某供电区域“低电压”治理技术方案

杜严行，刘群涛，吕琨璐

（国网宁夏宁东供电公司, 宁夏 银川 750411）

配电网直接面向用户供电，提供合格的电压质量显得尤为重要，随着社会经济的不断发展与进步，用户对供电电压质量要求也越来越高，设备对电压质量的敏感性逐渐增强，尤其是一些生产过程或产品具有“高、精、尖”特征的用户。

1 “低电压”现象及原因分析

某区域地负荷主要通过电网末端35 kV 李家寨变电站的10 kV 双堆子线及张记梁线供电，两条线路均为单辐射状线路，供电半径平均长达27 km。10 kV 双堆子线全长53.87 km，其中主干线线长6.11 km，线径为LGJ-120。各分支长为47.76 km，线径为 JKLGYJ-95、JKLGYJ-50、LGJ-120 和 LGJ-35裸导线，最远供电线路为伊涝湾四队支线，供电半径为24.605 km。10 kV 张记梁线全长70.84 km，其中主干线线长5.08 km，线径为JKLGYJ-185，各分支长为65.76 km，线径为JKLYJ-95、JKLYJ-50、LGJ-70和LGJ-35裸导线，最远供电线路为伊涝湾四队支线，供电半径为30.38 km。随着土地确权流转政策的执行和精准扶贫实施，该地区主要经济导向为大力发展为农牧业，农民大规模返乡开荒种地，导致用电负荷主要为电机性质的机井灌溉负荷，每到夏季灌溉期及干旱季节，大致每年5—10 月，该地区农民不间断抽水灌溉，导致配电变压器重载或过载运行，由于负荷重且居民居住较分散，某口机井距离较远，平均间距1 km，导致该地区双堆子、郭记沟等70 个配变变台在该时间段内存在“低电压”问题，排灌期过后电压恢复正常。另一方面，由于地处干旱地带，由于夏季农业用水需求，当地农民无序打井或者更换电机增容，排灌负荷呈现井喷式增长，使“低电压”现象再一次加剧。

按照“低电压”分类标准[1]，该地区“低电压”属于季节性“低电压”；结合配电网运行实际，在李家寨变电站内采取主变调档或者投电容器进行无功补偿调压措施，即使将10 kV 母线电压提升至10.5 kV，两条线路末端依然会出现“低电压”，严重影响所供区域居民的生产生活。按照“低电压”的发生位置，该“低电压”属于10 kV 线路末端及配变台区“低电压”。地区电网结构薄弱、供电半径大且季节性灌溉负荷重是导致产生“低电压”的实际原因。

2 治理技术方案及其选择

2.1 新建变电站

新建变电站，提供电源支撑是改善配电网供电电压水平的一种方案，其本质原理是通过建设新的供电电源点，有效缩短供电半径以改善供电电压，但是该方案投资成本巨大，建设周期长，受电力系统规划约束限制条件较多，适应性较差。该供电区域处在宁陕交界且位于哈巴湖国家级自然保护区内，受国家自然保护区有关法律法规及国家自然环境有关保护政策影响与限制，该供电地区无法实施通过新建35 kV变电站电源布点来缩短10 kV线路供电半径达到改善配电线路“低电压”的想法或计划。

2.2 线路安装调压器

目前安装较为广泛的是SVR 馈线自动调压器，调压器本体采用三相自耦式变压器，是一种通过跟踪线路电压变化，自动调节自耦变压器变比来保证输出电压稳定的装置[2-4]。本体自耦变压器的串励线圈是一个有多个抽头的绕组，这些抽头通过有载分接开关的不同接点串联在输入输出之间，改变分接位置，从而改变自耦变压器变比，达到调整电压的目的。基于该调压技术方案，供电所也在两条10 kV“低电压”配网线路安装了该型调压器，投资大，效果不是很明显，治标不治本；同时调压器安装容量有限，实际分接开关频繁动作，可靠性变差，调节速度响应慢，未达到有效治理供电区域“低电压”的目的。

2.3 安装分散式10 kV线路柱上无功补偿装置

该技术方案是采用无功优化算法，将一定容量的高压无功补偿装置（C、SVC、SVG）分散安装在供电线路距离远、负荷重、功率因数低的10 kV架空线路上的适当位置[5]，依靠无功补偿装置自动控制系统或人工手动进行控制，经过控制系统发出需要补偿的无功，进行线路调压，其本质上属于无功功率补偿调压。其优点是能实时补偿配电线路所需无功，但是一方面由于安装设备多且分散，造成配电网结构复杂化，维护及检修工作量增加，投资也不少，同时采取自动化控制，对于通信、设备可靠性要求苛刻；另一方面，采取此种方案会对线路上一些轻载的台区线损有所影响。

