基于中压线路调压器的配电网低压治理方法研究

　　我国中低压农村配网结构多采用辐射状网络,线路存在电源分布不均、用户负荷分散、线路供电半径长、线径小、配变重载甚至过载等问题[1],这也导致了线路末端出现低电压问题[2]。过低的供电电压会导致部分电力设备效率下降,也会使配电成本上升,对系统经济运行产生不利影响。

　　1 某10kV线路低电压问题及分析

　　贵州毕节供电公司所辖的10kV朝溪线导线型号LGJ-185,长度23公里,线路容量15325kVA;达溪线片区8km,分支线导线型号LGJ-50,主要是作为达溪片区供电电源,同时作为雪榕公司备用电源。朝溪线2018年最大负荷时后台记录数据为电流164A、有功功率2.7MW、无功功率0.88Mvar、变电站出口母线电压10.5kV、功率因数为0.95,供电区域持续发生大规模台区电压异常现象,达溪线路电压为9.3kV,末端电压仅有8.5kV左右。根据GB/T 12325-2008《电能质量供电电源允许偏差》及《供电营业规则》对用户电压质量标准规定,20kV及以下三相供电电压允许偏差为系统标称电压的±7%。而上述线路负荷高峰时段10kV线路后端电压仅为8.5kV,电压偏差达到了-12%,无法满足实际生产生活的供电需求。

　　针对现场数据分析可知,实际的电力线缆存在阻抗,为非理想导体,当功率流通过会产生电压降落[3]。对应的电压降落可表示为ΔU=(PR0+QX0)L/U0,式中ΔU表示线路电压降落,P与Q分别表示线路有功功率潮流与无功功率潮流,R0、X0分别表示电缆线路单位长度的阻抗和感抗,L表示线路长度,U0表示变电站出线电压。据此可知:线路功率越大、线路长度越长,线路电压降落差值越大;线路电缆截面积越大,单位电阻越小,线路电压降落差值越小。

　　考虑到10kV达溪线负荷性质为农业灌溉和个别工业性负荷,线路负荷分布不均匀且较长,负载率较高,大量线路为LGJ-50型号线缆,这些因素均导致线路末端电压低。经实地测量,线路末端配电台区配电变压器380V侧电压为339.6V,不能满足沿线用电单位的正常使用。通过仿真计算软件,应用牛顿-拉夫逊算法对朝溪线进行建模分析,计算线路多种负荷条件下的电压分布情况可知,随着负荷的增加线路的电压状况将进一步恶化。

　　2 10kV线路低电压治理方案

　　2.1 低电压问题治理方案对比

　　目前国内外关于低电压治理的研究方向和治理方案基本有:新建变电站;变电站主变压器有载调压;优化配电变压器档位;改变线路参数(如增大线径);改变线路的无功功率;使用10kV线路自动调压器(表1)。

　　对于主变有载调压和优化变压器档位方式来调节电压,调压范围应限制在±5%以内,同时电力系统须具备充足的无功电源功率,且不能频繁进行调档操作。对于长距离输电导致的电压降落问题,有效的方案是新建变电站调压、更换线路导线和线路有载调压。从经济角度考虑,对于容量较小的系统,新建变电站和线径改造不具备可行性。相比较而言,安装线路调压器来对配电线路电压进行调整则是一个既方便又经济、且易于维护的最佳方案。调压器可广泛应用于供电距离比较远、供电负荷大、电压波动大、电能质量达不到使用标准的供电线路,也可以用于电压质量不能满足生产需要的工矿企业。

　　2.2 线路调压器原理

　　调压器工作原理。10kV线路调压器主要由变压器本体、电动有载开关、电压电流检测装置及控制四部分组成构成[4]。其能够实时监测配电线路电压情况,并自动调节配电线路的输出电压始终处于正常电压范围内。10kV线路调压器属于一种油浸式的三相自耦变压器。通过采集调压器后端的电压、电流信号,控制器判断线路电压是否满足目标电压要求。若满足要求,装置无动作,维持现有运行状态;若电压不满足要求时,智能控制器延时向有载分接开关发送升档或降档指令,控制电动分接开关内的电机运转,带动分接开关从一个分接头切换至另一个分接头,从而改变自耦变压器的变比,实现有载自动调压的功能[5]。

　　调压器应用原理。根据调压器的工作原理可知,调压器能够朝增大和减小两个方向调整输出电压。因此可根据线路负荷分布规律合理设置调压器安装位置,从而实现最优调节。根据装置调节范围,可将调压器安装于线路首端或者中段(图1)。

　　线路首端。若变电所各馈线用户负荷大小基本一致,末端电压降落不大,此时将调压器安装在变压器出口位置,直接调节母线电压。通常调压器与主变采用分体安装,可有效降低主变的故障率,减少停电时间。

　　线路中段。在馈电线路较长、导致末端线路电压较低的情况下,则可将调压器安装在线路中间,以用于提高末端线路的电压。对于输电距离较长的配电线路,安装线路调压器是集经济、方便、免维护、全自动调节为一体的完美方案。如图2所示,在负载L2、L3之间加装一组线路调压器,将它的输出电压提高到要求的电压水平,从而使它后面的负载能在正常的电压下工作。

　　2.3 现场实施方案

　　通过以上解决措施综合对比,根据10kV朝溪线路与负荷情况,以投资小、见效快为基本依据,确定在10kV线路中安装中压线路调压器,以解决达溪线路后端低电压问题。选择调压器型号HWOSZ-XL-4000/10-7(0～20%),电压等级10kV,容量4000kVA,调压范围0～20%,调压档位为7档,安装位置位于达溪线1号杆。

　　3 治理效果

　　在线路加装10kV自动调压器后,调压器输出端电压基本维持在9.9～10.5kV,线路末端的配变台区进线电压也保持在9.5kV以上,电压调压效果显著。根据调压器运行状态远程监测数据,调压器日均动作5～8次,有效保证输出端电压。依据沿线各点安装的电压监测仪监测数据,设备安装投运后,线路电压质量明显改善,电压稳定性显著提高,有效改善了线路末端用户电压低的问题。同时,线路调压器的安装使用减少农网季节性负荷特性对线路电压的影响,对广大用电群众及供电企业带来积极的影响,产生了巨大的社会效益和经济效益。