配电线路低电压问题分析及综合治理方案研究

陈光明

（广东电网有限责任公司惠州龙门供电局）

0 引言

随着新农村以及农村城镇化的发展， 电网发展正在逐步实现从主网侧管理延伸到用户侧管理， 但农村配电网的发展受地理环境、 经济状况、 负荷分布等多因素影响， 具有一定的难度和复杂性， 相较于城镇地区， 农村地区配电网相对薄弱， 供电半径更长， 电压控制手段和措施不足， 电压低的问题尤为突出， 严重影响了配网的安全效益和经济效益。如何统筹协调解决配电线路低电压现象， 优化配网结构和运行质量，已经成为新时期人们关注的焦点。

1 配电线路低电压的影响因素

按照配电线路中电压损失关系， 可得出电压简易损失估算公式为：

式中，P为电导率，L为导线长度，S为导线截面积，C为损失系数。

由此得知， 配电线路越长， 供电半径越大， 此时电压损失就越高， 配电线路低电压问题就越严重； 配电线路线径越细， 截面积越小， 电阻越大， 此时线路损耗加大， 配电线路低电压问题就越明显； 配网三相负荷均衡时， 系统损失系数最小， 若三相负荷不均衡， 损失系数逐渐加大， 配电线路低电压风险就越大。

2 配电线路低电压问题分析

某10kⅤ配网位于广东省南部沿海地区， 主要负责乡镇居民生活供电。该电网于2002 年建成并投入使用， 年限较长， 线路老化情况严重； 配网覆盖区域较广， 地势地貌较为复杂， 线路供电半径较长， 末端低电压问题较为典型， 亟待调整和优化。

2.1 线路设计不合理

农村地区由于用户间隔较远， 相对分散使得配网的架设范围较大。同时， 变电站布设较少， 变电站间与线路间联络不足， 负荷转移难。导致一些输配电线路要跨越山区、 河流、 树林等， 供电半径过长， 有些线路的供电半径已经在10km 以上， 甚至某些地区甚至达到了50km。另外， 一些老旧线路线径较小， 这些都对电压降有影响。

某农村中压10kⅤ配电网中用户较为分散， 系统架设中缺乏严密负荷预测， 选择就近接入方式， 导致10km 以上长度的线路比例占12%， 5~10km 线路所占比例约占9%， 1~5km 的线路所占比例为12%， 500m~1km 线路所占比例为22%， 线径远远小于规范标准。与此同时， 设置过程中线路选型标准与增长负荷不匹配， 线路老旧， 阻抗大， 造成线路压降明显上升， 其70%存在低电压问题， 严重影响了配网的运行质量。

2.2 电源过负荷运行

配电线路运行过程中很容易出现过载、 重载等现象， 造成线路电流过高， 引起线路损耗加剧， 致使末端低电压问题频发。某10kⅤ配网主要采用LGJ-95 型线， 其最大载流量为325A。但2021 年统计电流数据显示， 该配网中三相电流的最大值分别达到318.9A、320.8A、 319.6A， 已经非常接近最大载流值， 处于重载运行状态， 严重加大了配网线路损耗。

随着用户用电量的逐渐加大， 某10kⅤ配网将无法满足用户用电需求， 长此以往加速线路老化， 甚至造成严重断电事故， 为配网稳定运行带来严重威胁，在配电线路低电压问题治理过程中需全面重视。

2.3 负荷三相不平衡

电网损耗与电流的平方成正比例关系， 当三相负荷平衡时， 系统的损耗最小。三相负荷不平衡会引起三相电压不平衡， 重负荷相的电压损失较大， 供电电压质量较差。

近年来， 随着农村大量单相电动机的普及应用，造成用电负荷剧增的同时， 也加剧了低压电网三相负荷不平衡情况。调查数据显示： 2021 年， 某10kⅤ配网中无功损耗超过总无功负荷的60%以上， 但只有2/3 配电线路设置无功补偿装置， 三相不平衡引起的低电压问题较为严重。

此外， 一些供电所办理低压业扩报装电表时， 没有对用户三相负荷进行分析， 居民两相表报装随意接在A、 B、 C 三相中的一相， 也加大了低压三相不平衡的可能性。2021 年， 某10kⅤ配网中4 个专变用户的三相不平衡度分别达到0.46%、 0.42%、 0.41%和0.44%， 造成变压器与线路的损耗明显加大， 降低了变压器的出力， 致使用户端电压质量下降。

