基于前推回代法的低电压台区成因数据分析

李兰芳 李 鑫 黄嘉健 袁秋实 杨宏宇

（1.广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东广州510080；2.上海博英信息科技有限公司，上海200240）

0 引言

目前我国低电压台区的治理工作仍处在相对初级的阶段。从高压、10kV线路和配电台区这三个角度考虑，得出配变档位调整不及时、低压线路供电半径长、低压无功补偿不可用是造成低电压的三大主要因素，国内一些供电企业也针对这些问题提出了配变调档、无功补偿等解决措施。然而这些措施实用价值并不明显，造价也很昂贵，且技术成熟性较差，因此采取有效举措做好低电压台区的治理工作尤为重要。

本文主要对低电压的成因进行数据分析，以此辅助低电压治理工作。通过对台区的数据收集，并结合台区情况对数据进行分析，采用相域模型和前推回代法的潮流计算对配电网络进行分析计算，根据24h的运行数据对台区情况进行分析，预防并减少低电压台区的问题，为治理低电压台区提供参考和支撑。

1 数据采集

低电压原因分析需要大量的数据支撑，包括基础数据和运行数据。低电压台区需要的基础数据包括配变、低压线路的基本信息。低压线路要进行现场勘查，掌握主干线和分支线的长度、用户的大体分布。运行数据包括配变数据和末端电压监测数据，从计量自动化系统获取配变监测终端的监测数据，包括三相电压、三相电流，末端监测点监测电压，变压器运行档位。

数据首先进入营销部门管理的营销管理系统中，根据台区名称，确认其中相关数据，此数据包括：受影响的客户数、年度被投诉次数。将该数据导出或记录在表格中；根据用户确定低压负荷类型，进入计量自动化系统中；根据供电台区名称，采集配电端首端电压数据；根据表格中的投诉时间以及一年中的数据进行分析，从中找出电压最低点或低电压时间最长点，将时间段数据采集出来，然后进入计量自动化系统中，将此时间段的台区的首端电压、有功负荷、无功负荷、功率因数、负载率、三相不平衡度等电量参数，导出24 h数据储存下来；进入配网生产系统中，根据台区名称，确认其中相关数据，此数据包括：台区所属10kV线路、接入10kV线路位置、最长供电半径、配变容量、低压无功补偿容量、台区首端电压偏低的配变短路阻抗、目前运行档位、低压最长主干线线径、台区负载情况、台区三项不平衡度、低压负荷类型、台区负荷分配特性。

图1 台区供电示意图

在收到以上数据的基础上，将导出的数据记录在案，或将抄入的数据储存到Excel文件中并整理归档，以供分析部门使用。

以上数据在不同的表格中存在重复统计和无效统计的情况，此部分将会通过最终的数据校验规则进行排查，从而得到合理的分析结果。

2 数据分析研究

根据采集到的原始数据，特别是计量自动化的24h运行数据，分析台区出口的数据情况，包括电压三相不平衡率、全天电压差值、相间电压最大差值等，并得出结论。

3 数据预处理

依据电力系统分析的一般原则，电压分析由源端向受端进行，负荷分析由受端向源端进行，因此，低电压分析也应该采用由源端向受端的顺序进行。图1给出了一个最简化的台区供电示意图。从图中可以看到，一个台区首先由配变从10kV线路获取电能，变为400V以后，经低压线路送至用户。

用标幺值描述，用户电压等于变压器上级电压减去变压器压降和低压线路压降，因此如果用户电压偏低，可能的原因有四种：

（1）变压器上级电压偏低；

（2）变压器压降过大；

（3）线路压降过大；

（4）以上三种原因的不同组合。

因此，可将台区低电压的成因分为三个层面：中压层、配变层和线路层，依次分析并判别三种压降在最终低电压的产生中所占的比重。

3.1 前推回代法潮流计算

配电网络常规潮流计算是根据已知的网络结构及运行条件，求出整个网络的运行状态，其中包括各母线的电压、网络中的功率分布及功率损耗等。由于低压配电网存在以下特点：线路的R/X值较高，三相负荷不对称问题比较突出，网络中基本上都是PQ节点等，所以潮流计算采用前推回代法。前推回代法具有收敛性能不受配电网R/X比值较大的影响、效率高、编程简单、占用内存少、运行速度快的优点。

3.2 相域模型

相域模型包括：建立变压器、线路、负荷、无功补偿装置、调压器模型，通过潮流计算分别算出各部分电压、电流、功率、损耗等。根据计算结果可判定台区末端用户是否存在低电压现象，若存在低电压现象，可从中压、配变、低压三个层面分析导致台区低电压的成因，并根据各个成因影响值的大小，确定造成台区低电压的主要成因。

