配電網(wǎng)低電壓產(chǎn)生原因與綜合治理措施

在闡述配電網(wǎng)低電壓問題背景和不良影響的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了低電壓特征和發(fā)生時段分布，從技術(shù)和管理2個層面分析了低電壓產(chǎn)生的主要原因，提出了綜合治理管理措施和技術(shù)措施，給出了低電壓典型治理實例及治理前后效果對比分析。0

引言電壓作為電能質(zhì)量的一個重要評價指標(biāo)，是保障供電服務(wù)的基本條件，事關(guān)和諧供用電關(guān)系的構(gòu)建和服務(wù)社會經(jīng)濟發(fā)展的能力。近年來，我國社會經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，城鄉(xiāng)居民消費水平不斷提高，特別是受國家“家電下鄉(xiāng)”等系列惠民政策的激勵，農(nóng)村用電需求一直保持較快增長趨勢，農(nóng)村配電網(wǎng)建設(shè)改造相對滯后，致使部分區(qū)域的供電電壓偏低（電壓值低于國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的電壓下限值，簡稱“低電壓”），已不能很好滿足農(nóng)村居民正常生產(chǎn)生活用電需求。電力企業(yè)對低電壓問題高度重視，國家電網(wǎng)公司自2009年開始對農(nóng)村低電壓問題開展全面調(diào)研分析，設(shè)立科研專題研究農(nóng)村低電壓問題原因和綜合治理辦法，積累了一定的實際經(jīng)驗，并取得了階段性的成果。配電網(wǎng)尤其是農(nóng)村電網(wǎng)具有點多、線長、面廣、負(fù)荷分散、用電集中的特點，致使農(nóng)村低電壓成為一個長期的、動態(tài)的系統(tǒng)性問題。農(nóng)村用電負(fù)荷的隨機性、季節(jié)性、周期性特征明顯，整體呈現(xiàn)用電負(fù)荷率低、峰谷差大、年平均負(fù)載率低等狀況，用電高峰時段低電壓問題突出，造成了部分家用電器無法正常使用，對電力企業(yè)的社會形象和服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生了影響。低電壓問題除了影響客戶的正常用電，還會降低電器的使用效率和經(jīng)濟效益，影響生產(chǎn)設(shè)備的正常運行和產(chǎn)品質(zhì)量，增加電網(wǎng)功率損耗和電能損耗，危及電力系統(tǒng)和供用電設(shè)備的安全運行。通過科學(xué)全面分析農(nóng)村低電壓問題原因，針對性采取治理措施，能夠避免低電壓治理過程中的盲目投入、反復(fù)改造所造成的人財物浪費，有效解決存在的低電壓問題。本文首先全面分析配電網(wǎng)低電壓特征和發(fā)生時段分布，從技術(shù)和管理2個層面深入分析低電壓產(chǎn)生的主要原因，提出綜合治理管理措施和技術(shù)措施，給出低電壓典型治理實例及治理前后效果對比分析，結(jié)合目前配電網(wǎng)通信、監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集情況，提出適用于我國配電網(wǎng)低電壓綜合治理的建議，為供電企業(yè)實際生產(chǎn)與運維管理提供指導(dǎo)與參考。1

低電壓產(chǎn)生原因分析1.1低電壓特征分類依據(jù)低電壓發(fā)生和持續(xù)的時間特點，大致可分為3類：長期性、季節(jié)性和短時性。1長期性低電壓指用戶低電壓情況持續(xù)3個月或日負(fù)荷高峰低電壓持續(xù)6個月以上的低電壓現(xiàn)象；

2季節(jié)性低電壓是指度夏度冬、春灌秋收、逢年過節(jié)、烤茶制煙等時段出現(xiàn)的具有周期規(guī)律的低電壓現(xiàn)象；3短時性低電壓主要是指由農(nóng)村居民臨時性掛接負(fù)荷或建筑用電負(fù)荷引起的不具有長期性和季節(jié)性特點的階段性不規(guī)律低電壓現(xiàn)象。

