低壓配電系統的電氣參數分析

李超平

摘要：低壓配電系統的電氣參數對電網運營有著積極意義，然而現行的低壓配電網并沒有電氣參數的測試程序，而且一個供電營業區內低壓配電網總量龐大，對設備、線路逐一試驗的工作量超大，不具備可行性。文章旨在提出可行的電氣參數估算方法，并為現實低壓配電網運營提供參考。

關鍵詞：低壓配電系統；電氣參數；運行分析；故障分析；電網運營；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM727 文章編號：1009-2374（2016）32-0052-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.025

低壓配電網是電力系統末端的一環，也是節能降耗、控制電壓質量的重要環節。然而現行低壓配電網的規劃建設方式較為粗放，總體線損率偏高，負荷峰期電壓合格率低，運營效率不高。

造成這種現象的主要原因是，臺區建成投運前并沒有完備的電氣參數測試程序，運行單位對低壓配電系統各元件的電氣參數了解不足。工程立項缺乏數據支撐，低壓配電網升級改造方案全靠經驗，立項依據片面、不完善，立項目標難以達成。由于經驗估算與運行實際差距大，往往讓臺區綜合線損率高居不下，用電高峰時段用戶的電壓質量同樣難以滿足。另外，在故障分析和定位方面，缺失低壓配電系統的電氣參數，難以從其故障特征方便快捷地判斷故障類型、尋找故障點，排障時間長成為損失供電量的重要原因，并且降低供電可靠性。掌握低壓配系統的電氣參數對低壓配電網的投資建設、升級改造及運行維護均有積極意義，對低壓配電網的運營效益起著關鍵作用。因沒有簡單快捷的測量方式以應付龐大的測試工作量，電氣參數的獲取只能通過物理模型進行估算。

1 系統模型分析

公用配變臺區主要由10kV配變、0.4kV線路及0.4kV電纜三部分組成，電源、輸送還有功率消耗共同組成了低壓配系統。10kV配電變壓器從中壓配電網絡取電，將10kV電能轉換成電壓等級更低的0.4kV電能供給臺區低壓用戶，是低壓配電網的電源。常用的10kV公用配電變壓器采用Dy11接線方式，高壓側為三角型接線，低壓側則采用星型中性點接地的三相四線制TN系統方式供電，高低壓側相位相差30°。

配變電壓器常用有Π型和Γ型兩種等效電路，Π型等效電路采用兩并聯支路分別代表高低壓各側繞組勵磁支路的有功及無功損耗，能夠反映高低壓繞組之間的電壓損耗，具有較高的計算精度；而Γ型等效電路則是單支路等效整臺變壓器的勵磁損耗，計算模型更簡單且精度在可接受范圍內，因而本文采用Γ型等效電路分析10kV配電變壓器電氣參數。由變壓器短路試驗可得：

電纜因比絕緣導線多了屏蔽層、鎧裝等，運行中的電纜分布電容應考慮到計算模型中，而且其中芯線的金屬導體布置得更加緊湊，無法應用固定的分析方法計算電纜的電氣參數，建議通過該型號電纜手冊查出。

除各元件外，負荷也是低壓配電系統的重要一環。在現實運行當中，三相負荷不能做到絕對平衡，三相四線制的低壓系統當中，零線的作用可以使負載不平衡度低的三相線路大致維持電壓對稱，各相電壓大致相等，為了方便計算可以轉換成簡單的負荷消耗模型，網絡中各個負荷的位置即可在低壓單線圖上標注。根據各用戶的用電容量、功率因數、利用系數等負荷數據，即可以確定網絡的潮流分布。

2 運行分析

臺區綜合線損率和售電電壓是低壓配電網運營的兩個重要指標。臺區綜合線損可分類為管理線損和理論線損，其中管理線損包括一、二次抄表誤差、竊電等，有一定的隨機性；而理論線損則由網絡的拓撲關系決定，但目前依然依靠運行經驗估算。售電電壓取決于電源電壓以及低壓配電線路上產生的電壓降落，通常單相合格范圍在，而三相在。

低壓配電網多為輻射式布局，可根據主線、支線以及負荷分布進行分段，結合各段線路上流過的符合電流，通過典型的功率損耗、電壓降落計算公式，可以估算出臺區理論線損、重要節點電壓等。

3 故障分析

分析低壓配電網的網絡參數、潮流分布的意義不僅在正常運行狀態下評估臺區供電的經濟效益和電能質量，在一定程度上還有助于低壓配電網的故障分析。

經過多年的積累，主網的故障分析方法及繼電保護判別邏輯早已非常成熟，然而在低壓配電網領域則少有研究，而且低壓配電網的運行情況與主網有較大區別，主網的分析方法不能完全套用。一方面由于零線（N）、保護地線（PE）的存在使得故障的種類更繁多；另一方面電壓等級低也讓故障的特征與正常運行的情況區別不明顯，分析低壓配電網的故障類型及尋找故障點顯得尤為困難。

在主網輸電線路中有A、B、C、G四種點位，光短路故障就有10種情況，而低壓配電網若采用TNS配電方式，系統中還有N、PE兩種電位，短路故障的種類則更加多，因而故障類型更加難以確定。

在高壓輸電網中，以單相接地為例，故障發生后往往會發生遠高于正常運行的故障電流而觸發繼電保護裝置跳閘切斷故障。而在低壓配電網中，配變低壓側采用型三相繞組星型接線、中性點直接接地，接地電阻要求在4Ω以內。試想，低壓配電網發生單相接地，故障環（包括繞組、線路阻抗、接地過渡電阻和接地電阻）總阻抗較大，短路容量僅為幾十千伏安，甚至比正常負荷容量更小，并不足以觸發低壓開關速斷跳閘，系統仍帶故障運行，而此時故障相可能已失壓，嚴重影響該相的電能質量。

零線帶電也是低壓配電網中一種嚴重的故障，不但容易釀成人身觸電事故，而且損害用電設備造成用戶經濟損失。正常情況下，三相負荷基本平衡，零線上所帶電壓僅為不平衡電流流過零線阻抗產生的微小電壓，基本可以忽略，因此零線并不能對人身安全構成威脅。由于配變低壓側最靠近零接線柱的是A相，0.4kV敷設時也是A相與零線相鄰敷設的，所以最易發生接零的也是A相導線。當發生A相接零時，情況則大不相同，故障點A相電壓大幅降低而零線電壓則大幅升高。故障環總阻抗包括A相繞組內阻、線路阻抗和接零的過渡阻抗（如絕緣弱化的導線絕緣層、絕緣層破損點之間的灰塵等產生的形成的電阻），而此時A相繞組的電動勢僅為0.231kV，短路故障電流同樣不足以引起低壓開關跳閘（見圖2和圖3）。

4 結語

粗放式建設方式已經不適應現代低壓配電網的發展，取而代之的是精確的電網規劃。同時單憑經驗的故障處理方法也不再適合現代電網的故障搶修，故障快速定位勢在必行。一切變革的重心在于低壓配電系統參數的掌握，上述估算方式既避免了繁復的電氣參數測試，又能獲得較具準確性的電氣參數，對低壓配電網運營有著積極的意義。

參考文獻

[1] 何仰贊，溫增銀.電力系統分析[M].武漢：華中科技大學出版社，2002.

[2] 高佳宏.低壓配電網管理系統的設計與實現[D].南京理工大學，2004.

[3] 馬旭冰.低壓配電網降損輔助決策系統的研究[D].鄭州大學，2012.

（責任編輯：王 波）