配电变压器对电压偏差影响量化分析及对策

王展+马明+王玲

摘 要：文章针对10kV配电变压器负荷在三相平衡和三相不平衡情况下对电压偏差的影响因素进行分析，通过分析得出影响配电变压器电压损耗的主要因素包括负载率、功率因数和负荷不平衡度，并结合电网运行和电力装备技术水平，就如何减少上述因素的影响程度提出了解决措施，并分析了解决措施的适用场合。

关键词：配电变压器；电压质量；灵敏度分析；影响因素；解决措施

1 概述

近年来，随着经济和社会的发展，居民端电压质量问题日趋突出。配变是低压配电网的源头，其输出电压质量的好坏，将直接决定低压配网末端用户的电压质量。但是，影响配变输出电压质量的因素众多，涉及配变连接组别、运行档位、负载率、三相负荷不平衡度等等，因此有必要对这些因素进行科学分析，辨识影响电压质量的主要因素，制定合理的解决措施，避免盲目改造和重复建设，在保证供电质量的前提下，提高电网运行经济性。

2 10kV配电变压器模型

10kV配电变压器一般采用三相三柱式，常用的连接组别为Dyn11和Yyn0。在负荷平衡的情况下，两种连接组别的电压输出特性相似。但是，居民低压负荷以单相负荷为主，由于单相设备用电时间不同步，造成配电变压器常处于三相负载不对称的运行状态。三相负载电流不对称时，系统中存在零序电流和负序电流，造成低压侧的三相电压不对称。分析变压器不对称运行方式时，一般采用对称分量法，将不对称的三相电流分解为正序、负序、零序分量。相应的，需要建立变压器的正序、负序和零序电路模型，各模型如图1、图2所示。

3 灵敏度分析方法

在最优化方法中经常利用灵敏度分析来研究原始数据不准确或发生变化时最优解的稳定性。灵敏度分析方法是研究与分析一个系统（或模型）的状态或输出变化对系统参数或周围条件变化的敏感程度的方法。通过灵敏度分析还可以决定哪些参数对系统或模型有较大的影响。

由于台区首端电压受10kV侧电压、配变负荷水平、功率因数、运行档位等多重因素的影响，为分析每个因素对电压的影响程度，文章采用了灵敏度分析法。

4 三相负荷平衡时影响电压偏差的因素分析

根据配电变压器模型来看，影响台区首端电压的因素包括10kV侧电压、配变负载率、功率因数、配变档位等。根据配变的电路模型和电压损耗计算得出，10kV侧电压的偏导数为1，而负载率和功率因数的偏导数远远小于1。因此，10kV侧电压对台区首端的电压影响最大。负载率和功率因数的大小受配变容量（影响配变阻抗角）、负载率和负荷功率因数的影响。在影响程度上，两者相当，不超过4%，不到10kV侧电压影响的1/25。

通过仿真计算，可以论证以上的结论，验证结果见表1。

表1的计算结果可以看出，10kV侧电压发生变化时，台区的首段电压相应地发生较大变化，负载率变化时，台区首端电压的变化不大，负载率从10%变化到100%时，首端电压从0.997变化到0.968，仅变化了2.9%，负荷功率因数变化时，台区的首端电压变化也不大。

5 三相负荷不平衡时影响电压偏差的因素分析

在三相负荷不平衡情况下，需要分别建立配变的正序、负序和零序模型，所以需要通过对称分量法进行分析。在10kV侧电压、负荷电流已知的情况下，分析得出，台区首端的各相电压大小仅与本相的负荷电流有关。因此，对于Dyn11型配变，在三相负荷不平衡的情况下，各相电压之间的差值很小。

而对于Yyn0绕组配变，根据此前的分析，在零序阻抗取典型值的情况下，是正序阻抗的约15倍，Yyn0与Dyn11绕组配变相比，Yyn0绕组配变在各相电压上叠加了一个较大的零序分量，从而导致中性点的偏移，造成各相电压幅值之间有较大的差异。

6 改善配变输出电压质量的主要措施分析

改善配变输出电压质量的主要措施有无功补偿、配变增容、调节负荷不平衡度调整档位等。不同措施的特点分析及其适用范围介绍如下。

6.1 无功补偿

无功补偿装置主要安装在配变低压侧。根据相关技术规范和规划原则，低压无功补偿的配置比例一般为20%～40%，在实际应用中一般取30%。低压无功补偿装置最直接的表现是提高功率因数，但更重要的是它能减小配变负载水平，进而减少电压损耗。

假定补偿前的功率因数为θ1，补偿前负载率为β，补偿后功率因数为θ2，则补偿后的负载率为：

可以看出，配变原有的负载率越高，功率因数越低，补偿效果越明显。

6.2 配变增容

配变增容主要采取“小换大”或新增加变压器并列运等方式。一般来说，配变增容后的负载率为原来负载率的一半。根据电压损耗计算公式，假如配变增容前负载率为100%，则增容后负载率为50%。经过计算可以得到：增容后电压提升约2%。配变增容的效果和无功补偿类似，对改善电压的效果不是很明显。

配变增容这种措施主要适用范围是：配变存在重过载情况，低压侧电压不小于0.98p.u.，电压稍微低于标准值。

6.3 调节负荷不平衡度

对于Dyn11绕组型配变，其每一相的电压损耗与负荷平衡情况下计算方法相同。在最极端的情况下，加入某一相负荷负载率达到100%，另外两相空载。通过调整负荷，原重载相电压损耗减少为原来的1/3，即电压提高约为1.8%。而在多数情况下，电压提升幅度远达不到极端条件下的提升幅度。因此，对于Dyn11绕组型变压器，调节不平衡度可以提高变压器的经济运行能力和带负载能力，但是对于电压的改善效果不大。

对于Yyn0绕组型变压器，根据分析，其电压与不平衡电流的大小有着直接的关联。根据《配电变压器运行规程》，Yyn0型变压器正常运行时，其中性线电流不超过额定电流的25%。

对于负荷分配不均引起的三相不平衡，可通过人工均相的方式进行解决。而对于无规律的负荷随机波动引起三相负荷不平衡，可通过将配变改造为Dyn11型配变，或增加具备相间负荷均衡能力的低压SVG（静止无功发生器）予以解决。

6.4 调整档位

一般来说，配变有5（±5%、±2.5%、0）个或3（±5%、0）个档位。以5档配变为例，每调节1档，在负荷保持不变的情况下，每调1档，台区首端电压提高约2.5%，与配变增容和无功补偿措施相比，调整配变档位的措施对提高台区电压的效果更加明显。

7 结束语

文章首先对10kV线路、配变和低压线路进行建模，然后量化分析了10kV侧电压、配变负荷水平、功率因数、运行档位等因素对电压损耗的影响，提出了无功补偿、配变增容、调节负荷不平衡度、调整档位等治理措施并分析了各措施的有效性和适用范围，可准确有效地解决低电压的状况，从而提高电压质量。

参考文献

[1]雷湘军.探讨农村电网改造中的无功补偿技术[J].广东科技，2011（18）.

[2]陈建新，彭扬 .改善农网电压质量[J].中国电力企业管理，2009（05）.

[3]叶民.解决农村电网末端电压过低的途径[J].农村电气化，2007（04）.

[4]辉向芸.浅谈如何提高农村电网电压质量[J].科技资讯，2009（30）：104.

[5]郑新才.10kV配电网络无功补偿配置[J].电力系统及其自动化学报，2008，20（6）：121-123.