1.2低電壓發(fā)生時段分布1）農(nóng)村集中排灌期間。每年1～3月份、6～9月份和11～12月份，農(nóng)業(yè)排灌負(fù)荷較為集中，用電量較大，部分帶有排灌負(fù)荷的公用配電變壓器短時間出現(xiàn)滿載、過載現(xiàn)象，造成處于低壓線路末端負(fù)荷的供電電壓較低。2）日用電高峰時段。由于農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展迅速，農(nóng)戶生活水平逐步提高，家用電器保有量快速增加，農(nóng)村配電臺區(qū)用電負(fù)荷快速增長，農(nóng)村日用電高峰時段相對集中，具體情況見表1。表1日用電高峰時段1.3低電壓產(chǎn)生的管理層面原因1）供配電設(shè)施運維管理粗放。中低壓供電設(shè)備臺賬不健全或更新不及時，網(wǎng)架和設(shè)備的基礎(chǔ)性資料不完善。營銷、配電、調(diào)度數(shù)據(jù)資源信息不能充分共享，變電站、線路、配電變壓器（簡稱配變）和低壓用戶之間沒有建立有效的聯(lián)調(diào)管理機制，未依照季節(jié)性負(fù)荷情況和用電峰谷狀況及時調(diào)整配變分接頭位置和投切無功補償設(shè)備，設(shè)備管理人員對設(shè)備運行狀態(tài)和補償效果不清楚、不了解、不掌握，對損壞或缺陷設(shè)備發(fā)現(xiàn)、處理、更換不及時。2）部分地區(qū)營銷管理不精細(xì)。個別地區(qū)農(nóng)村用戶報裝接電管理較為松散，存在較大集中負(fù)荷接于公用配變用電或農(nóng)村居民用戶生產(chǎn)負(fù)荷報小用大的現(xiàn)象，造成配變過負(fù)荷低電壓情況；配電臺區(qū)管理人員對臺區(qū)單相用戶未均衡分配接入A、B、C相，大量農(nóng)村用電負(fù)荷集中在農(nóng)忙時節(jié)，如春耕秋收和排灌期間，用電負(fù)荷分布不均，造成配變低壓側(cè)用電負(fù)荷三相嚴(yán)重不平衡，導(dǎo)致重載相中后段用戶低電壓。3）中低壓配電網(wǎng)電壓監(jiān)測不全面。按照電壓監(jiān)測點一般配置要求，農(nóng)村電網(wǎng)每百臺配變設(shè)置1個電壓監(jiān)測點配置，城市電網(wǎng)每百臺配變設(shè)置2個電壓監(jiān)測點進行配置。農(nóng)村居民用戶點多面廣，客戶端電壓監(jiān)測不全面；個別電壓監(jiān)測點代表性不強，依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)難以準(zhǔn)確掌握農(nóng)村電壓質(zhì)量真實情況；配電臺區(qū)監(jiān)測、用戶用電信息采集的運行和狀態(tài)數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊、可用率低，通過系統(tǒng)性關(guān)聯(lián)分析定位低電壓問題原因難度大。4）低壓需求側(cè)管理工作不到位。對用戶用電性質(zhì)掌握不全面，對臺區(qū)負(fù)荷發(fā)展的預(yù)見性不夠，高峰負(fù)荷時造成臺區(qū)配變過負(fù)荷運行，未得到有效監(jiān)測和及時處理；對用戶用電知識宣傳不夠，部分用戶的戶內(nèi)線未根據(jù)實際用電負(fù)荷增長情況同步進行增容改造，超年限超負(fù)荷使用，線路老化嚴(yán)重，電壓過低致使家用電器無法正常使用；對類似農(nóng)產(chǎn)品加工的季節(jié)性負(fù)荷缺乏有效的調(diào)峰措施；對大負(fù)荷用戶錯峰用電宣傳和引導(dǎo)不力，負(fù)荷過于集中，未能及時轉(zhuǎn)移負(fù)荷，造成用戶低電壓問題。1.4低電壓產(chǎn)生的技術(shù)層面原因1）農(nóng)村配電網(wǎng)供電能力不足。農(nóng)村用電負(fù)荷相對城市負(fù)荷密度小，部分農(nóng)村特別是丘陵、山區(qū)等地居民居住比較分散，變電站布點不足，缺乏合理規(guī)劃，配變布點和線徑配置憑經(jīng)驗，缺少必要的電壓降落校驗；個別新上或改造的配電臺區(qū)設(shè)計時超合理負(fù)荷距供電，配變?nèi)萘颗渲貌蛔?，低壓線路供電半徑大。2）中低壓配電網(wǎng)電壓調(diào)控能力弱。農(nóng)村未改造的部分變電站中的無載調(diào)壓主變壓器還占據(jù)一定比例，高峰負(fù)荷期間無法保證10kV饋線出口電壓質(zhì)量；對長期存在低電壓問題的中低壓配電線路未加裝自動調(diào)壓裝置。配變主要為無載調(diào)壓型，調(diào)壓范圍基本為±2.5%或±5%，無載調(diào)壓型配變因需要停電進行調(diào)壓操作，一般只做季節(jié)性調(diào)整或不做調(diào)整，對于日負(fù)荷波動較大的配電臺區(qū)無法滿足電壓調(diào)節(jié)頻度技術(shù)需求。3）無功補償配置不足或不合理。農(nóng)村用電負(fù)荷具有季節(jié)性和時段性波動特性，高峰負(fù)荷時幾近滿載或過載，低谷負(fù)荷時接近空載，對農(nóng)村配電網(wǎng)各層級的無功補償配置、調(diào)控能力提出較高的要求。農(nóng)村電網(wǎng)無功電源建設(shè)嚴(yán)重滯后，普遍存在無功補償容量不足或不合理等問題。部分地區(qū)對變電站無功補償配置較為重視，10kV線路與配變無功補償配置不科學(xué)，一般按照標(biāo)準(zhǔn)容量配置，裝置的投運率和可用率較低，電網(wǎng)末端無功缺乏，所需無功功率由發(fā)電廠或上級變電站遠(yuǎn)距離輸送到電力終端用戶，造成較高的電網(wǎng)損耗和較大幅度的電壓降落。4）農(nóng)村配電網(wǎng)自動化和信息化程度低。農(nóng)村電網(wǎng)電壓無功在線監(jiān)測與可控、能控和在控設(shè)備相對較少，通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也相對滯后，自動化和信息化基礎(chǔ)薄弱，已有的監(jiān)測和可控設(shè)備多為分散型和就地型，無法及時了解和掌握低電壓問題情況、發(fā)生原因，無法實現(xiàn)電壓無功多級聯(lián)調(diào)和全局性優(yōu)化控制，依靠運維人員的巡視、抽測等方式查找與解決處理問題的準(zhǔn)確性和實時性差，中低壓配電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、改造方案的形成往往缺乏電網(wǎng)各層級的運行數(shù)據(jù)支撐和科學(xué)決策依據(jù)。2

