黄桂兰 林 韩 蔡金锭

（1. 福州大学电气工程与自动化学院，福建 闽侯 350116；2. 福建省电力有限公司技术中心，福州 350007；3. 福建省电力有限公司，福州 350003）

1 低电压成因分析

1.1 电压损耗理论计算

如图1所示为线路的等值电路，在低压网络中，考虑到电压降纵分量δU对电压绝对值大小影响很小，故电压损耗（电压损耗是指线路始末两端电压的数值差）可以近似为[1-2]：

式中，P为线路输送的有功功率；Q为线路输送的无功功率；R线路电阻；X为线路电抗；UN为线路额定电压；r为导线单位长度电阻；x为导线单位长度电抗；L为导线的长度。

1.2 成因分析

由式（1）可知，电压损耗主要与线路输送有功功率P，无功功率Q，线路电阻R、线路电抗X四个主要因素有关。

图1 电压降落计算模型

1）低压损耗与电阻的关系

由式（1）可知，当其余因素不变时，电压降与电阻成一定的比例关系，而线路电阻与线路的长度L、导线的额定截面积s、导线材料特性ρ等有关。线路电阻过大导致的低电压成因主要有以下几方面：

（1）10kV及低压供电距离变长。

作为一名校长，他所面临的角色和功能其实在许多方面和教育局局长所面临的有很大不同，原因很简单，那就是对一名校长来说，面临的不仅是权力、权力分配、民主和权力的分享等，他还要面临一些技术问题，如师资培养、课程、教学、家校沟通等。那么，处于校长的位置，他们会遇到哪些限制与约束呢？

（2）与线径大小有关，主要是10kV线径小，低压主干、分支线线径小，及接户线、表后线线径小。

（3）供电距离变长及线径变小，主要为线路老化接头多。

2）低压损耗与负荷的关系

由式（1）可知，线路电压损耗与负荷P成一定比例关系，当其他条件不变的情形下，线路负荷越大，电压损耗越大，反之越小。在实际中，由变电站出线的某 10kV馈线超重载引起的台区低电压现象很少，而大部分 10kV线路超重载是由于线路选型不合理所导致，因此本文针对 10kV线路重载情况不扩展讨论，本文讨论的重点是配变超重载造成配变低压侧首端低压下降的情况。

3）低压损耗与无功补偿的关系

由式（1）可知，电压损耗与无功成一定比例关系，在实际线路运行中：

（1）变电站10kV母线有若干组无功补偿装置，无功较为富余，未出现无功缺额情况变电站 10kV出线的功率因数及电压都很稳定；

（2）配变低压侧首端也安装若干组电容器，无功也较为富余，在配变未出现超重载情形下，其配变低压侧首端的功率因数基本都维持在0.95以上。

因此在实际配网系统中，无功补偿不足一般都是出现在10kV及0.4kV低压线路。

4）其他成因

在实际中，部分电压损耗是由于电阻、有功负荷及无功负荷三者综合造成的，如三相不平衡、单相（二线）供电等其他原因。

三相不平衡引起的低电压主要由以下造成：

（1）三相负荷均分接入时，由于用户用电习惯不一致导致负荷不均衡，最终引起某一相（或两相）电压过低，该类原因属于技术上原因。

（2）配变低压侧三相负荷接入不均匀，存在单相（二线）超重载，属于管理上的原因。

2 低电压治理措施

2.1 供电距离过长对应的治理措施

10kV供电距离过长在实际中较为有效的措施有三方面：①在 10kV供电线路中加装无功补偿装置，提升10kV线路功率因数，降低线路电压损耗；②在10kV线路中装设线路调压器，提升10kV线路输送容量，提高线路末端电压；③在配变首端应用宽幅调压变压器，扩大配变档位调节，使配变低压侧电压维持稳定。

同时，低压供电距离过长可通过新建台区，分割负荷；加装低压线路调压器；加装低压无功补偿等措施进行电压提升。

2.2 线路线径过大对应的治理措施

针对线径偏小的根治措施主要有以下几方面措施：①针对线路线径偏小且容易更换的情况，则应优先考虑更换大容量导线，降低电压损耗；②如果线路导线不容易更换，则可考虑应用无功补偿装置，减少无功损耗，提升功率因数，降低电压损耗。

2.3 配变超重载对应的治理措施

针对配变超重载引起的配电变压器电压损耗率变大的问题，一般情况下，采用配变增容是最有效的解决方式。

2.4 三相不平衡对应的治理措施

针对三相负荷不平衡引起的三相低压偏差的问题，可通过两方面措施进行治理：①技术上的治理，即在负荷不平衡的分支线加入自耦变压器，调节各相电压，使其输出电压基本一致；②管理上的治理，即通过提高管理措施，平衡三相有功负荷，来减轻重载相的负荷，以达到提高该相电压的作用[3-4]。

