张继芬

（华设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210014）

1 电压降的意义及其允许范围

1.1 电压降的意义

电缆传输电能过程中存在一定的电能损耗，因此出现电压降低的情况不可避免。对于用电设备当端子电压实际值偏离额定值时，性能将直接受到影响。电压降超过设备允许范围时，设备将无法启动。即使电压降在允许范围，长期低电压运行也会损坏设备。因此，在长距离供配电设计时，需要考虑回路压降的影响[1]。

1.2 允许的电压降

1.2.1 用电设备端子的电压偏差

用电设备端子的电压偏差允许值如表1所示。在实际工程中，电压偏差允许值通常要兼顾经济性，并考虑用电设备的具体运行状况。例如，对于不经常使用、使用时间短暂且次数很少的设备以及少数远离变电站的用电设备等，电压偏差允许范围可以适当放宽。信息技术设备对电压质量要求较高，但是这些设备往往带有专用稳压电源装置，这时对供电电压偏差要求也可适当放宽[2,3]。

表1 用电设备端子电压偏差允许值

2 电压降的计算

电压降通常用系统的标称电压的百分数表示。三相系统中，以线电压为基准的电压降百分数的计算为：

式中，Δu为电压降百分数；Un为系统标称电压，单位kV；I为负荷电流，单位A；cosφ为负荷的功率因数；R和X分别为串联元件的电阻和电抗（感抗），单位Ω[4]。

2.1 变压器电压降

变压器电压降计算方式为：

式中，ΔuT为变压器电压降百分数；SrT为变压器额定容量，单位kVA；ua为变压器阻抗电压的有功分量；ur为变压器阻抗电压的无功分量；uT为变压器阻抗电压；ΔPT为变压器的短路损耗，单位kW；β为变压器的负荷率；cosφ为负荷的功率因数。

可见，影响变压器电压降的因素中，与负荷相关的两个因素是功率因素和负荷率。假定负荷率为1即满负荷，不同容量变压器在不同功率因数下，常见配电变压器的电压降如表2所示。表2中，SC（B）10型干式变压器，容量不大于630 kVA时，阻抗电压百分比低于4%；对于630 kVA的容量，括号内的数据为阻抗电压为6%时的值；容量小于630 kVA时，阻抗电压百分比为6%。实际工程中，变压器负荷率通常不为1。根据变压器电压降公式，实际电压降可用实际负荷率与表1中的数据相乘得出实际运行变压器的电压降。

表2 不同功率因数下满负荷10（20或6） kV/0.4 kV变压器的电压降

2.2 线路电压降

工程中，三相平衡负荷线路电压降计算为：

式中，ΔuL为线路电压降百分数；Un为系统标称电压，单位为kV；I为负荷电流，单位为A；cosφ为负荷功率因数；R'和X'分别指三相线路单位长度的电阻和电抗，单位Ω/km[4]。为便于工程设计，将常用电缆线路的单位电流长度的电压降百分比罗列成表，其中1 kV交联聚乙烯绝缘电力电缆用于三相380 V系统的电压降如表3所示，再使用式（6）进行计算：

式中，Δu%指三相线路单位电流长度的电压降百分数，单位为%/（A·km）

3 实例探讨

某变电所设有一台1 250 kVA干式动力变压器，uT%=6%，实际运行负荷率在0.86，功率因数0.95，分接头在“0”位置，其二次侧为附近用电设备供电。距离变电所600 m处设有一处水泵房，水泵房设有负荷中心，负荷以水泵类电动机为主，负荷计算量约为200 kVA。

在探讨配电回路电压降问题时，应先设定一个前提，即通常电力系统在采取各级调压措施后，用户供电处的电压虽有变化，但一般与系统标称偏差不大（与上级变电站距离特别远的可能有所差距）。也就是说，根据现阶段国家电网变电站布局，大部分配电变电站的变压器高压侧可视为标称电压。为了更一步稳定电压降，提高功率因数，在配电低压侧处装设自动跟踪无功功率补偿装置。

