長距離配電回路的電壓降及改善方法

張繼芬

（華設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210014）

1 電壓降的意義及其允許范圍

1.1 電壓降的意義

電纜傳輸電能過程中存在一定的電能損耗，因此出現電壓降低的情況不可避免。對于用電設備當端子電壓實際值偏離額定值時，性能將直接受到影響。電壓降超過設備允許范圍時，設備將無法啟動。即使電壓降在允許范圍，長期低電壓運行也會損壞設備。因此，在長距離供配電設計時，需要考慮回路壓降的影響[1]。

1.2 允許的電壓降

1.2.1 用電設備端子的電壓偏差

用電設備端子的電壓偏差允許值如表1所示。在實際工程中，電壓偏差允許值通常要兼顧經濟性，并考慮用電設備的具體運行狀況。例如，對于不經常使用、使用時間短暫且次數很少的設備以及少數遠離變電站的用電設備等，電壓偏差允許范圍可以適當放寬。信息技術設備對電壓質量要求較高，但是這些設備往往帶有專用穩壓電源裝置，這時對供電電壓偏差要求也可適當放寬[2,3]。

表1 用電設備端子電壓偏差允許值

2 電壓降的計算

電壓降通常用系統的標稱電壓的百分數表示。三相系統中，以線電壓為基準的電壓降百分數的計算為：

式中，Δu為電壓降百分數；Un為系統標稱電壓，單位kV；I為負荷電流，單位A；cosφ為負荷的功率因數；R和X分別為串聯元件的電阻和電抗（感抗），單位Ω[4]。

2.1 變壓器電壓降

變壓器電壓降計算方式為：

式中，ΔuT為變壓器電壓降百分數；SrT為變壓器額定容量，單位kVA；ua為變壓器阻抗電壓的有功分量；ur為變壓器阻抗電壓的無功分量；uT為變壓器阻抗電壓；ΔPT為變壓器的短路損耗，單位kW；β為變壓器的負荷率；cosφ為負荷的功率因數。

可見，影響變壓器電壓降的因素中，與負荷相關的兩個因素是功率因素和負荷率。假定負荷率為1即滿負荷，不同容量變壓器在不同功率因數下，常見配電變壓器的電壓降如表2所示。表2中，SC（B）10型干式變壓器，容量不大于630 kVA時，阻抗電壓百分比低于4%；對于630 kVA的容量，括號內的數據為阻抗電壓為6%時的值；容量小于630 kVA時，阻抗電壓百分比為6%。實際工程中，變壓器負荷率通常不為1。根據變壓器電壓降公式，實際電壓降可用實際負荷率與表1中的數據相乘得出實際運行變壓器的電壓降。

表2 不同功率因數下滿負荷10（20或6） kV/0.4 kV變壓器的電壓降

2.2 線路電壓降

工程中，三相平衡負荷線路電壓降計算為：

式中，ΔuL為線路電壓降百分數；Un為系統標稱電壓，單位為kV；I為負荷電流，單位為A；cosφ為負荷功率因數；R'和X'分別指三相線路單位長度的電阻和電抗，單位Ω/km[4]。為便于工程設計，將常用電纜線路的單位電流長度的電壓降百分比羅列成表，其中1 kV交聯聚乙烯絕緣電力電纜用于三相380 V系統的電壓降如表3所示，再使用式（6）進行計算：

式中，Δu%指三相線路單位電流長度的電壓降百分數，單位為%/（A·km）

3 實例探討

某變電所設有一臺1 250 kVA干式動力變壓器，uT%=6%，實際運行負荷率在0.86，功率因數0.95，分接頭在“0”位置，其二次側為附近用電設備供電。距離變電所600 m處設有一處水泵房，水泵房設有負荷中心，負荷以水泵類電動機為主，負荷計算量約為200 kVA。

在探討配電回路電壓降問題時，應先設定一個前提，即通常電力系統在采取各級調壓措施后，用戶供電處的電壓雖有變化，但一般與系統標稱偏差不大（與上級變電站距離特別遠的可能有所差距）。也就是說，根據現階段國家電網變電站布局，大部分配電變電站的變壓器高壓側可視為標稱電壓。為了更一步穩定電壓降，提高功率因數，在配電低壓側處裝設自動跟蹤無功功率補償裝置。

