农村配电网台区节能关键技术研究及应用

王纪旋，王文林

（1. 合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽 合肥230009；2.国网安徽省电力有限公司黄山供电公司，安徽 黄山245000）

线损率的高低能有效地反映电网架构或企业管理的问题所在，在国家电网有限公司要求深度治理线损的大背景下，如何省时又高效地治理好低压台区线损成为了各地市公司营销部门的首要目标，尤其是农网改造实施后，各地市公司对低压线损越来越重视，也通过研究各种方法来降低低压线损[1-3]。根据相关文献报道，低压电网三相负荷不平衡时，线损率最高可达平衡时线损率的6～9倍，增加低压网络电能损耗。同时导致配变重载相满载时，轻载相尚有富余，配变最大出力下降。

1 季节性负荷下配电台区暴露的问题

黄山地区季节性负荷特性明显，特别是“黄山毛峰与太平猴魁”采摘与制茶到来之时，农村台区三相配电负荷极不平衡，线损较高，茶季制茶期间用电负荷剧增，主要负荷为相间电阻加热丝（380 V）、三相鼠笼电动机等制茶设备，热电阻设备跨接在两相之间，导致现场三相不平衡严重，线损较高。居民单相用电接入，未做到三相平衡，茶季结束后线损率仍处于相对较高水平。

线路末段电压偏低，无功补偿不足矛盾突出，在茶季用电高峰期9:00—20:00，农户分散的大量制茶生产线投入使用，使得台区有功、无功负荷急剧增加，导致用户末端电压偏低（相电压180 V 左右）。同时存在制茶生产线缺乏无功就地补偿（实测每户缺口约10 kvar），台区JP 柜原有无功补偿设备存在控制器损坏、控制回路失电、复合开关故障、电容器损坏等情况，需进行无功补偿治理。

季节性负荷结束后，变压器整体利用率偏低。茶季期间用电负荷很大，所有变压器投入使用，茶季结束后台区负载急剧下降，变压器负载率很低，铁损依然存在。

1.1 低压配电网供电负荷的不平衡度，对线损的影响计算分析

图1 电力用户计量示意图

假设A、B、C三相线路及中性线线路电阻均为R（相同），负荷性质为纯电阻性负荷，如图1所示。如果线路三相负荷平衡，理想情况下，则通过中性线电流为0，则电网与负载间线损为3I2×2R。

基于上述相同的负荷情况下，当线路三相负荷不平衡，极端情况下，设负荷全在A 相上，B 相与C 相无负荷，即A 相电流为3I， B、C 相电流为0，则中性线电流为3I，那么配电网与负载间线损为18I2×2R。

从上述分析，可以发现：相同的供电负荷情况下，由于负荷的三相不平衡而增加了线路的传输损耗，线损成倍数增加，最高可达6 倍；若中性线采用电缆时（其电阻值约为导线值的2 倍左右，故其线损最大将增加到9倍之多。

1.2 低压配电网供电负荷的功率因数，对线损的影响计算分析

根据相关线损理论可知，配电网当线路通过电流I时，假设负荷三相平衡，那么线路有功损失与功率因素平方成反比，功率因素越高，则有功损失越小。

根据现场调研情况来看，农村台区补偿前功率因数大致在0.7 左右，补偿后功率因数可以提高到0.95左右，功率损失则大大降低。

2 方案确定

从用户的计量表箱计量点出发，向配电变压低压侧逼近的思路，即“计量表箱—次干线—主干线—配电变压器低压出口”逐级实现三相平衡，即从负载侧向电源侧平衡，以最小化中性线电流，从而实现低压配电线损最低，最终实现台区“四级平衡”（即计量点、分支线、主干线、变压器低压出口侧）。

季节性负荷结束后，变压器整体利用率偏低。茶季期间用电负荷很大全部变压器投入使用，茶季结束后台区负载急剧下降，变压器负载率很低铁损依然存在，宜进行变压器低压侧互联，让部分变压器退出运行，降低总体损耗。