4 低电压台区成因分析

根据不同电网层级电压水平现状，造成台区电压偏低的相关影响因素可分为三个层级：10kV母线层、10kV线路层和配变台区层。其中10kV母线电压影响因素包括主变调压方式、主变功率因数、变电站AVC系统配置情况等，10kV线路电压影响因素主要包括10kV线路负载率、功率因数、供电距离、线路截面、临时转供电、短时故障等，配电台区电压影响因素包括配变运行档位、配变负载率、功率因数、三相不平衡、低压线路供电距离及线路截面等。对于台区整体电压偏低情况，应首先对台区上级变电站10kV母线电压调控措施及10kV线路等影响因素分析台区首端电压偏低原因，其次分析台区配变分接头、功率因数、重过载等影响因素；对于台区局部电压偏低情况，则通过分析配变三相负荷不平衡、分接头、重过载、功率因数、低压线路供电长度及线径等方面逐一排查台区局部电压偏低原因。

5 低电压分析流程

低电压分析流程如图2所示。

图2 低电压分析步骤

低电压分析的步骤具体描述为：

（1）判定台区是否存在整体电压偏低（10），若“台区是否存在整体电压偏低”为“否”转入流程节点“配变档位分析（11）”；若“台区是否存在整体电压偏低”为“是”转入流程节点“所属10kV线路上级母线是否存在电压偏低（20）”。

（2）配变档位分析（11），若“配变运行档位”为“0%”“2.5%”“5%”，则判断低电压原因为“配变运行档位设置不合理”，然后转入流程节点“配变功率因数分析（12）”；若“配变运行档位”为“-2.5%”“-5%”，则直接转入流程节点“配变功率因数分析（12）”。

（3）配变功率因数分析（12），若“配变平均功率因数”＜0.9且“配变平均负载率”＞20%，则判断低电压原因为“配变功率因数偏低”，然后转入流程节点“配变负载率分析（13）”；若“配变平均功率因数”≥0.9或“配变平均负载率”≤20%，则直接转入流程节点“配变负载率分析（13）”。

（4）配变负载率分析（13），若“配变重载持续时间占比（%）”或“配变过载持续时间占比（%）”＞0，则判断低电压原因为“配变重过载”，然后转入流程节点“配变三相负荷不平衡分析（14）”；若“配变重载持续时间占比（%）”且“配变过载持续时间占比（%）”均等于0且“配变A相重载持续时间占比（%）”或“配变B相重载持续时间占比（%）”或“配变C相重载持续时间占比（%）”或“配变A相过载持续时间占比（%）”或“配变B相过载持续时间占比（%）”或“配变C相过载持续时间占比（%）”＞0，则判断低电压原因为“配变单相负荷重过载”，然后转入流程节点“配变三相负荷不平衡分析（14）”；若“配变重载持续时间占比（%）”且“配变过载持续时间占比（%）”且“配变A相重载持续时间占比（%）”且“配变B相重载持续时间占比（%）”且“配变C相重载持续时间占比（%）”且“配变A相过载持续时间占比（%）”且“配变B相过载持续时间占比（%）”且“配变C相过载持续时间占比（%）”均等于0，则直接转入流程节点“配变三相负荷不平衡分析（14）”。

（5）配变负荷三相不平衡分析（14），若“配变平均三相不平衡率”＞15%且“配变平均负载率”＞20%，则判断低电压原因为“配变负荷三相不平衡”，然后转入流程节点“低压线路供电距离分析（15）”；若“配变平均三相不平衡率”≤15%或“配变平均负载率”≤20%，则直接转入流程节点“低压线路供电距离分析（15）”。

（6）低压线路供电距离分析（15），若“台区低压线路供电距离（km）”＞0.5，则判断低电压原因为“低压线路供电距离偏长”，然后转入流程节点“低压线路截面分析（16）”；若“台区低压线路供电距离（km）”≤0.5，则直接转入流程节点“低压线路截面分析（16）”。

（7）低压线路截面分析（16），若“台区低压线路截面（mm2）”≤35，则判断低电压原因为“低压线路截面偏小”，然后转入流程节点“低电压原因排序（40）”；若“台区低压线路截面（mm2）”＞35，且流程执行至此尚未找到该台区低电压原因，则输出低电压原因为“其他原因”，然后转入流程节点“低电压原因排序（40）”。