表3 1 kV交聯聚乙烯絕緣電力電纜用于三相380 V系統的電壓降

水泵房負荷類型為電動機類型為主的負荷。根據表1可知，允許偏差在±5%。換言之，在配電回路中，變壓器和電纜產生的壓降不能超過此限值。由于變壓器本身有調壓作用，在零接頭時可以調壓5%。因此，在配電回路允許電壓降總和為10%。

此案例中，變壓器為干式變壓器，uT%=6%，β=0.86，cosφ=0.95。根據式（2）和表2，可以得出變壓器電壓降ΔuT=2.59%×0.86=2.227 4%；低壓側線路允許電壓降ΔuL=10%-2.227 4%=7.772 6%≈7.77%。負荷容量為200 kVA，主配電回路額定電流I=303.88 A。結合電纜載流量、環境溫度、敷設方式以及短路熱穩定等因素，初選電纜YJV-0.6/1-3×150。校驗此電纜電壓降問題，根據表3可知Δui%≈0.075%，線路部分電壓降ΔuL=0.074%×303.88×0.6=13.674%，大大超過了允許電壓降，不可采用。

重新選定電纜，采用大一級型號電纜YJV-0.6/1-3×185。根據表3可知Δui%≈0.064%，線路部分電壓降ΔuL=0.064%×303.88×0.6=11.67%，顯然大大超過了允許電壓降。進行倒推，線路允許電壓降為7.77%，電纜長度為0.6 km，電流為303.88 A，允許的Δui%≈0.042%。因此，單純通過增加電纜截面降低回路電壓降不可行。

采用雙拼電纜2×YJV-0.6/1-3×150，根據表3可知Δui%≈0.075%，線路部分電壓降ΔuL=0.074%×151.94×0.6=6.837 3%，滿足電壓降要求。

實際運行中，變壓器負荷率是不斷變化的，變壓器的電壓降也隨之變化。電壓降處于一個范圍，實例中給出的是最大負荷時刻的負荷率，此時的電壓降最大，作為最不利條件，用以配電回路的設計。可見，當負荷容量大且距離配電變壓器較遠時，需要著重考慮電壓降的問題。本案例中采取雙拼電纜，降低了系統阻抗和電壓降，但不具備很好的經濟性。除本案例方法外，還可以綜合其他負荷情況考慮調節配電變壓器的分接頭，利用變壓器自身調節電壓的能力緩解電壓降，是一個相對經濟的方法。

4 改善電壓降的主要方法

4.1 補償無功功率

在配電近端投入電容器，可以有效減少線路及變壓器電壓降。電力負荷實時變化，負荷較低，功率因數偏高時適度減少電容器組投入的容量，能夠合理補償無功功率和調整電壓偏差。低壓電容器的效果顯著，設有自動跟蹤裝置，可以按照功率因數或電壓水平調整投入電容器容量。

4.2 降低系統阻抗

盡量縮短線路長度，采用電纜代替架空線，也可加大電纜或者導線的截面等。

4.3 選擇合適的變壓器和電壓分接頭

對于無載調壓變壓器，根據實際運行積累的數據合理選擇電壓分接頭，使得電壓降保持在合理范圍。但是，這種措施并不能縮小正負值偏差之間的范圍。

4.4 采用有載調壓變壓器

大于35 kV電壓的變電站中的降壓變壓器直接向下一級電網送電時，應采用有載調壓變壓器，且采用逆向調壓。20 kV、10 kV以及6 kV配電變壓器不宜采用有載調壓變壓器，但在當地電源電壓偏差不能滿足要求且用戶對電壓有要求嚴格的設備，單獨設置調壓裝置技術經濟不合理時宜采用有載調壓變壓器。

5 結 論

為解決長距離配電回路電壓降問題，配點系統應滿足以下3點要求。第一，穩定的供電電壓。在配電設計中，從發電端到供電前端，通過電力系統自身調壓等調壓手段，默認到供電前端時電壓大致穩定在系統標稱電壓上。若發現此項不能滿足，則需要在此處先行調壓改善。第二，自動跟蹤補償。電壓偏差是個范圍，隨著負荷的不斷變化，功率因數和負荷率也在變化。為了穩定電壓偏差和提高功率因數，在配電近端安裝自動跟蹤無功功率補償。第三，合理的供電方案。當二次側負荷離配電變壓器較遠時，需考慮電壓降問題，選擇合理的供電方案和供電設備選型。