线路末端低电压治理的研究

黄继明 杨志义 吴高波

（国网浙江宁波市鄞州区供电公司，浙江宁波 315175）

线路末端低电压治理的研究

黄继明 杨志义 吴高波

（国网浙江宁波市鄞州区供电公司，浙江宁波 315175）

随着我国经济建设与人民生活水平的高速发展，目前对于电力的要求也在高速提升。在实际的电力使用过程中，安全、稳定、高效的电力输送是正常用电的前提条件。但对于我国的农村电力用户而言，由于配电网线路较长并且低压线路老化等原因，在实际的使用过程中往往会出现各种问题，导致电机烧毁以及用电器无法正常工作等情况，甚至会产生安全隐患。因此线路末端的电压治理就显得尤为重要。

线路末端 低电压治理 配电变压器

对于我国农村的电力用户而言，稳定而安全的电力供应是农村用户正常用电以及安全用电的根本保障。但由于我国农村的配电网线的实际线路往往较长，同时电力用户处于供电末端，同时我国农村配电网的改造时间较长，因此造成了农村低压线路发生了较为严重的老化现象，并且在变压器方面，由于没有及时的进行更换，目前所使用的变压器容量较小。而随着“家电下乡”以及农村企业的高速发展，目前我国农村生产生活的现代化水平已经处于一种较高的阶段，对于电器产品有着较强的依赖性。在这样的情况下，目前所使用的农村配电网已经严重阻碍了农村经济以及生活的发展。在我国农村实际的电力使用过程中，由于农村配电网普遍存在有低电压问题，因此极易造成电机烧毁的情况，同时冰箱、电视、空调等电器无法正常使用，农村企业的机床、计算机等生产设备也无法进行工作，造成了严重的经济损失，甚至会造成较大的安全隐患，严重影响了农村居民的生产生活。对于农村配电网存在的普遍问题，我们发现通过对变压器进行改造，可以较好地将目前农村配电网的问题进行解决。通过智能型有载调容配电变压器，能够根据世纪的负荷大小对容量进行相应的调节，不仅能够对现有的农村配电网因为季节等原因造成的负荷变化，导致变压器出现的严重过载以及“小马拉大车”问题进行解决，同时也能够客服以往无载调容变压器使用过程中由于手动对容量进行调节而造成的必须断电的维护问题，同时也能够取代“母子变压器”，大大降低了配电变压器的损耗，有着极强的节能效果以及经济性，对于农村电网的安全用电以及正常用电有着重要意义。

1 目前我国农村电网在使用过程变压器出现的普遍问题及解决方法

1.1 目前我国农村电网在实际使用过程中出现的问题

虽然经过了数十年的发展，我国的电网建设已经取得了一些成就以及较为满意的成绩，但需要注意的是相比国外发达国家，我国的电网建设仍然处于联网的初期，对于各级电网而言，往往只是在形式上连成了一起，在发电厂、电网线路、变电容量以及区域电网之间仍然存在着一定的问题，产生了较为严重的瓶颈。而正是由于这些问题，导致了在实际使用电力的过程中，农村配电网出现的供电半径较长，并且引起了较为严重的电压波动以及电压降。而以往由于农村电力用户较少，因此农村配电变压器的容量也较小，但目前随着经济建设的发展，农村电力用户的数量高速增长，由于各种原因无法及时更换的低容量配电变压器对农村电力的安全使用造成了极为严重的问题，甚至造成安全隐患。在这样的情况下，在较长的一段时间内我国相关部门对于农村电力的正常使用开展了讨论以及研究。