低電壓綜合治理措施2.1綜合治理管理措施1）提升低壓用戶負(fù)荷需求管理。通過加強低壓用戶報裝接電管理和強化營銷數(shù)據(jù)分析，合理確定用戶負(fù)荷裝接容量，在營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)中標(biāo)注單相用戶所接相別，統(tǒng)計分析分相用電量，輔之以現(xiàn)場測量，及時調(diào)整單相用戶所接相別，控制低壓配電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡度。結(jié)合用戶用電信息采集或集抄系統(tǒng)建設(shè)，全面收集配變和低壓用戶用電負(fù)荷數(shù)據(jù)，并進行負(fù)荷特性分析，為中低壓配電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、改造及運行管理提供依據(jù)。對無法及時改造的低電壓配電臺區(qū)，實施用戶錯峰用電管理，引導(dǎo)和鼓勵小型加工等較大負(fù)荷用戶錯峰用電。2）加強中低壓供配電設(shè)施運維管理。建立健全中低壓供配電設(shè)備臺賬信息，嚴(yán)格遵照電壓無功設(shè)備運行維護管理制度，及時處理電壓無功設(shè)備存在缺陷，提高設(shè)備完好率和可用率；結(jié)合不同季節(jié)、不同時段負(fù)荷曲線和電壓曲線，制定電壓無功協(xié)調(diào)控制策略，確定配變分接位置，及時投退電壓無功設(shè)備。3）建立健全配電網(wǎng)低電壓監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)建城鄉(xiāng)配電網(wǎng)電壓質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和管理平臺，在還未普及智能配電臺區(qū)和用戶用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)的區(qū)域，增加電壓監(jiān)測點數(shù)量，加強電壓監(jiān)測儀日常維護和檢查，發(fā)現(xiàn)運行異常的監(jiān)測儀及時進行維修或更換；依據(jù)低壓用戶典型日電壓波動規(guī)律，不定期開展“低電壓”情況普查和抽查，跟蹤低電壓事件處理過程，及時有效解決低電壓問題。2.2綜合治理技術(shù)措施低電壓產(chǎn)生原因可歸結(jié)為3方面問題，即電網(wǎng)運維管控問題、設(shè)備配置問題和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)問題。可采取的技術(shù)手段主要包括優(yōu)化控制、建設(shè)模式和評估決策等，具體分析見圖1。

