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提升配网电压质量的方法的研究
摘要 配电网里程绵长、负荷状况千变万化，出现电压质量问题是在所难免的。文章首先分析了各种有可能造成配网电压质量问题的具体因素；接着基于国家对各类电压指标的规定，描述当前配网电压问题的集中表现；然后从理论上给出配网线路电压损耗的形式；最后依据前述研究制定针对性的提升电压质量的措施。文章的研究依据充分，可作为实际运维中的参照。 关键词：配电网；电压分析；辅助决策
配电网上连变电所，下接各用户，是电力系统的重要环节。就电压参量来说，变电所是电压的“制造源头”，用户侧是电压的“受用末端”，而配电网承上启下。因变电所拥有AVQC系统以及足够的调压设备，其“源头电压”一般是合格的，因此配电网的电压问题主要由配电网自身引起，必须加强对这方面的研究。
1 造成配网电压质量问题的因素
配电网的特点是设备种类杂(既有高压动力用户，又有低压照明用户，还有变频设备等)、电压等级多(20/10/0.4/0.22kV)，因此造成电压问题的因素也呈现多样性。
(1)电网阻抗的变化。为了保证供电可靠性和实现电网经济运行，配电网的运行方式经常处于变化之中，而运行方式的变化必然引起阻抗的变化，最终会影响到电压矢量的变化。
(2)负载的变化。虽然从大系统来看，电网的负荷曲线基本是平滑的，但归集到某条线路或某小片配网，负载变动呈现跃增或跃减特性；另外，吸收无功较多的设备(如感性电动机)，其启、停对电网造成的冲击尤大；以上因素都会使电网节点电压出现过大的损耗或抬升，造成波动性的电压问题。
(3)线路结构问题。主要指规划不良、负荷割接“拍脑袋”等所造成的单线供电半径过大、分支过多以及负荷过重等问题导致的电压难以控制。
(4)配网故障。配电网的绝大部分都运行在户外，受天气、鸟类、小动物、外力等诸多因素的潜在威胁，经常会发生单相接地、相间短路等故障。对10kV系统来说，发生单相接地虽允许运行2小时，但这2小时内非接地相的电压是正常电压的1.732倍；而发生相间短路，则直接影响到变电所母线电压的沉降，会造成大片用户设备的瞬时低电压，造成一些设备的运行故障(尤其对于变频设备)。
2 当前配网电压问题的具体表现
2.1 电压偏差的国家标准
根据各类用户的不同属性，国家规定如表1所示的用电设备入口电压幅值要求。在电压问题评判上，我们主要也是依据此来进行电压质量评估(虽然深层次的电压指标还有“暂态过电压”、“瞬态过电压”、“电压闪变”等[1]，但大多数设备对此不敏感，因此不作为文章讨论的重点)。
表1 不同属性的用电设备源头电压幅值要求
2.2 电压问题的表现
众所周知，当前10kV线路的负载有高压的，也有低压的，因此电压问题应分层次说明。表2是根据中部某省的运行大数据统计而形成的调查分析，带有一定普遍性。
表2 当前配网电压问题的具体展现
由上表可知，当变电所10kV母线电压在允许范围内(10~10.7kV)变动，其配网各处(相当于各用电设备的始端)的电压经历一定的波动。表中深色部分表示参与统计的配网样本中有一部分地方的电压出现了偏低或偏高现象(对照表1)。
3 电压损耗的理论表示
在电压治理上，需要从理论上获悉电压损耗的表示公式，这样在寻求措施时才能有的放矢。配网线路的等效原理图和等效向量图见图1所示。其中R、X分别为线路电阻和电抗，Ua为电源电压(单相电路指相电压、三相电路指线电压，下同)、Ub为负荷侧电压、为阻抗角。
图1 配网线路的等效图
根据相关文献[2]，电压损耗可由下式表达：
(1)
4 电压质量提升的做法
4.1 线路层面
线路是配电网的最主要元件，解决配电网的电压问题，首先要从线路着手。
(1)尽量采用绝缘导线。绝缘导线不但能有效避免树枝等异物触碰，其感抗只有裸导线的1/3，结合公式(1)，可知能有效降低电压损耗。
(2)尽量不使供电半径超规划标准。城网中手拉手线路的建设，本来作为故障状态的一种应急措施。但随着负荷的增大，真正由一个变电站同时供两条甚至更多的手拉手线路时，末端电压将会降低5%~10%，因此应努力优化配网网架，使其既具备灵活性、坚强性，又符合科学性、合理性。
(3)尽量延长高压线路。对于低压负荷，我们的做法无非是将10kV线路接至配变，由配变完成电压转换后再进行供电。这里涉及到一个低压线路占比问题(实际是配变选址问题)。由简单的计算可知：在R、X、、P等相等情况下，10kV线路因为电压等级高，其理论电压损耗只有0.4kV的4%。因此，在保证配变深入负荷中心的前提下，应尽量缩短0.4kV线路的长度。
(4)尽量使用三相电路。由式(1)，在单相供电模式下，因零线阻抗、相电压小于线电压等因素，使得其电压稳定性比三相模式要差许多。因此，对于符合条件的用户(如该用户的设备较多，且为单相)，可单独敷设0.4kV线路，然后将其设备均衡地接入ABC三相。
4.2 无功调配层面
如前所述，配网电压波动大的相当一部分原因是配网设备(包括线路和用电设备)的无功消耗的不确定性。关于P、Q、S、的关系见式(2)所示[3]。
(2)
可见，在P不变情况下，保证Q就能保证功率因数，也就能保证电压质量。具体做法有：
(1)在配网中大力推行无功自动智能补偿，但以就地补偿为主、集中补偿为辅。所谓就地补偿，就是鼓励甚至要求(根据供用电规则)无功消耗大的用户安装固定型或自动投切型电容器，以减少其无功在配网线路的远距离传输；所谓集中补偿，就是在10kV线路的某些杆段、公用配变低压侧安装智能型多分组的电容器组，以实现无功的补充补偿。
(2)对于特殊大容量负荷，如冲床、压机等，需在相应变电站装设STATCOM(静止同步补偿器)。
5 结语
配电网电压质量关系到大量用电设备的安全用电，做好配电网电压质量管理工作意义重大。文章从定性、定量两个层面就配网电压问题的表现、产生机理等进行描述，然后从配网线路改造、用户负荷分配、配网无功补偿、变电站无功配置等方面就如何提升电压质量给出详细的、全面的应对措施。文章的研究可作为配网运维的参考。
参考文献
[1] 尚玉冰.采用动态无功补偿方式，改善变电所功率因数[J].电气开关. 2014,31(2):132-135.
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