农村某县电网电压质量管理措施

张世翔, 程 航,2

(1.上海电力学院 经济与管理学院, 上海 200090;2.国家电网安徽省电力公司绩溪供电公司 运维检修部, 安徽 绩溪 245300)

农村某县电网电压质量管理措施

张世翔1, 程 航1,2

(1.上海电力学院 经济与管理学院, 上海 200090;2.国家电网安徽省电力公司绩溪供电公司 运维检修部, 安徽 绩溪 245300)

介绍了通过供电电压自动采集系统的运用,实时监控电网低电压、超负荷等异常情况.结合某县供电公司农网电压管控实例,采取改进的九区图控制策略等无功调节控制手段,制订三级联调、安装新型电压调节稳定装置等各种合理整改措施,以有效提升居民客户端供电电压质量和供电优质服务水平.

农村电网; 供电电压自动采集系统; 电压管理

随着农村经济的快速发展,农村居民生活水平的持续提高,加之农业机械化、家电下乡等惠民政策的不断普及,农村电力负荷和用电量快速增长,用户对供电电压质量的要求也随之提高.农村的经济建设以及农村居民生活的便利程度,与电力的稳定供给息息相关.配电网侧和用户侧的可靠性、互动性、清洁性和灵活性是未来配电网智能化发展的大趋势,如何主动监测和发现农村电网电压质量存在的问题,从而及时提高电网综合电压合格率,尤其是提高居民电压合格率,越来越受到人们的关注和重视.本文主要针对农村电网电压所存在的相关问题展开研究.

1 农村电网电压的特点及存在的问题

从我国农村地区电力供给现状来看,县域电网均属于农村电网的范畴,农村地区地域辽阔,存在10 kV农村配电网供电半径过大,线损严重,引起末端用户电压偏低的现象.就农村供电网络而言,存在部分公用配电变压器容量偏小和部分配电变压器未配置带有无功自动补偿装置,以及低压线路用户接户线径偏细的问题.

同时,随着农村相关工业产业的增加以及农副产业机械化的发展,农村负荷普遍存在季节性明显、时段性强、波动大的特点.配电变压器存在平时轻载电压偏高,而农忙、季节性产业及春节期间等季节性负荷突增引起低电压的矛盾,往往出现一个台区内低电压和高电压并存、电压不稳定的现象.而农村配电网具有负荷小且分散、环境差、前期基础薄弱的特点,因此设备变更改造维护工作难度较大.

某县地处山区,总面积1 126 km2,辖11个乡镇81个村(社区).某县供电公司运行管理的35 kV变电站11座,主变压器22台;公用配电变压器768台;35 kV线路21条,长198.989 km;10 kV线路58条,长1 016.065 km,低压线路长3 074 km;用电客户8.54万户.

2 农网供电电压自动采集系统的运行管理

为了解决农村电网电压问题,应加强各等级电压的监测,及时发现问题.可以建立和完善电压监测系统,设置不同电压等级、不同性质的各类电压监测点,安装电压自动监测仪,健全农网供电电压自动采集系统.

2.1 农网供电电压监测点的设置

按照电压等级对电压监测点进行分类设置和管理.首先,在农村电网所属的110 kV和35 kV变电站的10 kV母线及35 kV用户受电端,设定A类电压监测点.110 kV和35 kV变电站供电区内有高压用户时,设置高压用户B类和C类电压监测点.低压用户电压监测点为D类电压监测点,设置在公用配电变压器的出口侧首端用户处和台区末端用户处,并确保每个乡镇供电区域都设有监测点.

某县供电公司农村电网A,B,C,D 4类电压监测点设置情况如下.

(1) A类电压监测点 设在辖区内所有变电站内带地区负荷的10 kV母线上.

(2) B类电压监测点 选择35 kV专线供电用户,设在具有代表性的高压用户分界点处,如KH钢铁厂的客户变电站、KH变电站处.

(3) C类电压监测点 设在10 kV供电的用户端,每10 MW负荷设一个电压监测点.选择的范围涉及农村机械化企业、学校、小型水电站、医院,如GZ小学,XZ办公中心,ZF针织厂等.在用电采集系统中建立“重点用户群组”,用电采集系统提供每日电压监测数据,保证在供电电压自动采集系统中所有测点数据都能够被召测.

(4) D类电压监测点 监测380 V/220 V低压用户端电压,考虑到测点的均衡性和代表性,在6个乡所平均分布配电台区测点,并对测点进行GPS定位.电压监测仪安装在低压配电台区的首末两端用户.