1.2 传统对农村电网变压器出现的问题解决方法

传统对农村电网使用过程中变压器出线的问题进行解决往往是需要尽可能地让变压器运行经济化。在这种思想的指导下，有较多的农村配电网开始使用自动有载调压变压器。从变压器的技术性能、线路损耗以及变压器自身的损耗来看，无载调压变压器的运行费用远远高于有载调压变压器的使用费用。从技术性能上看，无载调压变压器是不能够随着电网的电压变化二将自身的载调压进行变化的，在实际的调压过程中，变压器必须要停止运行后才能够通过分接开关的方法来进行调整，同时也必须对直流电阻进行相应的测量。但是如果在此过程中使用了有载调压变压器，就能够实现在带有负荷的前提下自动完成调压以及测量直流电阻的效果。在调节的范围方面，无载调压变压器通常只有三个档位，在实际的调节过程中往往只能够进行10%的范围调节，调节的范围往往比较小。但对于有载调压变压器而言，通常的调节档位为9个，并且在调节的范围方面能够进行20%的调节，具有良好的调节范围。而在变压器自身的安全性能上看，无载调压变压器极易受到大幅度的波动电压的影响，在实际的使用过程中的安全性能无法得到较好的保障，但有载调压变压器难以受到较大波动电压的影响。从变压器的损耗方面看，通过以往的研究我们可以发现，如果农村配电网的电压较低，变压器的铜损耗往往会增加，但在此过程中如果将变压器的电压升高，变压器中的铁损耗会增加。由于在农村配电网的实际使用过程中，负荷往往无法处于一种稳定的状态，电压的变化范围极大，如果使用无载调压变压器，变压器在较多的时间内会在低压或过压的范围下进行运行，加大的增加了变压器的损耗。但如果换装有载调压变压器，可以将这一问题进行较好的解决。而在线路损耗方面，如果变压器的电压降低，则变压器的出线损耗就会大大增加。对于我国农村配电网而言，由于地理条件限制等原因，大多数的电力变压器的供电半径极大，月那次电压的损耗也会相应的增加。尤其是目前我国农村的电力用户数量增长较快，在电力使用的高峰期，电压水平无法得到较好的保障。如果选用大容量的变压器，会造成长期的“小马拉大车”的运行情况，也会增强电网建设的相关成本。因此目前在我国农村中对线路末端的低电压治理的方法往往是选用有载调压变压器，通过有载调压变压器能够在某些方面将农村配电网使用的问题进行解决。

2 有载调压变压器在农村配电网使用过程中的缺点

虽然目前在我国农村电网使用的过程中，通过安装有载调压变压器的方法解决了一些线路末端低电压运行过程中出现的问题。但由于有载调压变压器的特点，在实际的农村配电网使用的过程中仍然会出现一定的问题。

2.1 有载调压变压器无法改变无功需求平衡状态

在使用有载调压变压器的过程中，如果出现了系统无功功率缺额的情况，由于有载调压变压器的负荷电压特性，往往会导致系统在一种较低的电压下保持稳定的运行。但需要注意的是，如果在此状态下的无功功率缺额较大，为了保证电压处于一种稳定的状态，有载调压变压器会导致电压暂时上升，在此状态下，会将无功频率缺额全部转嫁到主网上，因此主网的电压会由于这样的情况逐渐下降，严重时就会引起电压崩溃。在以往的研究中，世界上几次严重的停电事故均是由于这样的原因引起的。

2.2 会严重到变压器运行过程中的可靠性

对于有载调压变压器而言，其中含有的在调压分接头，会严重影响变压器在实际运行过程中的可靠性。在1982年的国际大电网会议中，变压器委员会就提出过这样的问题，指出了带负荷调节电压的分接头不仅会出现自身不可靠的情况，同时也会增加变压器整体运行过程中以及设计过程中的复杂性，同时有载调压变压器由于是带有符合调整电压的，不可避免的会在实际的使用过程中产生电弧因此会造成聚集在游离变压器油会造成有载调压变压器中有瓦斯冒出的情况，甚至会引起误发信号或是误操作。由此可见，如果叫大容量的变压器配备了有载调压的分压头，会对变压器的可靠性造成较大影响，尤其是对于农村配电网而言，一旦加装较大容量变压器，如果再配置有载调压分压头，会对农村配电网的正常运行以及安全使用造成极大的影响。

2.3 有载调压变压器会加大运行费用以及投资

对于有载调压变压器而言，往往是在常规的变压器上加装有在调压分接头，因此在实际的使用过程中，体积大小会远远高于同等容量的变压器大。因此在有载调压变压器实际的使用过程中，不仅会大大的增加变压器的投资，同时也会增加变压器运行过程中的维护费用。在另一方面，如果需要对调压箱进行相应的检修，需要进行停电，而停电的时间相比常规变压器的停电时间较长，同时较为频繁的动作有载分接开关以及传统机构，也会极大地增加运行管理过程中的相关费用。而正是由于有载调压变压器在实际的使用过程中会出现如此众多的问题，我们猜想是否有一种解决方法，既能够解决农村配电网在线路末端低电压使用的过程中可以正常而安全的使用，同时也不会造成如同有载调压变压器一样出现诸多的问题。