3 应用案例

3.1 系统分析及改造方案

根据目前现场存在的主要存在的“低电压”、三相负荷不平衡、无功缺失、低压配变设备资源浪费等突出问题进行分析并制定解决方案。

3.1.1 无功补偿

针对低压配网系统的负荷特点及存在的主要问题，通过在台区JP 柜内进行改造“31 档”即1:2:4:8:8:8全分相无功补偿、在制茶生产线就地安装就地无功补偿，提升线路末端电压，减小线路无功电流，达到节能降损的目的。

3.1.2 三相不平衡全过程管理

合理设计电网构架，使低压电网主线、分支线层次分明，合理选用主导线、分支导线截面，实现三相下户、表后线近零。通过逐户核相，画出台区网络拓扑图，结合电量信息输入理论线损计算软件，经过反复优化，生成最优调相方案。对用户台区进行核查调相，对线路属性有错误的及时进行调整。可以定期开展整改工作，对线损异常原因进行分析、总结、提升的作用，定期对各线路实时通报，提高工作效率。

3.1.3 季节性低压互联

公司所辖的县区域农村现场8 台400 kVA 台变在茶季到来后，其制茶设备负荷很大，该季节结束后，日常负载率很低，造成台区配变的电能损耗和资源浪费。根据现场台区和负荷分布合理分配安装低压互联装置，在非茶季将部分台区配变停运。不仅可以最大化的利用配变资源，在出现设备故障时可以及时通过互联装置切换变压器，从而可以实现节能降损提高配网安全可靠性。

3.1.4 无功补偿改造

图2 所示为低压配网无功节能优化典型技术方案，线路距离较长大量的无功电流流动会导致线损增加和电能损耗增加。

图2 配网系统优化技术方案

3.1.4.1 低压配电台区补偿方案

追踪无功运行状况。将无功自动补偿控制器接入集中器，满足功率因素和补偿电容器运行投切情况跟踪分析，提高低压配电网安全经济运行水平。

分相自动无功补偿。台区配置无功集中自动补偿，可投切的无功总容量不低于配变额定容量的30%。为满足全年负荷高低变化，无功自动补偿装置应按6组分相容量比为1:2:4:8:8:8配置，可实现31档、3%左右无功负荷变化的精准补偿。

现有老化传统式JP柜可使用原有配电箱体，将其中无功补偿部分设备及线缆拆除，加装基于124888编码技术的新型智能无功补偿设备。

3.1.4.2 就地无功补偿方案

针对现场茶季情况，每年在产茶周期在28天左右，负荷剧增，主要为生产茶叶的设备，电阻加热丝、三相鼠笼电机（3～4 kW），现场实测一条产茶线的有功损耗约20 kW，无功需求约9.8 kvar，根据用户侧无功需求，采用就地无功补偿方式，设备采用编码式无功补偿方式，主要由控制器、智能电容器和箱体附件组成。

根据茶季用户月和日的用电负荷所得到的用户侧无功需求，该方案为全村约120 户制茶用户，其中约60户用电负荷较大，无功缺口较大，供电半径较长，该60个用户每户配置一套就地补偿设备，安装于用户下线入户连接处，采用支架安装。

3.1.5 低压互联设备实现

低压配变互联设备主要由隔离开关、熔断器、箱体、线缆辅材等构成。

该设备内置隔离开关和熔断器，主要考虑到现场配电台区位置和线路结构复杂、安全隐患较大，采用此方案不仅可以提高用电线路的稳定安全性，同时具备明显断开点，也便于操作人员操作。

4 结束语

制定典型案例常态交流。针对难点和不断发生的共性问题，总结、提炼解决问题的方式方法，编制成典型案例，相互学习促进交流，共同提高。分步推进线损全过程管控。已实施三相平衡治理的57个台区，线损率平均下降4.67%，相当于节减节能配变更换投资1996 万元的降损效果，经济效益显著。其中祁红台区（祁门红茶茶农村）经三相平衡优化后，线损率由10.15%下降至2%，下降8个百分点以上。

该项目实施为安徽电网企业治理台区线损提供了可推广、可复制的典型经验，为建立和应用统一规范的三相平衡全过程管理提供了实践基础。