2.2 农网供电电压自动采集系统功能的应用

农网供电电压自动采集系统充分整合了调度自动化系统、营销用电信息采集系统、智能配网运行监控平台、配网自动化系统等资源,灵活运用于综合电压管理.

系统将A,B,C,D类电压监测点全部接入,实现了监测点的台账管理、监测点变更的网上审批、电压监测装置的校验和维护记录、电压监测点的数据完整性和连续性统计,以及电压指标的计划、统计、分析和上报等功能.该系统监测点电压实现电压曲线图形展示,通过不同测点电压曲线数据的对比,可以为农网综合电压分析和治理提供信息分析平台.

3 农村电网综合电压管理的优化途径

3.1 农村电网升级改造

分析各类电压监测点的电压监测数据发现,农村电网电压质量问题比较严重,在农村地区加强进行电网升级改造是解决问题的根本途径.根据2015年国家能源局发布的《配电网建设改造行动计划(2015—2020)》,在“十三五”期间,配电网建设改造的投资将不低于2万亿元,以着力解决城乡配电网发展薄弱问题[1].

某县供电公司根据当地发展需要,将在该地区新建一座110 kV变电站,两座35 kV变电站,同时对变电站主变压器进行增容,以进一步提高农村电网的供电能力.通过新建变电站,新增、增容变压器,优化电网主网架结构;对于配电网,减小线路供电半径,对线径过细的台区进行线路更换,对配电变压器进行增容或新增配变布点,提高配电设备装备水平.通过新一轮农村电网的改造升级和新增配网工程的实施,可以从根本上保障电网电压质量的稳步提升.

3.2 变电站母线电压管理

根据A类电压监测点的电压数据反馈,及时对变电站母线电压进行监测和管控.一是合理进行主变压器选型.在电网规划、变电站新建或改造时,开展主变压器选型的合理性分析.选用有载调压变压器,并结合电网电压实际情况及负荷预测,综合确定主变压器的容量和变比.二是加强无功设备管理和应用.充分考虑变电站无功补偿装置的配置,并提高无功设备的利用效率;通过开展不同运行方式下的无功平衡分析,来确定变电站容性、感性无功补偿度.三是强化电网“逆调压”管理,尽量减少主变压器分接开关、无功设备的动作次数,兼顾主变压器和无功设备的安全可靠运行.

3.3 配电网电压质量提升的管控措施

一是在部分配电网10 kV线路上加装自动无功补偿装置.县域电网由于电源布点相对较少,仍存在供电半径较大的问题,尤其是针对部分功率因数较低、小容量配电变压器较多的线路,可以对10 kV架空线路配置自动无功补偿装置.无功补偿装置可以起到降损节能的作用,从而解决部分偏远地区配电变压器布点困难的问题.

二是对配电变压器档位进行优化调整.定期开展对公用配电变压器低压出口侧电压的普测,对电压不合格的配电变压器进行跟踪观测和原因分类,对季节性负荷较敏感的台区制定节气计划表,有针对性地进行配电变压器档位调整.农村常用配电变压器大多是无载调压,可以通过改变分接开关的动触点的位置来改变变压器的匝数,调节配电变压器运行档位,从而改变输出电压,提高末端用户的电压质量.

三是安装新型电压调节稳定装置.针对部分台区近期不在农村电网改造计划内以及改造难度较大的情况,设计安装新型电压调节稳定装置,即单相末端调压装置.该装置适用于末端低压用户电压波动较大的线路,串联在配电变压器线路与用户表箱之间,通过跟踪末端线路电压的变化,自动控制升降单元,在一定范围内对线路电压进行自动调整,使末端低压用户端电压满足电压合格要求,达到经济、便捷、成效明显的目的.

3.4 制定三级联调方案

部分农村电网低电压问题必须通过农村电网升级改造的方式才能彻底解决,而另一部分低电压问题则可通过充分挖掘现有电网调压和无功补偿设备的运行调节潜力,制定三级电压联合协调方案得以解决.

三级协调控制的对象是电网的不同级.目前,变电站的电压无功控制技术比较成熟,变电站有载调压变压器可在变压器不退出的情况下进行调压,应用最为广泛,通过有载调压和无功补偿装置的应用,可以优化变电站10 kV出线的功率因数和电压质量.线路电压无功控制则以线路调压器、线路无功补偿调控设备为主,其中线路调压部分起主要作用的是线路自动调压器,无功补偿设备偏重于智能型无功补偿设备[2],而户外中压线路的无功补偿是指在架空线路的杆塔上安装户外无功补偿装置.此外,配电变压器离用户侧较近,在配电变压器处安装自动调压、无功补偿装置,对低压用户端电压调节效果明显,对其所属的馈线也产生有益的影响.

