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应用&研究 钟庆 2017-04-10 15:06
中国电工网讯:
    在社会经济的不断发展和国家“家电下乡”等政策的大力支持下,许多大功率家用电器纷纷走进了城乡、农村地区,这在增加了居民幸福感的同时也大大加重了该地区的供电负荷压力。城乡地区由于该区的供电网架结构规划及其管理的相对滞后,出现了较严重的“低电压”问题,由于“低电压”现象的出现使得各种家用电器无用武之地,生米无法煮成熟饭、电灯时亮时暗、空调无法启动等种种问题。同时各种工业电器也受到不同程度的影响,因此“低电压”问题已然成为制约用户生活、生产用电的一个严重问题。“低电压”问题解决也提上议程。
 
    为了更好的解决以上所及的问题以及提高供电服务质量,让城乡居民可以用好电,中国国家电网公司已将低电压专项治理作为提升电压合格率的重要手段,并在2015年解决505万户低电压问题,确保农村电网综合电压合格率达到99.050%[1]。中国南方电网公司于从2014年6月出台了《南方电网公司提升电压合格率工作方案》,指出从2014年起,计划通过3年时间,完成严重影响居民用电的3.9万多个低电压台区改造工作[2]。
 
    低压台区电压偏低问题虽然理论计算简单,但在实际工作中由于数量多、分布广、特性多样等特点,其解决是一个系统性的复杂问题。低压台区电压偏低问题包含技术和管理等多方面因素,如电源电压偏低、供电半径过长、线径偏细、低压台区重过载和无功补偿利用率不高等因素都是造成低压台区电压偏低的主要因素,需要综合全面考虑。在电压偏低问题的治理决策上,目前仍然停留在经验判断层面,缺乏理论和数据支撑,造成治理措施选取不合理性、治理成本的增加和治理效果不好等后果。因此找到造成低压台区电压偏低的主要原因是开展低电压台区治理的关键。
 
    目前,国内在低压台区电压偏低问题上展开了大量的研究,并对影响台区电压因素做出了详尽分析总结,积累了丰富的治理及管理经验。
 
    文献[4]详细定量性地给出了低压电缆线路中的电压损耗及电压降落的概念,指出在铜铝线路之间电压损耗差别较小,计算时可等价使用;
 
    文献[5]提出了一种架空和电缆混合馈线的电压损耗快速估算方法,方法以电压降落基本公式为基础,通过非线性回归法验证了其有效性,并指出配网的电压损耗快速估算方法对配网管理的重要意义;
 
    文献[6]-[8]从管理和技术层面对农村电网低电压的综合治理进行探讨,总结了影响城乡低压配网电压损耗偏大的几个主要因素,并重点强调了技术层面对农村电网低电压治理的重要性。
 
    由于低压台区基础数据严重缺失且具体的分析和治理工作需要现场一线工作人员开展,因此过于繁琐的理论和大量的精确计算是不适应的,为此需要提出简单实用的方法对低压台区电压偏低的成因进行分析,以有针对性的提出解决方法。
 
    
电压偏差
 
    本文针对低压台区电压偏低问题,在电网参数信息未知的前提下,提出了一种简单的数据分析方法,用于区分上级电源电压和低压台区自身原因造成的低压台区电压偏低问题。通过采集变电站10kV母线的电压监测值(首端)、配变监测终端的电压监测值(中断)和用户末端电压监测仪的电压监测值(末端),计算首中端电压差、首末端电压差和中末端电压差,分析中首中端电压差和末端电压差在首末端电压差中的占比,得出造成低压台区电压偏低的原因是上级电网电压降过大还是低压台区自身电压降过大。
 
    造成电压偏差的主要原因
 
    造成电压偏差的主要原因在于功率在电力系统传输过程中,将在线路、变压器等原件的阻抗上产生电压损耗,因此在实际运行中,各个元件产生的电压损耗不同,电力系统中的各个节点的实际运行电压和电压偏差也是不同的。电压损耗一方面与电网元件的参数有关,线径越细、供电距离越长,线路阻抗越大,产生的电压损耗越大;另一方面电压损耗的大小还与传输的功率有关,传输的功率越大、负荷的功率因数越低,造成的电压损耗越大。除此之外,变压器抽头位置、上级电源电压水平、三项不平衡程度以及谐波产生的电压损耗等问题,也会造成电压偏差。
 
