臺區的供電電壓進行提高。在實際的低電壓治理中要根據問題的具體表現確定動態無功補償裝置的安裝位置，當變壓器等效阻抗無功壓降過大時可以將其安裝在變壓器的出線側，如果是輸電線路的問題則要先對臺區的用電負荷分布情況進行判斷分析，在此基礎上確定動態無功補償裝置的安裝位置。三相四線制的動態無功補償裝置可以對有功功率進行調節，通過負荷功率的相間轉移改善三相負荷不平衡的情況，對于三相負荷不平衡導致末端電壓低的問題處理具有較高的適用性。

3.4 零序濾波器適用性

零序電流的三相相位相同且大小一致，因而中性線具有相互疊加的表現。零序濾波器是以零序電流特點為基礎而設計的低電壓治理裝置，該裝置可以在電源和負載之間構建零序低阻通道，導入零序電流避免其通過電力系統形成回路，以實現濾波的功能。零序濾波器的線路電感串聯在電源線中，電抗器則與負荷并聯，該元件是零序電流的低阻抗，因而可以實現零序電流短路的目標，對三次諧波進行吸收，減少系統中的零序電流，且電抗器對于正序、負序電流都是無窮大阻抗因而并不會對正常的線路電流產生影響。當線路內接入零序濾波器時，線路電感元件可以避免零序電流通過電源，電抗器則會使零序電流短路，避免了零序電壓、零序分量對于電源和電力系統的負面影響。在零序壓降較大、基波零序電流較大的低壓臺區可以利用零序濾波器進行電壓問題的處理解決，該裝置的濾波效果會受到安裝數量、安裝位置以及自身零序阻抗值的影響，零序濾波器通過降低臺區配電變壓器零序電流的手段產生零序壓降，或者是降低裝置接入點之前的零序電流所導致的中性線、相線的零序壓降。如果低壓臺區內的三次諧波電流應用較多則可以在回路中增設零序濾波器，顯示屏、打印機、白熾燈等都是三次諧波電流應用的體現，因而在寫字樓、公共建筑以及醫療機構分布的臺區內可以安裝零序濾波器，保證電流穩定性，提高供電質量。

4 結 語

了解低電壓問題的成因是低電壓治理裝置選擇的基礎，相關技術人員必須要做好問題的排查，明確供電質量問題的本質成因，通過恰當的治理裝置的運用提高供電質量。在設置低電壓治理裝置時可以通過優化供電半徑、變壓器分接開關的調節、零序濾波器安裝等具體的方式，實現低壓臺區電壓問題的有效控制處理，保障用電安全性和電網穩定性。

主要參考文獻

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