由于传统的无功调节设备均为独立式控制,缺乏统一的控制平台,本地无法对各级作出联合调整.随着电压无功三级联调软件系统的开发应用,不仅充分发挥了变电站、线路、台区各级设备的调控裕度,将电压稳定在规定范围内,同时尽可能地减少了无功在上下级电网间的流动,降低了网损率[3].某县供电公司结合电压无功三级联调软件系统,利用已有的变电站、线路、台区的无功设备,实现了电压无功的综合调节,有效改善了部分线路末端电压水平下降较大的情况.

4 某县供电公司农村电网电压管控实例

电压监测点电压所允许的偏差值为:35 kV及以上高压用户供电电压正负偏差绝对值之和不超过额定电压的10%[4];10 kV高压用户受电端(入口电压)电压允许偏差值为额定电压的-7%～+7%(9.3～10.7 kV);380 V电力用户电压允许偏差值为额定电压的-7%～+7%(353.4～406.6 V);220 V电力用户的电压允许偏差值为系统额定电压的-10%～+7%(198～235.4 V).

4.1 变电站10 kV出线电压不稳定的原因及改进措施

某县供电公司的A类电压监测点中,存在变电站10 kV出线电压不稳定的情况.例如:X变电站10 kV母线1段在10月12日的电压合格率为88.028%,其中,在12日18∶50时达到最高电压10.95 kV,07∶45时达到最低电压9.98 kV,18∶00至19∶00期间存在电压越上限,而21∶00至次日9∶00期间存在电压偏低现象.造成这一现象的原因在于,该乡镇有多家工厂(例如玻璃纤维厂)在晚21∶00至次日9∶00期间工作,使无功功率越上限电压下降;在工厂停工时间段,居民用电负荷较低,出现电压偏高现象.

在变电站中,电压无功的综合控制对象是变压器分接头和并联电容器开关.因此,采用如下解决方法:选择改进的九区图控制策略进行分析,X变电站的10 kV出线电压属于电压和无功功率同时越上限,应先调节变压器变比以降低电压,观察电压情况后,若无功功率仍越限,再投入电容器组.比如南瑞继保的RCS-9656型、VQC-Ⅱ型电压无功综合调节装置,就是应用改进的九区图控制策略进行电压无功控制的[5].通过该策略的应用,使该站电压保持在10.15～10.6 kV,处于A类电压合格范围内.

4.2 变电站10 kV线路电压偏低的原因及改进措施

在变电站或线路故障停运期间,需要导负荷等措施来保障对用户正常供电,导负荷常引起10 kV线路供电半径变长,产生电压偏低的问题.某县供电公司的A类测点中,Y变电站10 kV母线1段,从10月22日起电压合格率低于95%,严重时越下限率达到23.194%.供电电压监测系统及时监测到该情况.分析原因可知:10月18日至11月18日期间,正值相邻变电站Z站技术改造,因更换35 kV隔离开关,该站其中一台变压器停运,负荷转移,导致相邻Y变电站所带线路供电半径过长,所带负荷增大,导致电压下降幅度较大.

改进措施如下:对变电站Y站的变压器进行升档,另外可利用模糊无功调节判据策略进行电压无功调节.该策略可以有效减少有载调压分接头的频繁操作,减小对设备带来的寿命损失,同时可以达到灵敏提高电压质量的目的,最终使变电站10 kV出线电压保持在合格范围内,减小对用户电压质量的影响.

4.3 变电站10 kV母线电压的“逆调压”

2015年10月份,10 kV线路B线在晚间23∶00至次日7∶00期间,存在所供部分台区配电变压器关口电压时有越上限现象.D类监测点上限电压为235.4 V,而这些台区配电变压器关口及所供低压用户电压在夜间超过了235 V,甚至达到239 V,电压合格率仅达到79%左右.根据电压在固定时间段偏高的特点,运用变电站10 kV母线电压“逆调压”的方法,在相应的23∶00至次日7∶00期间,将上级电源110 kV变电站的10 kV母线电压上限值由原来的10.5 kV下调为10.3 kV.采用该调整方法,10 kV线路B线配电变压器关口及其所供低压用户的电压合格率均提升到了100%.

