1、山西地区低电压监测及治理分析 韩润东 王琪 郑雅轩 国网山西省电力公司电力科学研究院 国网山西省电力公司 摘 要： 为分析引发山西地区配网低电压现象的因素和治理措施的成效, 针对山西地区某年度全年“低电压”现象进行了监测, 基于全年的监测数据研究了该地区低电压现象呈现的规律, 详细分析了反复电压越下限的台区规律, 并进行了总结。此外, 通过对低电压治理案例的剖析, 从三相不平衡和重过载两方面研究了山西地区低电压现象的主要成因和治理方法的有效性, 为配网低电压现象分析和治理措施的研究提供了工程方法。关键词： 低电压; 三相不平衡; 重过载; 作者简介：韩润东 (1988) , 男, 山西长治人,
2、 2014 年毕业于西安交通大学电气工程专业, 硕士, 工程师, 主要研究方向为配电运检技术;作者简介：王琪 (1976) , 男, 北京人, 1998 年毕业于华北电力大学电气技术专业, 高级工程师, 主要研究方向为电力设备状态检修;作者简介：郑雅轩 (1976) , 女, 天津人, 1999 年毕业于华北电力大学电力系统及其自动化专业, 高级工程师, 从事电网运营监测方面工作。收稿日期：2017-03-10Research on Monitoring and Improvement of Low Voltage Power Supply in Shanxi ProvinceHAN Rund
3、ong WANG Qi ZHENG Yaxuan State Grid Shanxi Electric Power Research Institute; State Grid Shanxi Electric Power Corporation; Abstract： The phenomenon of low-voltage power supply in Shanxi in a whole year was monitored, and the regularity of low-voltage power supply is analyzed and presented based on
4、the monitored data.Considering three-phase unbalance and overload, the causes and improvement effects of low-voltage power supply were studied by analyzing some cases.Keyword： low voltage; three-phase unbalance; overload; Received： 2017-03-10“低电压”指用户计量装置电压值低于国家标准规定的电压下限值, 即 20 k V及以下三相供电用户计量装置电压值低于标
5、称电压的 7%, 220 V 单相供电用户计量装置电压值低于标称电压的 10%。山西地区位于我国华北西部, 全境总面积为 15.6 万 km, 山区面积占全省总面积的 80%以上, 配电网架薄弱, 负荷特性复杂, 低电压问题严重。1 山西地区低电压监测分析通过山西地区配网运行监测系统, 在每个台区分别于 L1、L2、L3 三相线路末端选取电压监测点, 对全年低电压持续超过一定时间的台区数据进行统计。根据全年监测数据, 分别对山西地区台区电压越下限总体情况和反复电压越下限情况进行分析, 研究山西地区电压越下限呈现的规律。根据监测数据, 山西电网全年台区持续超过一段时间的电压越下限共发生 444
6、962 台次, 发生频率 7 月最高, 2 月最低。7 月为农灌、动力、冲击等负荷的高峰期, 山西地区台区电压越下限台次数时间分布见图 1, 其中典型区域的电压越下限台次数时间分布见图 2。图 1 山西地区配电台区电压越下限台次数时间分布 下载原图由图 2 可知, 区域 1、区域 2、区域 3 全年持续越下限次数持续较高, 季节特性并不明显, 而区域 4、区域 5 夏季 (尤其 7 月) 低电压现象严重, 而春秋冬季明显减少, 季节特性明显, 表明低电压现象根据地区气候或产业结构不同呈现的规律有所不同。总体来说, 季节特性明显的地区电压越下限更为频发。图 2 山西地区典型区域台区电压越下限台次