圖1低電壓產(chǎn)生原因分類及綜合治理技術(shù)手段隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨，數(shù)據(jù)、信息成為電力行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的最重要構(gòu)成元素，數(shù)據(jù)將成為電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、改造、運維管理相關(guān)科學(xué)決策的重要基礎(chǔ)。國家電網(wǎng)公司企業(yè)級大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)已初見成效，依據(jù)頒布的《關(guān)于應(yīng)用用電信息采集系統(tǒng)開展用戶電壓數(shù)據(jù)采集的指導(dǎo)意見》，正加快推進用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)和配變、典型低壓用戶的電壓數(shù)據(jù)采集，推進營配貫通和信息化建設(shè)，實現(xiàn)信息資源共享，為中低壓配電網(wǎng)建設(shè)、改造、運維控制提供了基礎(chǔ)條件。2.2.1優(yōu)化控制技術(shù)1）配電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制。結(jié)合變電站、中壓線路、配電臺區(qū)中可控設(shè)備的運行狀態(tài)，綜合利用現(xiàn)代通信技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)以及短期負(fù)荷或超短期負(fù)荷預(yù)測技術(shù)，實現(xiàn)同層的多項和不同層的多級電壓無功協(xié)調(diào)控制。配電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制對降低網(wǎng)絡(luò)綜合損耗、提高電壓合格率、提升經(jīng)濟運行水平以及為用戶提供優(yōu)質(zhì)電能的意義重大。2）自適應(yīng)負(fù)荷有載調(diào)壓。配電網(wǎng)有載調(diào)壓包括變電站層級的有載調(diào)壓主變壓器、中壓饋線層級的線路自動調(diào)壓器、配電臺區(qū)層級的有載調(diào)壓配變以及低電壓補償裝置等，可通過智能控制部分判斷輸出電壓值與基準(zhǔn)電壓值的偏差，如大于允許范圍并延續(xù)一定時間后，控制有載分接開關(guān)調(diào)節(jié)輸出電壓；低電壓補償裝置可直接串聯(lián)在低壓線路中，通過自動跟蹤電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)升壓幅度，保障低壓用戶電壓質(zhì)量。3）低壓負(fù)荷在線換相。在配電臺區(qū)合理配置適量的低壓負(fù)荷在線自動換相裝置，通過綜合控制終端實時監(jiān)測配變低壓側(cè)三相電流不平衡情況，進行分析、判斷、優(yōu)化計算，發(fā)出最優(yōu)換相控制指令，按照設(shè)定的換相流程執(zhí)行換相操作，實現(xiàn)帶載情況下用電負(fù)荷的相序調(diào)整，A、B、C