4.4 配电变压器档位的优化调整

由于农忙和农闲期间用电量相差悬殊,农村地区配电变压器输出电压存在忽高忽低的季节性现象.在10月份负荷低谷期间,电压采集系统采集的A变电站10 kV的YX线QST,SJT,SW台区电压情况偏高,如表1所示.

该类农村配电变压器分接开关有3个档位:1档为10.5 kV,2档为10 kV,3档为9.5 kV.可以通过调节配电变压器档位来改变变压器变比,从而改变输出电压.

D类电压监测点220 V的合格范围为198～235.4 V,3个台区电压均有不同程度的超上限.通过测量数据进行分析,对于满足调档条件的配电变压器,供电所运行维护班组及时纳入作业计划进行档位调整.分别对该3台配电变压器进行了档位调整,结果如表2所示.由表2可以看出,电压已处于合格范围内.

表1 配电变压器调节档位前台区首末端低压用户电压情况

表2 配电变压器调节档位后台区首末端低压用户电压情况

4.5 配电网10 kV线路加装自动无功补偿装置

某县供电公司10 kV的A线线路较长,供电半径较大,同时随着该地区农家乐餐饮用电、鱼塘增氧泵以及季节性的炒茶用电的激增,导致低压用电故障时有发生.该线路末端有大量的小动力负荷:所带用户专用配电变压器32台,公用配电变压器27台.每年三四月份大量炒茶机“齐头并进”,容易导致低压用电故障,最低电压曾经出现过189 V,炒茶机转速不均,影响了茶叶的制作和品质.在10 kV的A线中间和末端处分别安装无功补偿装置后,可以很好地降损节能.采集系统实测线路中端和末端低压用户电压,负荷高峰期间分别为224.3 V和210.7 V,满足了低压小动力用户用电的需求.

5 结 语

在农村主配电网升级改造的基础上,通过优化变压器台区的分布与容量配置,采取无功调节控制手段,实施变电站母线“逆调压”、配电网无功优化、配电变压器档位调整、安装电压调节稳定装置、三级联调等措施后,某县供电公司在农村电网电压质量管理方面取得了很好的成效,提高了居民客户端供电电压质量,提升了农村电网综合电压合格率.一系列电压管理方法在农村电网的合理应用,不但可以增强设备的利用效率,提高农村电网的功率因数,也会给供电企业及电力用户带来较大的经济效益,这对我国山区农村电网电压质量的提升和管理具有借鉴意义.

[1] 国家能源局.配电网建设改造行动计划(2015—2020)[EB/OL].[2005-08-31].http://www.chinasmartgrid.com.cn/news/20150831/608740.shtml.

[2] 刘建国.农网中压配电线路无功补偿配置的研究[D].保定:华北电力大学,2010.

[3] 刘洋.配电网电压无功三级联调综合控制的应用与研究[D].郑州:郑州大学,2010.

[4] 国家电网公司.国家电网公司农村电网电压质量和无功电力管理办法[M].北京:中国电力出版社,2005:10-23.

[5] 李瑞桂.农网低电压综合治理[D].保定:华北电力大学,2012.

(编辑 胡小萍)

Research on Management of Voltage in Rural Power Network

ZHANG Shixiang1, CHENG Hang1,2

(1.SchoolofEconomicsandManagement,ShanghaiUniversityofElectricPower,Shanghai200090,China2.OperationalMaintenanceDepartment,JixiPowerSupplyCompanyStateGridAnhuiElectricPowerCompany,Jixi245300,China)

Power grid voltage automatic acquisition system is applied,which monitors low voltage,overload and other abnormal situation of rural electricity.In combination with examples of voltage management of a certain county power company,the improved nine area chart control strategy and other reactive power adjustment means are introduced in details.The application of three level cascade adjustable voltage strategy and the installation new voltage stabilizer and other sorts of reasonable measures are put forward,which are effective in improving the voltage quality of residents and the standard of power supply service.

rural power grid; voltage automatic acquisition system; voltage management

10.3969/j.issn.1006-4729.2017.02.018

2016-03-25

张世翔(1979-),男,博士后,教授,安徽巢湖人.主要研究方向为能源经济与管理,能源互联网,智能电网与新能源.E-mail:zsxwh@126.com.

中国工程院咨询研究重点项目(2016-XZ-29);上海市教育委员会科研创新重点项目(14ZS146);上海市哲学社会科学规划课题(2013BGL016);上海高校人文社会科学重点研究基地建设项目(WKJD15004).

TM727.1

A

1006-4729(2017)02-0201-05