3 配电线路低电压问题的治理策略

3.1 低电压监测

电压监测是发现配电线路低电压问题的重要手段， 可实现低电压问题的“早发现”， 以便于“早预防”、 “早处理”。

某10kⅤ配网低电压实时监测工作开展时可利用低压集抄装置实现。该系统主要用于采集低压侧 （220/380Ⅴ） 用 户， 由 计 量 自 动 化 主 站、 集 中器、 采集器、 电能表、 通信信道等部分组成。其中， 采集器与通信模块可采集并存储电能表电压数据， 并与集中器进行双向通讯， 集中器再通过远程通信信道将电能表数据发送至系统主站。与此同时， 手持抄表设备对现场电能表、 采集器、 集中器的电压数据也能实现抄读和参数设置， 如图1 所示。

图1 低压集抄系统

为进一步提升低电压监测的可靠性、 准确性和有效性， 在低压集抄过程中可先设置监测点， 一般取首端25%、 中段25%、 末端50%； 然后， 按要求下发电压采集任务， 由主站向集中器下发任务清单， 集中器按任务要求定时采集电能表电压数据并主动上送至主站； 最后， 主站将数据显示在菜单栏中， 并对抄表电压、 电流等进行验证， 若电压低于阈值， 则显示“线路低电压”告警。

3.2 低电压治理

一般而言， 对于三相负荷不平衡、 低压线路半径过细等由于影响供电能力而导致低电压， 可以分别采用平衡分配新接入用户负荷、 增大导线半径的方式治理； 对于缺少无功补偿设备或者装有无功补偿设备但效果不佳等由无功补偿不当导致的低电压， 可以分别采用增加并联电容器、 优化无功补充控制策略治理；对于由于供电半径大等影响调压能力而导致的低电压， 可以采用将部分末端负荷转移至其他台区供电、无功补偿与调压器组合等方式治理。

因此， 在某10kⅤ配网低电压问题治理过程中， 必须做好线路改造升级、 负荷调整优化， 并同时增加无功补偿装置， 即：

（1） 供电线路改造。某10kⅤ配网供电半径、 截面面积等均无法满足现阶段安全用电需求。为提升线路供电能力， 在改造过程中应做好供电半径的调整和优化， 针对用户数量、 用电关系、 供电路径等， 合理选取中心点， 减小供电半径， 降低不必要的线路损耗。必要情况下可以适当增加支线， 以确保供电半径满足F 类 （乡村） 地区规定； 为保障三相负荷均衡， 降低线路损耗， 在配电线路设计过程中应参照压降公式， 按照功率因数指标 （0.9）， 负载率80%， 设计有效供电方案。如可依照三相负荷计算公式判断电压波动情况：

式中， Δu为电压降百分数， %；I为负荷电流， A；l为线路长度， km；Un为系统标称电压， kⅤ；R′、X′为三相线路单位长度的电阻和电抗， Ω/km；P为负荷的有功功率， kW。

此时， 若低电压问题明显， 应优化配电线路参数， 选取符合规格指标的导线线型、 截面面积等， 保证其电阻、 电抗等参数达标， 如表1所示。

表1 配电线路导线参数

（2） 台区负荷调整。某10kⅤ配网中4个台区用户用电负荷较高， 在夏季用电高峰期基本长期重载运行，末端低电压形势严峻。为解决该问题， 可适当增加新的台区， 以减少原有区域的供电面积， 降低配网线路损耗， 提升用户用电质量。与此同时， 还要控制好用户报装环节， 对过载、 重载台区的报装类型、 报装数量等进行全面分析， 依照实际电压负荷数实时调整， 避免由负荷分布不均衡、 单一负荷过于集中等引起的配电线路低电压缺陷。

（3） 无功补偿优化。某10kⅤ配网中缺乏合理的无功补偿装置和自动调压装置， 在设计过程中应增设SⅤG无功发生器， 配合ULTC无功功率控制， 有效调压补偿， 以降低配网无功损耗， 改善配网电压质量。一般低压配网过程中无功补偿功率因数不可低于0.9， 可根据实际情况进行适当调整； 可安装自动调压器， 利用调压装置加大配电线路中的阻抗， 利用谐波电压抬高末端低电压， 从而达到电压补偿的效果。目前， 市场上常用的自动调压器主要由分接开关、 智能部分及自耦变压器组成。其中， 智能部分可监测配电线路运行过程中的电压参数， 配合自耦变压器增大线路电流， 抬高后端电压， 调压效果非常明显， 具有广阔的市场前景。

某10kⅤ配网低电压治理过程中， 按照上述方案进行针对性调控， 低电压问题得到有效缓解， 详见表2。

表2 某10kV配网低电压治理效果

4 结束语

配电线路低电压问题直接影响着用户用电质量，是新时期用电管理的重中之重。在低电压治理过程中， 一是要做好配电升级改造， 在设备调整、 线路优化、 新增台区等基础上， 缩短供电半径、 降低线路损耗、 调整用电分布； 二是要做好调压控制， 利用无功损耗补偿装置、 自动调压器、 并联电容器等， 改善系统功率因数， 抑制电压波动， 最大限度改善配网运行的安全性、 可靠性和稳定性。