表3 1 kV交联聚乙烯绝缘电力电缆用于三相380 V系统的电压降

水泵房负荷类型为电动机类型为主的负荷。根据表1可知，允许偏差在±5%。换言之，在配电回路中，变压器和电缆产生的压降不能超过此限值。由于变压器本身有调压作用，在零接头时可以调压5%。因此，在配电回路允许电压降总和为10%。

此案例中，变压器为干式变压器，uT%=6%，β=0.86，cosφ=0.95。根据式（2）和表2，可以得出变压器电压降ΔuT=2.59%×0.86=2.227 4%；低压侧线路允许电压降ΔuL=10%-2.227 4%=7.772 6%≈7.77%。负荷容量为200 kVA，主配电回路额定电流I=303.88 A。结合电缆载流量、环境温度、敷设方式以及短路热稳定等因素，初选电缆YJV-0.6/1-3×150。校验此电缆电压降问题，根据表3可知Δui%≈0.075%，线路部分电压降ΔuL=0.074%×303.88×0.6=13.674%，大大超过了允许电压降，不可采用。

重新选定电缆，采用大一级型号电缆YJV-0.6/1-3×185。根据表3可知Δui%≈0.064%，线路部分电压降ΔuL=0.064%×303.88×0.6=11.67%，显然大大超过了允许电压降。进行倒推，线路允许电压降为7.77%，电缆长度为0.6 km，电流为303.88 A，允许的Δui%≈0.042%。因此，单纯通过增加电缆截面降低回路电压降不可行。

采用双拼电缆2×YJV-0.6/1-3×150，根据表3可知Δui%≈0.075%，线路部分电压降ΔuL=0.074%×151.94×0.6=6.837 3%，满足电压降要求。

实际运行中，变压器负荷率是不断变化的，变压器的电压降也随之变化。电压降处于一个范围，实例中给出的是最大负荷时刻的负荷率，此时的电压降最大，作为最不利条件，用以配电回路的设计。可见，当负荷容量大且距离配电变压器较远时，需要着重考虑电压降的问题。本案例中采取双拼电缆，降低了系统阻抗和电压降，但不具备很好的经济性。除本案例方法外，还可以综合其他负荷情况考虑调节配电变压器的分接头，利用变压器自身调节电压的能力缓解电压降，是一个相对经济的方法。

4 改善电压降的主要方法

4.1 补偿无功功率

在配电近端投入电容器，可以有效减少线路及变压器电压降。电力负荷实时变化，负荷较低，功率因数偏高时适度减少电容器组投入的容量，能够合理补偿无功功率和调整电压偏差。低压电容器的效果显著，设有自动跟踪装置，可以按照功率因数或电压水平调整投入电容器容量。

4.2 降低系统阻抗

尽量缩短线路长度，采用电缆代替架空线，也可加大电缆或者导线的截面等。

4.3 选择合适的变压器和电压分接头

对于无载调压变压器，根据实际运行积累的数据合理选择电压分接头，使得电压降保持在合理范围。但是，这种措施并不能缩小正负值偏差之间的范围。

4.4 采用有载调压变压器

大于35 kV电压的变电站中的降压变压器直接向下一级电网送电时，应采用有载调压变压器，且采用逆向调压。20 kV、10 kV以及6 kV配电变压器不宜采用有载调压变压器，但在当地电源电压偏差不能满足要求且用户对电压有要求严格的设备，单独设置调压装置技术经济不合理时宜采用有载调压变压器。

5 结 论

为解决长距离配电回路电压降问题，配点系统应满足以下3点要求。第一，稳定的供电电压。在配电设计中，从发电端到供电前端，通过电力系统自身调压等调压手段，默认到供电前端时电压大致稳定在系统标称电压上。若发现此项不能满足，则需要在此处先行调压改善。第二，自动跟踪补偿。电压偏差是个范围，随着负荷的不断变化，功率因数和负荷率也在变化。为了稳定电压偏差和提高功率因数，在配电近端安装自动跟踪无功功率补偿。第三，合理的供电方案。当二次侧负荷离配电变压器较远时，需考虑电压降问题，选择合理的供电方案和供电设备选型。