2.4 采用传统固定串补技术

图1 配电线路串联补偿电容器简图

如图1 所示，若忽略电压降落横分量的影响，线路电压损耗可计算表示为：

从式（1）中可以看出，只要选择恰当，使电容器容抗值接近线路的感抗值时，线路电压损耗就很小，由U=Us-ΔU可知，母线节点2 处电压变化也就相应很小，达到调压作用。由技术原理可知，串联补偿电容具有缩短电气距离，随负荷变化自适应补偿特点，串联补偿是抵消一部分线路电感，在效果上相当于为负荷提供一个电压特性很稳定的电压源，这就是串联补偿电容调压的最大优势。

传统串补技术，改变了系统的网络参数，若参数选择不当可能会与系统感性参数发生系统谐振，因此上串联电容器的容值选择比较关键，另外串联固定电容差不利于线路负荷发展裕量的需要，若负荷发展迅速，容量又要重新核定，安装更换带来不便。

2.5 配电可控串补技术[5]

配电网可控串补技术实质是由固定串补技术的发展而来，其容量补偿容量可调节，该型装置主要由电容器组、晶闸管开关与旁路接触器及保护系统、量测系统、无线通信系统等组成。近些年还出现了快速开关型串联补偿装置[6]，配电线路可控串联补偿装置结构图如图2所示。

图2 配电线路可控串联补偿装置结构图

配电可控串补装置适应了配电线路负荷发展的需要，真正做到了补偿“自适应”。配网可控串补装置具有旁路功能、无线通信功能，电容器阻抗保护功能，同时充分考虑了对配电网继电保护的影响，不会对线路参数造成影响，他在工作时线路保护判据尚未开始判断，也不会对原有线路保护的判断和动作产生影响，响应速度快，灵敏度高，可靠性较高。

3 关键技术问题探讨

3.1 安装位置的选择

可控串补工程应用的第一个问题就是安装位置的选择。配电线路长，分支多，负荷分布不均，只有安装位置科学合理，串补的补偿作用才能得到最大发挥，治理“低电压”的效果才能明显体现。

就一条配电线路而言，串补安装位置既不能太靠近线路前端，也不能太靠近线路末端。要以满足各点电压值为基本出发点，一般的选择原则为：若负荷集中在电力线路末端时，串补应装在末端；若电力线路沿线有若干个负荷，可将串补安装在串补前其电压损耗为线路总电压损耗的1/2位置处[7]。

以李家寨变电站10 kV 张记梁线为例，该条线路长度为61.555 km，负荷都集中在线路末端，故串补装置应该安装在线路靠近负荷侧，拟安装在139号杆处。

3.2 补偿度的选择

定义补偿度kb为串补装置的容抗值XC与被补偿配电线路原本感抗值XL之比，表示为：

将式（2）代入文中式（1）中可得

由式（3）可知，合理增大补偿度可有效减少线路压降，使串补效果更加明显。应用在配电网中以调压为目的的串补，实际工程应用中补偿度接近于1或者大于1，一般选择在1～4之间[8]。

3.3 容量的选择

按照图1 所示串补电气简图及网络电压分析，可得串补电容器的容抗的精确计算式[9]，进而可以推导出串补的电容器容量选择精确计算公式为式(4)所示，从而可以得到电容值如式（5）所示。

假设m、n分别为每相电容器组并联的串数和串联的个数，如图3 所示；每个电容器的额定容量为QNC，每个电容器的额定电压为UNC，额定电流为INC，通过电容器组的最大工作电流为IC.max，则有：

图3 串补电容器组简图

通过式（4）～（8）可以进行串补参数选择。

3.4 工程应用注意事项

串补工作时，线路中串联了一定容值的电容，若满足f =1(2π LC)，就会出现谐振问题，影响配电网的安全稳定运行，因此上应切实考虑串补电容与系统电感发生谐振问题，文献[10]指出，串补装置引起的谐振频率一般在次同步或者超同步频率附近，因此上应采取适当措施进行避免。文献[11]给出了异步电机自激、带空载变压器合闸与串补引起参数谐振的有关措施，值得参考。

4 结束语

用户对供电电压的需求亟待从管理及技术层面采取手段治理配电网“低电压”问题。本文通过分析某供电区域“低电压”问题，从技术层面比较深入探讨了“低电压”治理技术方案，选择了基于可控串补的技术方案，分析了串联的安装位置的选择、串补补偿度选择、串补容量选择及参数设计、工程应用注意事项等关键技术，为治理“低电压”问题技术的工程实用化提供了参考。