3 供电模型搭建及仿真分析

以某农村实际一台区供电网络为例，搭建PSCAD仿真模型，其网络结构如图2所示。假设初始情况下该台区设备的参数为[5-6]：配变容量250kVA；用户合同容量为 426kVA；某一时刻实际用户用电容量为 225kVA，A相、B相、C相各为75kVA，功率因数均为0.9，即三相总负荷平衡。10kV线路选用LGJ-150，长度15km；低压线路主干线选用LGJ-70，低压分支线选用LGJ-50，低压线路供电半径为500m，即F点为低压线路最末端；其中I点所接负荷为A相6kVA、B相11kVA、C相4kVA，H点所接负荷为 A相 10kVA、B相 7kVA、C相15kVA，即主干线GI段、分支线KH段三相负荷不平衡；其余线路三相负荷均平衡。根据上述条件仿真，得出各节点电压值见表1。

图2 某台区供电网络图

表1 台区初始条件下各节点电压

根据文献[7]中的规定：220V电压允许偏差范围为-10%～+7%，380V电压允许偏差范围为±7%，电压偏差范围见表2。则由表1的仿真结果可看出，F点由于处在低压线路最末端，其电压值小于198V，不符合电压要求；I、H点由于所接三相负荷不平衡，其三相电压值也不平衡，且 H点三相低压均低于198V，不满足电压要求。针对上述初始情况造成的低电压问题，下面提出以下几点治理措施。

表2 合格电压范围

3.1 提高配变容量

根据造成低电压的成因分析，由于该台区实际负荷占配变总容量的90%，配变处于重载状态，配变内部电压损耗较大，配变低压侧首端电压只有214.8V。因此首先提高配变的容量，使其提升至315kVA。则配变低压侧首端B点相电压变化情况如图3所示，各节点电压值见表3。由图3可知，由于配变容量提升，配变的负载率下降，使得配变内部电压损耗减小，配变低压侧首端电压得到提高，效果明显。

图3 配变容量提高后

表3 配变容量提高后各节点电压

3.2 装设无功补偿装置

由 3.1中仿真结果分析，配变低压侧首端电压仍低于220V，这是由于10kV线路损耗造成的。且F点由于处于线路最末端，其电压水平不满足要求。根据中低压线路过长造成的低压问题，其对应治理措施可在 10kV线路首端和配变低压侧首端加装无功补偿装置，提升功率因数。则在 3.1的仿真条件基础上加装无功补偿装置，其对应各节点电压见表4，B点单相电压变化情况如图4所示。

表4 装设无功补偿后后各节点电压

图4 装设无功补偿后

3.3 增大分支线线径

由 3.2中仿真结果可知，加装无功补偿后配变低压侧首端低压提升至 220V以上，但是由于低压线路的损耗，最末端F点的电压依然不符合要求。则应考虑其分支线路线径选择过小造成电压损耗大的原因，对应的解决措施可有效更换分支线。则在3.2的仿真条件基础上更换分支线路EF为LGJ-70，更换后其对应各节点电压见表5，F点单相电压变化情况如图5所示。

表5 更换分支线后各节点电压

图5 更换分支线后

3.4 接入自耦变压器

由3.3中仿真结果可知，除I、H点三相电压不平衡外，其余各点电压均已满足用户用电要求。针对线路GI、KH段三相负荷不平衡，在这两段线路中接入自耦变压器，调节末端I、H点三相电压平衡。文献[5]中提出自耦变压器存在公共绕组，由降压变压器和升压变压器两种，且其变比可调[8]。因此可在 3.3仿真条件的基础上接入两组三相自耦变压器并调节其变比，其对应各节点电压见表6，I、H点三相电压变化情况如图6所示。

表6 接入自耦变压器后各节点电压

图6 接入自耦变压器后

经过上述一系列措施处理后，各节点电压均在198V以上，且各节点三相电压基本平衡，满足用户用电电压要求。

4 结论

本文采用PSCAD/EMTDC软件，通过实例仿真验证输电线路距离过长、输电线路线径过小、三相负荷不平衡等情况造成的居民用电低电压现象。文中根据造成低电压现象的原因主次顺序分别选用相应的措施进行低电压治理，且取得了一定成效，为农村偏远地区长期存在的低电压治理问题提供了依据。

[1] 赵俊光, 王主丁, 乐欢. 中压配电网规划中馈线电气计算的估算方法[J]. 电力系统自动化, 2008,32(16): 98-102.

[2] 叶云, 王主丁, 张宗益, 等. 一种规划态配网理论线损估算方法[J]. 电力系统保护与控制, 2010, 38(17):82-86.

[3] 林志雄, 陈岩, 蔡金锭, 等. 低压配电网三相不平衡运行的影响及治理措施[J]. 电力科学与技术学报,2009, 24(3): 63-67.

[4] 赵永辉. 输电网中三相不对称问题的分析方法探讨[J]. 科技信息, 2011(29): 805, 808.

[5] 孙景成. 低压导线截面选择及供电半径的确定[J].农村电工, 2000(3): 17.

[6] 乐欢, 王主丁, 吴建宾, 等. 中压馈线装接配变容量的探讨[J]. 华东电力, 2009, 37(4): 586-588.

[7] GB/T 12325—2008 电能质量 供电电压偏差[S].

[8] 周鑫. 自耦变压器运行分析[J]. 变压器, 2011, 48(9):69-72.