三相負(fù)荷平衡分配，解決三相負(fù)荷嚴(yán)重不平衡造成的重載相低電壓問題。2.2.2建設(shè)模式應(yīng)用技術(shù)1）單三相混合供電模式。針對不同用電性質(zhì)、負(fù)荷大小、用戶/區(qū)塊分布情況，在一個供電區(qū)域內(nèi)采用單相配變與三相變壓器混合進行供電的配電方式，使中壓線路深入負(fù)荷中心減少低壓線路的綜合損耗。2）35kV配電模式。包括35kV線路輕型化和35～0.4kV變配電集成化設(shè)計2部分。按照10kV電壓等級線路的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化設(shè)計35kV線路，降低線路造價，提高遠(yuǎn)距離供電能力；按照10/0.4kV配電臺區(qū)模式集成化設(shè)計35/10/0.4kV配電變電站、35/0.4kV直配臺區(qū)，大幅度降低變配電環(huán)節(jié)造價，保障用戶供電可靠性和供電質(zhì)量。3）智能配電臺區(qū)建設(shè)模式。從配變到用戶的供電區(qū)域，應(yīng)用智能配變終端、智能電能表等設(shè)備，以及通信、信息等技術(shù)手段，實現(xiàn)供用電的綜合監(jiān)控、管理與雙向互動功能，并具有“信息化、自動化、互動化”的智能化特征。2.2.3評估決策技術(shù)1）配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃技術(shù)。在配電網(wǎng)網(wǎng)架參數(shù)和運行數(shù)據(jù)分析及負(fù)荷增長預(yù)測的基礎(chǔ)上，以滿足未來用戶容量和電能質(zhì)量要求為目標(biāo)，尋求一個最優(yōu)或次優(yōu)的設(shè)備選型、容量配置、接線模式、饋線回路數(shù)量方案作為規(guī)劃、建設(shè)與改造方案，使建設(shè)投資、運行維護、綜合損耗及可靠性損失費用之和最小。2）供電能力在線評估技術(shù)。針對中低壓配電網(wǎng)設(shè)備拓?fù)潢P(guān)系和運行數(shù)據(jù)進行潮流分析，分析當(dāng)前電網(wǎng)供電的健康程度和供電能力水平，修改相應(yīng)設(shè)備屬性、調(diào)節(jié)相應(yīng)負(fù)荷，仿真分析在不同負(fù)荷特性下的供電能力變化情況，仿真評估電網(wǎng)運行指標(biāo)情況。3）低電壓在線治理仿真和輔助決策支持技術(shù)。依據(jù)各監(jiān)測點的電能質(zhì)量指標(biāo)進行判斷與決策，其順序為：用戶層監(jiān)測點電壓—配電臺區(qū)低壓側(cè)監(jiān)測點電壓—中壓線路監(jiān)測點電壓—變電站母線監(jiān)測點電壓，針對低電壓改變電網(wǎng)設(shè)備參數(shù)實施仿真治理并給出效果分析對比，為實際低電壓治理工作提供決策支持。3

低電壓治理實例與效果分析3.1試點基本情況某供電公司10kV農(nóng)用線供電半徑為24.594km，配變54臺。主要以農(nóng)村生產(chǎn)、生活用電為主，呈現(xiàn)出季節(jié)性高負(fù)荷（春節(jié)、迎峰度夏）和日早、晚高峰負(fù)荷等明顯特征，線路末端電壓偏低，線路功率因數(shù)偏低，用戶低電壓現(xiàn)象比較嚴(yán)重，具體情況見

表2。表2饋線低電壓治理前電壓情況3.2低電壓現(xiàn)狀分析本文采用專門針對低電壓綜合治理研發(fā)的“電能質(zhì)量監(jiān)控與輔助管理決策支持平臺”系統(tǒng)，主要包括電能質(zhì)量監(jiān)測、統(tǒng)計、治理和輔助決策支持等功能模塊，實施低電壓在線治理仿真和輔助決策支持。10kV農(nóng)用線低電壓問題現(xiàn)狀分析與輔助決策支持情況，具體見圖2。圖2低電壓問題現(xiàn)狀分析與輔助決策分析

3.3低電壓治理效果依據(jù)低電壓綜合治理試點區(qū)域基本情況和問題現(xiàn)狀分析，采用提出的輔助決策支持策略進行低電壓治理仿真，治理前后效果分析見圖3。

圖3低電壓仿真治理效果對比分析

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結(jié)語配電網(wǎng)低電壓問題是一個綜合性的動態(tài)問題，需要長期跟蹤監(jiān)測、統(tǒng)計、分析與應(yīng)對處理。隨著智能電能表、電網(wǎng)在線監(jiān)測、微電網(wǎng)組網(wǎng)等逐步推廣