配電變壓器對電壓偏差影響量化分析及對策

摘 要：文章針對10kV配電變壓器負荷在三相平衡和三相不平衡情況下對電壓偏差的影響因素進行分析，通過分析得出影響配電變壓器電壓損耗的主要因素包括負載率、功率因數和負荷不平衡度，并結合電網運行和電力裝備技術水平，就如何減少上述因素的影響程度提出了解決措施，并分析了解決措施的適用場合。

關鍵詞：配電變壓器；電壓質量；靈敏度分析；影響因素；解決措施

1 概述

近年來，隨著經濟和社會的發展，居民端電壓質量問題日趨突出。配變是低壓配電網的源頭，其輸出電壓質量的好壞，將直接決定低壓配網末端用戶的電壓質量。但是，影響配變輸出電壓質量的因素眾多，涉及配變連接組別、運行檔位、負載率、三相負荷不平衡度等等，因此有必要對這些因素進行科學分析，辨識影響電壓質量的主要因素，制定合理的解決措施，避免盲目改造和重復建設，在保證供電質量的前提下，提高電網運行經濟性。

2 10kV配電變壓器模型

10kV配電變壓器一般采用三相三柱式，常用的連接組別為Dyn11和Yyn0。在負荷平衡的情況下，兩種連接組別的電壓輸出特性相似。但是，居民低壓負荷以單相負荷為主，由于單相設備用電時間不同步，造成配電變壓器常處于三相負載不對稱的運行狀態。三相負載電流不對稱時，系統中存在零序電流和負序電流，造成低壓側的三相電壓不對稱。分析變壓器不對稱運行方式時，一般采用對稱分量法，將不對稱的三相電流分解為正序、負序、零序分量。相應的，需要建立變壓器的正序、負序和零序電路模型，各模型如圖1、圖2所示。

3 靈敏度分析方法

在最優化方法中經常利用靈敏度分析來研究原始數據不準確或發生變化時最優解的穩定性。靈敏度分析方法是研究與分析一個系統（或模型）的狀態或輸出變化對系統參數或周圍條件變化的敏感程度的方法。通過靈敏度分析還可以決定哪些參數對系統或模型有較大的影響。

由于臺區首端電壓受10kV側電壓、配變負荷水平、功率因數、運行檔位等多重因素的影響，為分析每個因素對電壓的影響程度，文章采用了靈敏度分析法。

4 三相負荷平衡時影響電壓偏差的因素分析

根據配電變壓器模型來看，影響臺區首端電壓的因素包括10kV側電壓、配變負載率、功率因數、配變檔位等。根據配變的電路模型和電壓損耗計算得出，10kV側電壓的偏導數為1，而負載率和功率因數的偏導數遠遠小于1。因此，10kV側電壓對臺區首端的電壓影響最大。負載率和功率因數的大小受配變容量（影響配變阻抗角）、負載率和負荷功率因數的影響。在影響程度上，兩者相當，不超過4%，不到10kV側電壓影響的1/25。

通過仿真計算，可以論證以上的結論，驗證結果見表1。

表1的計算結果可以看出，10kV側電壓發生變化時，臺區的首段電壓相應地發生較大變化，負載率變化時，臺區首端電壓的變化不大，負載率從10%變化到100%時，首端電壓從0.997變化到0.968，僅變化了2.9%，負荷功率因數變化時，臺區的首端電壓變化也不大。

5 三相負荷不平衡時影響電壓偏差的因素分析

在三相負荷不平衡情況下，需要分別建立配變的正序、負序和零序模型，所以需要通過對稱分量法進行分析。在10kV側電壓、負荷電流已知的情況下，分析得出，臺區首端的各相電壓大小僅與本相的負荷電流有關。因此，對于Dyn11型配變，在三相負荷不平衡的情況下，各相電壓之間的差值很小。

而對于Yyn0繞組配變，根據此前的分析，在零序阻抗取典型值的情況下，是正序阻抗的約15倍，Yyn0與Dyn11繞組配變相比，Yyn0繞組配變在各相電壓上疊加了一個較大的零序分量，從而導致中性點的偏移，造成各相電壓幅值之間有較大的差異。

6 改善配變輸出電壓質量的主要措施分析

改善配變輸出電壓質量的主要措施有無功補償、配變增容、調節負荷不平衡度調整檔位等。不同措施的特點分析及其適用范圍介紹如下。

6.1 無功補償

無功補償裝置主要安裝在配變低壓側。根據相關技術規范和規劃原則，低壓無功補償的配置比例一般為20%～40%，在實際應用中一般取30%。低壓無功補償裝置最直接的表現是提高功率因數，但更重要的是它能減小配變負載水平，進而減少電壓損耗。

假定補償前的功率因數為θ1，補償前負載率為β，補償后功率因數為θ2，則補償后的負載率為：

可以看出，配變原有的負載率越高，功率因數越低，補償效果越明顯。

6.2 配變增容

配變增容主要采取“小換大”或新增加變壓器并列運等方式。一般來說，配變增容后的負載率為原來負載率的一半。根據電壓損耗計算公式，假如配變增容前負載率為100%，則增容后負載率為50%。經過計算可以得到：增容后電壓提升約2%。配變增容的效果和無功補償類似，對改善電壓的效果不是很明顯。

配變增容這種措施主要適用范圍是：配變存在重過載情況，低壓側電壓不小于0.98p.u.，電壓稍微低于標準值。

6.3 調節負荷不平衡度

對于Dyn11繞組型配變，其每一相的電壓損耗與負荷平衡情況下計算方法相同。在最極端的情況下，加入某一相負荷負載率達到100%，另外兩相空載。通過調整負荷，原重載相電壓損耗減少為原來的1/3，即電壓提高約為1.8%。而在多數情況下，電壓提升幅度遠達不到極端條件下的提升幅度。因此，對于Dyn11繞組型變壓器，調節不平衡度可以提高變壓器的經濟運行能力和帶負載能力，但是對于電壓的改善效果不大。

對于Yyn0繞組型變壓器，根據分析，其電壓與不平衡電流的大小有著直接的關聯。根據《配電變壓器運行規程》，Yyn0型變壓器正常運行時，其中性線電流不超過額定電流的25%。

對于負荷分配不均引起的三相不平衡，可通過人工均相的方式進行解決。而對于無規律的負荷隨機波動引起三相負荷不平衡，可通過將配變改造為Dyn11型配變，或增加具備相間負荷均衡能力的低壓SVG（靜止無功發生器）予以解決。

6.4 調整檔位

一般來說，配變有5（±5%、±2.5%、0）個或3（±5%、0）個檔位。以5檔配變為例，每調節1檔，在負荷保持不變的情況下，每調1檔，臺區首端電壓提高約2.5%，與配變增容和無功補償措施相比，調整配變檔位的措施對提高臺區電壓的效果更加明顯。

7 結束語

文章首先對10kV線路、配變和低壓線路進行建模，然后量化分析了10kV側電壓、配變負荷水平、功率因數、運行檔位等因素對電壓損耗的影響，提出了無功補償、配變增容、調節負荷不平衡度、調整檔位等治理措施并分析了各措施的有效性和適用范圍，可準確有效地解決低電壓的狀況，從而提高電壓質量。

參考文獻

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