配电网低电压原因分析及治理

郭 亮，孙 旻，王文彬，何 伟

（国网江西省电力科学研究院，江西南昌 330096）

0 引言

据调查统计，我省一些地区的配电台区存在电压偏低情况，为了了解电压偏低的原因，并采取相应措施治理，技术人员做了以下几方面的工作：1）赴低电压台区现场了解具体情况；2）建立仿真模型，验证低电压原因；3）汇总统计全省电压偏低台区，了解各类低电压比例；4）提出治理电压偏低的改造建议。

1 现场调查

1.1 电压严重偏低

经测量，不在用电高峰时期，很多台区电压已经严重偏低。如赣州南康市某台区末端电压现场测量时只有180 V，最低为146 V。居民反映用电高峰时更低，最低可至60 V。

1.2 用电负荷影响大

用电负荷对电压降影响大，分别在白天和晚上测量上饶玉山县3个台区电压，白天电压基本正常，但晚上全部严重偏低。

1.3 导线配变不匹配

在调查中发现，一些台区的导线线径偏小，而配变容量却较大，如某台区配变容量为200 kVA，而导线为LGJ-50。如果配变满载运行，导线电流将大大超过导线安全载流量，严重时导致导线烧断，引起电气事故。据了解，部分原因在于，各地在以前农网改造项目中，为解决变压器过负荷的问题，更换了大容量变压器，然而未同时更换导线，导致导线配变不匹配问题。

表1 玉山县3个台区测量结果

1.4 供电半径过长

供电半径与配电网电压降落有很大关系，根据标准[1]，农村低压配电网供电半径一般不超过500 m。而以赣州南康为例，所有6个电压偏低台区供电半径全部大于700 m，最大为1 265 m。

表2 部分台区供电半径

1.5 三相不平衡

一体化配电监测系统显示，部分台区出口电压三相不平衡问题非常严重。三相不平衡使负荷高的相的导线电流严重偏大，使该相电压降落比平衡时更大，因此低电压问题雪上加霜。

1.6 其它问题

部分台区建设标准低，运行情况差；建设标准比较低，走线比较混乱；部分台区相关设备锈蚀严重。

基础资料不齐全，部分台区的基础资料前后不一致，接线方式、导线型号、导线长度、主线支线、用户数、负荷多少等信息，并没有完善的台账管理；大部分的电压偏低台区没有配电监测设备，没有纳入一体化配电监测系统。

少数台区没有JB柜，没有无功补偿装置，少数10 kV、35 kV高压配电侧没有配备电容器，或者电容器没有投入。

2 仿真分析

为了进一步更精确地了解低压台区沿线的电压变化情况，现建立模型进行分析。

2.1 模型假设与验证

假设配电网具有以下特点：1）出口电压基本稳定，取配变的额定线电压400 V(相电压231 V)；2）导线从头到尾型号一致；3）负荷沿主线平均分配。

建立配电网单相的Simulink模型，对沿线压降情况进行仿真，如图1所示。

图1 配电台区仿真模型图

输入南康市塘屋村台区的导线及负荷数据，利用模型对进行仿真，仿真结果表明末端电压为157 V，与实测平均值153 V相差很小，表明该simulink模型具有较高准确性。

2.2 导线线径及供电半径对电压降的影响

对负荷为200 kVA、功率因数为0.9、导线长度为1 000 m、型号从LGJ-16到LGJ-300的每种情形进行仿真，并用matlab对仿真数据进行处理，如图2所示。

图2 不同导线线径下电压沿导线变化图

利用以上数据，可以对配电网的导线线径及长度进行选择，在选择过程中，应该综合考虑两个限制条件：

1）导线电流不超过其安全载流量。由于配变可短时过负荷运行，导线选择应使配变在1.2倍过载时电流不超过其安全载流量。依此计算，200 kVA配变应选配LGJ-150及更大型号的导线。

2）根据国家标准[2]，配电网电压偏差范围为+7%至-10%，对于220 V配电网，导线末端电压不宜低于198V。

根据以上限制条件，对数据做如下处理，粉色平面为导线LGJ-150，其右侧区间为合适区间，白色平面为198 V平面，其上面区间为合适区间。如图3可以很清楚地显示导线型号及长度的选择。

图3 考虑限制条件选择导线线径及长度

从图中可以看出，200 kVA台区导线及长度有以下选择组别：(LGJ-150，500 m)、(LGJ-185，600 m)、(LGJ-240，775 m)、(LGJ-300，>1 000 m)。

2.3 配变容量对电压降的影响

为了了解不同配变容量对配电网电压降的影响，对100 kVA时的电压变化进行仿真，与200 kVA的变化图放在同一图内，可以观察其变化。

图4 100 kVA和200 kVA配变满载时的电压变化图

从图4可以看出，在末端电压100 kVA电压降比200 kVA台区要小很多，用同样方法处理数据，可以得到如图5的比较图。

图5 100 kVA与200 kVA的线径及长度选择对比

从图5中可以看出，100 kVA台区有以下选择：(LGJ-50，425m)、(LGJ-70，625m)、(LGJ-95、120、150、185、240、300，>1 000 m)。对各容量配备仿真，如表3所示。

表3 各容量配变在各导线下的最大长度（LGJ）

2.4 全省台区统计

根据表3数据，对已统计的电压偏低台区的数据进行分析，电压偏低原因如表4所示。

表4 电压偏低原因统计分析

统计结果表明我省电压偏低台区的主要原因有以下几方面：

1）导线与配变不匹配，即导线线径偏小。统计表明，线径偏小的比例接近70%。

2）供电半径过长。占比达61%。

3）重负荷。上表显示，超过一半（61%）的存在低电压现象的台区在现场测量时电压处于正常范围，说明大部分的低电压问题与负荷大小有关的，这也可在“配变容量对电压降的影响”的分析中得到印证。

3 电压补偿分析

对于供电长度过长的台区，可以考虑设立多个电源点，但是需延伸10 kV线路，且对台区进行大改。现提出一个更为便捷经济的改造方法——电压补偿。指在电压偏低的点附近，串联一个变压器副边（原副边比可选择，约为5），如图6所示。

图6 电压补偿示意图

为了了解电压补偿提升电压的效果，对负荷为200 kVA，功率因数为0.9、线路型号为LGJ70、长度为1 km的台区进行了补偿效果的仿真，补偿变压器的位置为距离配变300 m。

若要维持全线电压合格，不进行补偿，而直接对全线1 000 m进行更换，根据表3，则至少需要更换为LGJ240的导线；而使用补偿变压器，则只需前300 m换成LGJ150导线，300 m之后电流不超过LGJ70的安全载流量，故不需更换即可。从表5看出，使用电压补偿，从经济上讲，具有一定的可行性。

图7 补偿前后电压变化的比较图

表5 不同改造方案费用估计

4 结论

1）低电压问题在许多台区十分严重，主要原因是过负荷、导线线径过细、导线长度过长、三相不平衡等。

2）利用simulink仿真得到了各种配变容量对应的导线线径的最大供电长度表，对于判断台区是否有低电压隐患，指导配网设计有一定参考意义。利用该结果对全省电压偏低台区进行统计分析，大致了解了存在各种问题的比例。

3）对供电半径过长的台区，提出了一种电压补偿的改造方案，相对于纯粹换线、增加电源点等方法，具有一定的经济意义。

[1]DL 499-2001农村低压电力技术规程[S].

[2]GB 12325-2008电能质量供电电压偏差[S].