7、数时间分布 下载原图全年台区电压越下限和台区数量分析表明, 发生电压越下限的台区通常分为两种情况, 一种是偶然的电压越下限, 可能由于天气骤变, 负荷突增或电网事故等偶然性因素引起;另一种是反复的电压越下限, 即在一段时间内发生多次电压越下限, 可能是由于供电半径、设备运检、无功补偿、负荷增长等持续性因素引起的长期性电压越下限, 也可能是由于度夏度冬、春灌秋收、逢年过节、农业加工等规律性负荷变化引起的季节性电压越下限1-2。反复越下限的配电变压器台区是导致长期性低电压的主要因素, 应作为低电压治理和配电网运行的重点监视对象。定义当月电压越下限一定次数以上的台区为反复越下限台区, 对全年山西地区
8、低电压监测数据进行分析, 全年反复电压越下限台次时间分布见图 3。图 3 山西地区配电台区反复电压越下限台次数时间分布 下载原图全年山西电网台区电压反复越下限共发生 357 994 台次, 约占全省电压越下限总台次数的 80%, 全省台区电压越下限台次数 7 月最高, 2 月最低, 反复越下限的台次数于夏季达到局部高点, 在负荷较重的时间段占比明显较高, 呈现显著的季节特性。全年山西地区反复电压越下限台次数占电压越下限总台次数比值于 7 月份达最高点 84.42%, 于 4 月份达最低点 72.31%。对出现反复电压越下限的台区进行了治理是低电压治理的关键, 在反复电压越下限台区监测的同时,
9、针对这些台区全年的重过载数据和三相负荷不平衡数据进行了监测。数据表明, 出现反复电压越下限的台区中, 89.63%的台区发生低电压时伴有三相不平衡或重过载现象。引发台区电压越下限的直接原因通常为三相不平衡运行和重过载运行, 本文针对三相不平衡和重过载两方面分析了低电压成因和治理成效。2 针对三相不平衡运行台区的低电压治理2.1 三相不平衡运行对电压的影响低压配电系统广泛采用三相四线制接线方式, 见图 43-4。近年来, 随着农村地区用电量大幅增加, 低压配网负荷的不同时运行和三相负荷的不均匀性更为明显, 导致三相不平衡运行现象日趋严重。三相不平衡运行的配电台区常伴随低电压现象, 影响用户供电质
10、量5-7。图 4 低压配网三相四线制接线示意图 下载原图图 4 中, I A、I B、I C为三相电流相量, I 0为流过中性线的零序电流相量, I 0与各相电流关系如式 (1) 所示。当三相不对称运行时, 台区变压器二次侧的三相电流不对称, 中性线零序电流I00。由于配电变压器一次侧常不设接地, 没有零序电流通路, 因此二次侧的零序电流 I0全部用于励磁, 产生零序磁通进而产生零序电动势 E0, 该电动势与正序电动势叠加, 使得中性点电位发生偏移, 从而导致配电变压器二次电压不对称, 负荷较重的一相变压器二次侧电压较低, 而负荷较轻的一相变压器二次侧电压较高2, 相量图如图 5 所示。图 5
11、 三相不平衡引发变压器二次侧电压偏移相量图 下载原图图 5 中, U A、U B、U C为三相平衡时变压器二次侧的三相电压相量, U A1、U B1、U C1为三相不平衡运行时受中性点电位偏移影响的三相电压相量。此外, 因负荷较重的一相电流较大, 从而损耗较大, 致使用户处电压降低更为严重。可见, 三相不平衡运行会对用户处的电压幅值产生严重影响。2.2 基于三相不平衡运行的低电压治理案例分析某台区由 110 k V 变电站 10 k V 出线供电, 台区用户 227 户, 变压器型号为S11-250/10, 最大负荷 220 k W, 低压干线长 1.24 km, 台区用户反映存在电压偏低的情
12、况。根据电压监测系统数据, 该台区配变出口处 L1 相电压为 226.9 V, L2 相电压为 227 V, L3 相电压为 231 V;对用户处电压进行实测, 发现台区末端15 户电压介于 189 V 与 198 V 之间, 其中 L1 相用户低电压现象最为严重。配电网运行监测系统数据显示, 该配变台区最大负荷时 L1 相电流为 295 A、L2 相电流为 320A、L3 相电流为 110 A, 全天的三相电流记录曲线见图 6, 三相不平衡运行现象明显, 为该台区用户低电压产生的主要原因。将该台区 L1 相、L2 相 40 户居民负荷切至 L3 相后, 配变出口电压稳定在 227 V 至 2