3 国内外对线路末端低电压治理的研究概况

由于线路末端低电压的情况会造成在实际的电力使用过程中的诸多不便以及较大的安全隐患，在多年来国外对于线路末端低电压的治理方面也有着较大进展。尤其是最近国外已经开始研制全自动绕线机，通过全自动绕线机的形式进行自动排线以及自动张紧，因此绕线的质量大大增加。同时在直流换流变压器的制造方面也开始提升质量，目前国外的直流换流变压器的制造技术是目前世界变压器制造领域的最尖端技术之一，能够较好的代表着变压器制造业的最高水平。从总体来看，低损耗、组合化、节能环保、低噪声以及高可靠性是未来变压器的发展方向，同时随着电力用户对于电能供应的各种需求的不断提升，在实际的使用电能的过程中，是否会产生高次谐波、引起电压波动以及电压闪变、使用电能时是否会对电网造成污染等问题已经开始逐渐的成为了判断变压器性能优劣的重要指标。此外，变压器的美观也是电能用户低于变压器提出的全新要求，在实际的使用电能的过程中，目前一种地下式变压器开始逐渐得到了普及，通过将变压器设置在地下，能够得到较好的美观效果。而另一种全新的变压器，即干式变压器能够的刀片较为优秀的防火性能，大大提升在使用电能过程中的安全性。而S11型油浸变压器能够实现在使用电能过程中的低损耗性。这些变压器都将得到较好的运用。在世界上，变压器的发展目标为轻量、高效以及高密度，片式化的变压器将会得到进一步的发展，同时低损耗、高频、尺寸小、价格低的电源变压器也会得到较好的市场，高压电源变压器的市场极为广阔，在实际的配电变压器制造使用的过程中，将会随着铁心变压器的发展，研制出成套的自动化程度较高的卷铁心生产设备。

4 一种全新的调容节能的理论依据

4.1 传统调容节能的缺点

对于传统的调容节能而言，主要是使用传统的调容调压开关进行实现的。传统的调容调压开关是一种由点击旋转，并且通过传动及缓慢地将传动机构进行调节。在此过程中，动作时间一般需要十几秒，同时传统的调容调压开关的体积极大，价格高昂，使用过程中也显得极为复杂。在一般使用传统调容调压开关的场合，主要是使用在35kV主变以及110kV主变，在目前农村配电网中常用的10kV配电台区中难以得到较好的使用。为了更好的实现农村配电网中的调容节能，我们设想，能否有一种通过永磁真空开关以及专用的转换开关进行组合，从而实现一种快速调压的目的。通过这种方式进行工作，具有体积小。转换速度快（一般一次转换只需要100ms），同时在实际的转换过程中不会出现弧光等特点，在农村配电网的配电台区中能够较好地实现自动调压。

4.2 一种全新的调容节能理论依据

目前，针对我国农村配电网的实际情况，我们发现可以使用调容节能的方法来对目前线路末端低电压的情况进行较好的治理。由于通常在对变压器的损耗进行评价的过程中，往往需要将铁芯损耗以及线圈损耗进行相应的考虑，在这其中，铁损耗为变压器的空载损耗，铁芯损耗的变化和变压器铁芯的材料以及铁芯的尺寸有着较大的关系，同时也和绕组的绕制形式以及匝数有着较大关系，相比负荷的大小，铁芯的损耗和变压器的负荷并没有太大的关系，因此可以通过增加铁芯的截面积，或是使用减少每一匝的电压来实现降低铁芯的磁通密度的目的，进一步的降低铁芯的损耗，同时也能够减少绕组导线的截面积，大大的缩短磁通路径，同时也能够将变压器的空载损耗降低。对于农村配电网而言，往往具有配电变压器的运行数量较多，并且线路范围大、线路杂错、点多面广。正是基于农村配电网中变压器的这一特点，为了进一步的得到节能效果，并且提升农村配电网中变压器的运行效率，提升变压器的极小运行效率就能够节约较多的电能。通过目前的研究，使用新型高效的变压器，并通过目前的实用新技术实现后，至少能够节约15%的电能，对于农村配电网中的某一个具体的区域或片区，在实施了自动调容的配电改造后，就能够得到极佳的节能效果以及相关的经济效益。