    在低压台区电压偏低的治理过程中,必须分清不同环节电压降落对电压偏差的影响,才能有效的提出治理手段。
 
    基于数据的电压偏差成因
 
    针对实际配电网,尤其是低压配电网,系统参数较难获取,可以采用数据分析法,分析低电压问题的成因。数据分析法是指利用调度自动化系统中的10kV母线电压监测、配变监测终端和末端安装的电压监测仪监测结果,综合对低电压台区的电压偏低问题进行分析,试图找出不同端电压降落在整个电压降落中所占比重的大小,以确定造成电压偏低是10kV原因还是低压原因。该方法只能用于原因查找,无法对治理措施的效果进行校核。
 
    如某低压台区(台区一)的各监测点电压如图1所示,图中:
 
    1)选择所有数据完整的一天24h为单位进行分析,每15分钟一个监测数据,共96个数据。
 
    2)对电压和电流进行标幺化处理,10kV系统基准值为10kV,低压系统则按照配变变比进行选择,配变变比为10/0.4kV,则相电压的基准值为235.6V。电流基准值按照配电变压器容量进行计算,此处配电变压器容量为630kVA,基准电流为957A。
 
    3)设定系统首端为10kV母线,中端为配变低压出线(配变监测仪安装点),终端为用户处(电压监测仪)。3个监测点均记录电压数据,电流数据则参考配变监测仪记录的配变变低电流。
 
   
电压偏差1
 
    图1首、中、末端的电压监测值及配变电流值(台区一)
 
    分别计算首中端电压差、首末端电压差和中末端电压差,分析中首中端电压差和末端电压差在首末端电压差中的占比,结果如图2所示。
 
    
电压偏差12
 
    图2首中端电压差和中终端电压差在首终端电压差中的占比(台区一)
 
    由图2中的首中端电压差和中终端电压差在首终端电压差中的占比可知,中终端的占比始终在50%以上,因此造成电压降落的主要部分是落在中终端的电压差上,即在低压系统中造成的压降占主要部分,可以通过低压改造,改善电压偏低问题。
 
    采用同样的方法对另一个台区(台区二)进行分析,各监测点电压如图3所示。分别计算首中端电压差、首末端电压差和中末端电压差,分析中首中端电压差和末端电压差在首末端电压差中的占比,结果如图4所示。
 
    
电压偏差13
 
    图3首、中、末端的电压监测值及配变电流值(台区二)
 
    
电压偏差14
 
    图4首中端电压差和中终端电压差在首终端电压差中的占比(台区二)
 
    由图4中的首中端电压差和中终端电压差在首终端电压差中的占比可知,首中端的占比始终在50%以上,造成电压降落的主要部分是落在首中端的电压差上,即主要是由中压系统造成,则进行中压改造是解决电压偏低问题较好的选择。
 
    由此通过监测数据,而无需在电网结构及参数已知的情况下,可以初步判断出造成低压台区电压偏低的原因。
 
    结论
 
    低压台区电压偏低的问题理论简单,但实际上是一个系统性问题,涉及到电力系统运行上的多个方面,且具有数量多、地域广、数据缺失大和现场人员配置薄弱的特点。因此采用简单易用的分析方法对其成因进行分析是非常必要的。本文提出的基于数据分析的成因分析方法,只需要采集变电站10kV母线、配变监测终端和用户末端电压监测仪的数据,就可以判断造成低压台区电压偏低的原因是中压配电网还是低压配电网,避免了盲目的采取治理措施,达不到预期的效果。
 
    参考文献
 
    国家电网公司运维检修部.配网低电压治理典型示范[M].北京:中国电力出版社,2015年6月.
 
    中国南方电网公司.南方电网公司提升电压合格率工作方案[S].2014年6月.
 
    工业与民用电配电设计手册[M].北京:中国电力出版社,2005.10.
 
    王国忠,潘齐旺.低压电缆的电压损耗和电压降[J].电线电缆.2014.2:17-19.
 
    周卓敏,李湘华等.架空和电缆混合馈线的电压损耗快速估算[J]电力系统保护与控制.2010.9:169-172.
 
    徐东旭.农网电网低电压综合治理[J].科技风.2012.5:268-269.
 
    黄卫东.低压配电网电压质量问题分析及其优化措施研究[J].机电信息.2014.5:20-21.
 
    侯其锋.许跃进.低压线损计算的。改进竹节法[J].农村电气化,2005(4):30-31.
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