13、32 V 之间, 配变台区最大负荷时 L1 相电流为 260 A、L2 相电流为 280 A、L3 相电流为 240 A, 全天的三相电流记录曲线见图 7。图 6 治理前某三相不平衡台区全天电流曲线图 下载原图图 7 治理后某三相不平衡台区全天电流曲线图 下载原图经测量, 治理后台区末端原 15 户低电压用户的电压全部处于合格范围。将该台区 15 户低电压用户治理前后的实测电压数据对比列于表 1。针对三相不平衡运行引发低电压现象的台区, 采用治理措施调整三相平衡的治理方式成效明显。3 针对重过载运行台区的低电压治理3.1 重过载运行对电压的影响当配电线路电流超过额定时, 电流通过变压器会造成变
14、压器漏抗增大, 从而线路阻抗增大, 压降增大, 导致低电压现象。此外, 配电线路前段分支过负荷, 将导致前段线路负荷电流过大, 压降过大, 从而引发线路中、后段所带配变出口电压偏低。3.2 基于重过载运行的低电压治理案例分析某 10 k V 线路由 35 k V 变电站供电, 线路总长度 52.105 km, 网络干线采用导体截面积 95 mm 钢芯铝绞线;该线路接有配电变压器 90 台, 容量共计 10 705 k VA, 共接用户 5 974 户。线路最大负荷电流 348 A, 最大功率 5 213 k W, 最大负载率 105%。表 1 三相不平衡台区治理前后低压用户电压测量对比 V 下
15、载原表 线路中段、末段用户反映存在电压偏低情况, 通过多次现场实测, 发现高峰期间该线路首端配变出口电压均在 216234 V 之间, 中段、末段配变出口电压均在 199214 V 之间。通过对 35 k V 变电站 10 k V 母线电压曲线查询及实测, 该母线电压维持在 10.110.6 k V 之间的正常范围。因此, 线路的重过载运行是造成该线路中段、末端配变出口低电压的主要原因。为治理该 10 k V 线路低电压问题, 沿该 10 k V 线路路径新建同杆双回线路, 从变电站出口开始依次采用交联聚乙烯电缆 2 km, 截面积 185 mm 的架空绝缘导线 2.7 km, 以及截面积 1
16、50 mm 的钢芯铝绞线。此外, 新增 1 条 10 k V 线路转接原 10 k V 线路前段用户供电。经过改造和新增线路后, 原 10 k V 线路和新增 10 k V 线路的全部配变出口电压均稳定在 214 V 至 235 V 之间;最大负荷电流分别为 245 A 和 130 A, 原低电压用户经测试表明电压均合格, 最高电压为 231 V, 最低电压为 206 V。4 结束语山西地区某年度全年低电压现象的监测, 研究低电压问题呈现的规律表明:低电压现象呈现较明显的季节特性, 且与地区气候条件和产业结构密切相关;反复电压越下限的台区应作为低电压治理的关键部分。通过三相不平衡运行和重过载运
17、行台区低电压治理的案例分析, 表明了从调整三相负荷平衡和增强线路带负荷能力对低电压治理的有效性。参考文献1毛吉贵.配电网低电压治理的探索J.现代工业经济和信息化, 2015, 18 (5) :35-37. 2张成志.配电网低电压治理方法探讨J.科技咨询, 2015, 8 (8) :111. 3马定林, 马晖, 马晔.配电设备M.北京:中国电力出版社, 2010:46-48. 4国家电网公司人力资源部.配电线路检修M.北京:中国电力出版社, 2013:3-5. 5林志雄, 陈岩, 蔡金锭, 等.低压配网三相不平衡运行的影响及治理措施J.电力科学与技术学报, 2009, 24 (3) :63-67. 6杨云龙, 王凤清.配电变压器三相不平衡运行带来的附加损耗、电压偏差及补偿方法J.电网技术, 2004, 28 (8) :73-76. 7黄继明, 杨志义, 吴高波.线路末端低电压治理的研究J.中国科技纵横, 2015 (2) :167-173.