5 新型调容调压变压器实现的技术要点

5.1 自动调压开关及自动调容开关的实现

对于自动调压开关，往往是在稳定的220V交流电的情况下进行使用的。在此时可以讲电桥两端连接硅二极管整流器。而对于380V的三相交流电的使用情况下，可以使用6个硅二极管，从而组成一种三相全波整流。如果需要使用在稳定的交流整流后的直流电压或是在稳定的电池浮动充电的电池电压时，可以将被稳电压直接加在电桥两端。在实际的使用过程中，为了更好的使用在稳定的交流电压中，可以在整流后进行相应的滤波。对于调压机构而言，在继电器开始动作后，可以与电桥两点相接处，在此时电机开始反时针方向转动，同时自耦调压器可以向降压的方向进行调整。在此时继电器会有所动作，并且会往电枢方向进行相反方向的运动。在此时，电机会产生顺时针的转动，从而能够帮助自耦变压器向升压方向进行调整，并且通过这样的一种方式实现一种自动调压的目的。对于自动调容开关，我们发现目前所使用的传统调容开关是一种机械式的调容开关，这种调容开关主要是一种立式圆筒的结构，而为了保证在实际的使用过程中不会发生卡死的情况，接触电阻往往比较小，同时在此过程中，开关的动静接触头会紧密的贴合在绝缘筒上，同时整个开关可以使用高燃点的β油进行绝缘，在实际的熄灭切换过程中产生电弧，但是需要注意的是，如果使用机械结构的有载调容开关，在实际的使用过程往往会出现结构较为复杂、并且在切换的过程中会产生电弧，同时也很有可能出现卡死的现象，在实际的使用过程中，如果需要对速度进行调节，调节速度较慢。因此目前在制造有载调容开关的过程中，往往是使用微处理器直接对电力电子开关进行控制，并且能够较好的实现无电弧化的容量切换。

5.2 高低压负控开关的相关技术

对于10kV架空线路T接的用户而言，如果用户内部发生了故障，随按发生在用户的进线开关内侧，但由于保护动作的时限以及变电站的开关保护配合出现了不当的情况，也会造成变电站的出线开关保护掉闸的情况。如果出现了这样的情况，同时故障性质为一种永久的故障，变电站姿势及的重合过程中往往会出现重合不成功的情况。在此过程中，往往会出现一个中压用户界内事故导致整条配电线路产生停电的情况。在这样的请款下，使用新型调容调压变压器就显得尤为重要。但是在实际的新型调容调压变压器的制造过程中，高低压负控开关是一种极为重要的装置。在新型调容调压变压器的制造过程中，我们选用一种新型的高低压负控开关。在高压开关方面，在隔离开关断开后，能够保证拥有较为明显的间隙，同时在间隙之间的绝缘以及相间的绝缘都能够足够的可靠，保证日后的隔开高压电源功能的正常使用。同时高压负控开关需要保证拥有较好的灭弧装置，因此可以待用负荷操作，通过接通以及切断负荷电流，但不能够断开短路电流，因此在实际的使用过程中必须和熔断器一同使用。在低压开关方面，主要是一种闸刀开关，通过这种开关能够实现接通或断开，并且往往是手动实现的。在本次研究中，低压断路器的组成为触点、灭弧器、脱扣器以及操作机构。通过高压负控开关以及低压负控开关的组合，能够较好的实现高低压负控开关的目标。自动调压调容变压器的组成上，主要是由变压器本体、智能控制单元组成的。在变压器的本体中，主要是含有调压开关、调容开关、远程可控开关。在实际的使用过程中，通过自动调容调压变压器中的永磁真空开关就能够实现无线远程停送电，大大减少了在实际的使用过程中的时间浪费。而在自动调压调容变压器的使用过程中，也拥有自动调压的功能，如果出现了线路或用户在实际的电力使用过程中由于不稳定等原因引起的电压弄懂，变压器可以自动的进行调节，提升供电质量，并且提高设备的出力，大大延长设备的使用寿命。而对于自动调容功能而言，能够根据负荷的大小自动将容量进行相应的调节，从而能够帮助变压器在负荷的低谷期自动的运行在低容量的档位，在轻负载是，空载损耗能够得到大大降低。在自动调压调容变压器的原理上，如图1所示。

图1

图2

5.4 三相负荷自动调节开关的相关技术

在三相负荷自动调节开关方面，是通过安装在支路上的电子式剩余电流断路器而实现的，通过电子式剩余电流断路器，能够获取到各个支路上的相线电流以及支路电流。在实际的使用过程中，熔断器的进线端可以分别连接在三相断路器的三相上，通过三个RC1A型的瓷插式熔断器的出线端进行相互的连接，并且通过中性线一起，接入到单相表箱中的进线端。三只RC1A型的瓷插式熔断器的插头只需要连接一只，在实际的换相过程中，不需要将整个配电区的线路进行停电，只需要将三相空气断路器进行断开，并且将连接好的一只熔断器插头插入到相应线路的插座上后，恢复空气断路器到闭合送电的状态。通过三相负荷自动调节开关，可以实现电压质量改善的效果，尤其是在农村配电网中，如果出现了线路末端低电压的情况，可以通过三相负荷自动调节开关改善电压的质量。