（8）所属10kV线路上级母线是否存在电压偏低（20），若“10kV线路所属变电站10kV母线是否存在电压偏低”为“否”转入流程节点“10kV线路功率因数分析（21）”；若“10kV线路所属变电站10kV母线是否存在电压偏低”为“是”转入流程节点“主变调压方式分析（31）”。

（9）10kV线路功率因数分析（21），若“10kV线路平均功率因数”＜0.9且“10kV线路平均负载率”＞20%，则判断低电压原因为“上级10kV线路功率因数偏低”，然后转入流程节点“10kV线路负载率分析（22）”；若“10kV线路平均功率因数”≥0.9或“10kV线路平均负载率”≤20%，则直接转入流程节点“10kV线路负载率分析（22）”。

（10）10kV线路负载率分析（22），若“10kV线路重载持续时间占比（%）”或“10kV线路过载持续时间占比（%）”＞0，则判断低电压原因为“上级10kV线路重过载”，然后转入流程节点“10kV线路供电距离分析（23）”；若“10kV线路重载持续时间占比（%）”且“10kV线路过载持续时间占比（%）”均等于0，则直接转入流程节点“10kV线路供电距离分析（23）”。

（11）10kV线路供电距离分析（23），若“10kV线路供电距离（km）”＞15，则判断低电压原因为“上级10kV线路供电距离偏长”，然后转入流程节点“10kV线路截面分析（24）”；若“10kV线路供电距离（km）”≤15，则直接转入流程节点“10kV线路截面分析（24）”。

（12）10kV线路截面分析（24），若“10kV线路截面（mm2）”≤70，则判断低电压原因为“上级10kV线路截面偏小”，然后转入流程节点“10kV线路其他影响因素分析（25）”；若“10kV线路截面（mm2）”＞70，则直接转入流程节点“10kV线路其他影响因素分析（25）”。

（13）10kV线路其他影响因素分析（25），若“统计时段内10kV线路是否存在临时转供电”为“是”，则判断低电压原因为“因临时转供电导致10kV线路电压偏低”，然后转入下一个其他影响因素判断“统计时段内10kV线路是否存在短时故障”；若“统计时段内10kV线路是否存在临时转供电”为“否”，则直接转入下一个其他影响因素判断“统计时段内10kV线路是否存在短时故障”。

若“统计时段内10kV线路是否存在短时故障”为“是”，则判断低电压原因为“因短时故障导致10kV线路电压偏低”，然后转入下一个其他影响因素判断“统计时段内10kV线路是否为小水电上网线路存在逆向潮流”；若“统计时段内10kV线路是否存在短时故障”为“否”，则直接转入下一个其他影响因素判断“统计时段内10kV线路是否为小水电上网线路存在逆向潮流”。

若“统计时段内10kV线路是否为小水电上网线路存在逆向潮流”为“是”，则判断低电压原因为“因小水电并网存在逆向潮流导致线路电压偏低”，然后转入流程节点“配变档位分析（11）”；若“统计时段内10kV线路是否存在短时故障”为“否”，则直接转入流程节点“配变档位分析（11）”。

（14）主变调压方式分析（31），若“变电站主变调压方式”为“无载”，则判断低电压原因为“上级主变无载调压”，然后转入流程节点“主变功率因数分析（32）”；若“变电站主变调压方式”为“有载”，则直接转入流程节点“主变功率因数分析（32）”。

（15）主变功率因数分析（32），若“变电站主变平均功率因数”＜0.95，则判断低电压原因为“上级主变功率因数偏低”，然后转入流程节点“变电站AVC系统配置分析（33）”；若“变电站主变平均功率因数”≥0.95，则直接转入流程节点“变电站AVC系统配置分析（33）”。

（16）主变调压方式分析（33），若“变电站是否配置AVC系统”为“否”，则判断低电压原因为“上级变电站未配置AVC”，然后转入流程节点“10kV线路功率因数分析（21）”；若“变电站是否配置AVC系统”为“是”，则直接转入流程节点“10kV线路功率因数分析（21）”。

6 结语

本研究充分利用现有电网负荷监测数据与设备运行状态信息，建立具有实用价值的低电压分析方法，依据大数据分析理念，明确低电压分析治理所需的多维度数据来源，通过数据采集、成因分析，实现对低电压分析的信息化、流程化、规范化。针对台区整体电压偏低、台区局部电压偏低等两类低电压台区特征，分别梳理造成低电压的主要影响要素，追溯低电压问题根源，有利于提高治理成效，避免重复低效投资，为基层单位准确查找定位低电压成因及制定针对性治理措施提供技术支撑。

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