6 新型调容调压配电变压器的实现以及对线路末端低电压的意义

6.1 如何实现新型调容调压变压器

新型的调容调压变压器主要是通过S11型以及以上提到的配电变压器、调容开关、调容控制器以及相关的附件进行组成的。通过配电变压器外置的GPRS模块，可以使用GPRS网络进行实时的传输台区配变的相关运行数据，同时也能够实现就地数据下载、数据查看以及参数整定。同时可以通过防火墙的形式到达企业内部的管理服务器，在监控中心可以直接对现场的调容进行数据查看以及远程监控，而在子站中，可以通过web的方式来对数据进行浏览以及查询。整个工作流程如图2所示。

对于S11新型调容调压变压器而言，是一种拥有两个容量，并且可以根据符合的实际大小来对配电变压器的负荷大小进行相应的调整。对于变压器而言，通过变压器的三相高压绕组能够在较大容量时接成三角形，而在较小容量的情况分析下接成星形。每一相中的低压绕组是由三个部分组成的，第一个部分为少数线匝的部分，作为I段，而另外的部分是由多数线匝线段，并且通过两组导线并绕组成的，作为II段以及III段。在较大容量时，可以通过II段、III段并联，并且与I段串联，在较小容量时I段、II段以及III段能够全部进行串联。在由大容量调整到小容量的过程中，需要注意低压绕组的匝数会相应的增加，同时在此过程中，高压绕组会变成星形解乏，相电压会降低，同时在此过程中匝数也会得到相应的增加，增加的匝数和电压降低的倍数是相同的，通过这种方法能够实现输出电压不变的效果。对于高压绕组而言，连接方式是可以进行改变的，低压绕组的串联以及并联的方式以及各分接部分的调整是通过挺值得无励磁调容开关进行完成的。同时需要将大容量调整为小容量的过程中，由于低压咋树洞饿增加，铁芯的磁通密度会得到大幅度的降低，在此过程中就能够实现硅钢片的单位损耗大大减小，而通过这样的方式，空载损耗以及空载电流能够得到相应地降低，从而实现减损节能的相关目的。新型调容调压变压器的原理图如图3所示。

图3

6.2 新型调容调压变压器的意义

在本次研究中，我们讨论了一种新型调容调压变压器的实现原装方法。通过低压电流互感检测的电流信号以及低压信号输入至综合监测控制器的模数转换模块，通过模数转换模块就能够将模拟的电压信号输入到CPU中，通过CPU计算出实际的容量值，并且综合实际的电压来作为判断依据，并且根据预设的条件来触发执行模块的相应输出回路，从而能够起到控制调容开关、调压开关、低压永磁负荷开关的开闭效果。如果需要调容，自动控制开关的开闭能够完成变压器内部的相关转换，实现变压器容量调节的目标。如果需要调压，通过控制开关的开闭能够改变接入变压器一侧的匝数，而匝数的变化能够帮助输出电压发生变化，从而能够达到调节稳定输出电压的目标。同时在不改变变压器本体尺寸的前提下，在内部集成永磁机构的远程控制开关、调压开关、调容开关，并且做到动作可靠以及布局合理，开发小型化精细分级，并且有功不平衡调节的补偿装置装设于变压器的油箱侧壁并做好成本控制是新型调容调压变压器需要改进的目标。通过安装新型的调容调压变压器，能够极大的提升负载率以及功率因素，因此能够降低空载损耗，同时也能够较好的解决长期以来农村地区由于变压器的负载运行不平衡而造成的“小马拉大车”的相关问题，同时也能够代替农村配电网原有的子母变的运行模块，因此能够极大的提升供电的自动化水平以及工作效率，因此能够节约运营的相关成本，这对于提升供电系统的可靠性以及稳定性有着极为重要的意义，同时也能够满足农村配电网智能化的相关需求。而随着调容技术的不断发展与稳定，目前新兴的调容调压配电变压器在季节性负荷较大的农村配电网以及昼夜用电负荷变化较为明显的配电台区也会有着十分广阔的应用前景。

7 结语

对于我国的农村配电网而言，线路末端的低电压治理一直是需要着重解决的问题，同时也是目前农村配电网亟待解决的重点难点。本文通过讨论了一种新型的调容调压变压器的实现方法，能够对目前的农村配电网中出现的问题进行解决，对改变农村配电网现状意思提升我国电力用户的用电质量有着极为重要的意义，同时新型调容调压变压器也因为其特点，在我国的电网建设过程中拥有着广阔的应用前景。

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