深圳配電網電壓偏高機理分析及其治理措施研究

章彬　史帥彬　劉莎　俞龍飛　王鑫

【摘 要】隨著深圳電網的快速發展，各區局負荷增長的差異性日益明顯，中心城區出現無功倒送現象，使得電壓偏高問題已成為影響電壓合格率的主要因素。而深圳配電網電纜化率的逐步提高加劇了該現象。本文深入調研深圳電網中低壓配電網的電壓偏高問題，并通過建模仿真，從機理上分析深圳配電網戶側電壓偏高的原因。在此基礎上，綜合考慮現有各種電壓治理措施或手段的特點，提出了具有針對性的電壓偏高的治理措施。

【關鍵詞】電壓偏高；電壓合格率；仿真分析；治理措施

0 背景

電壓合格率提升是電網公司供電可靠性管理領域的重要工作。2015年深圳電網電壓合格率指電網公司計劃要求存在較大差距。在當前階段，深圳電網公司范圍客戶投訴意見，電壓質量問題占據了大部分比例，而且與以往電壓偏低問題不同，當前電壓偏高問題則比較突出，這兩種電壓問題的治理思路、措施和管理方法有比較大的差異。

為此，本文針對深圳配電網中電壓偏高的問題展開系統深入的調研和分析，以負荷率減輕、電纜化率提高為主線分析電壓偏高的特性和機理；在此基礎上，構建以典型線路為對象的基于PSCAD的仿真模型，通過大量計算掌握電壓偏高問題在時間維度、電壓幅值變化上的規律；最后，擬結合深圳配電網電壓偏高的機理和特點，為其配置相應的治理措施。

1 深圳電網概況

深圳電網是全國供電負荷密度最大的特大型城市電網。2016年深圳電網最大負荷達1626.22萬千瓦。最大負荷時深圳電網共有534條線路、106臺主變處于重過載狀態。但在夜間和節假日用電低谷期，負荷很輕，導致深圳電網負荷波動大，造成31個監測點電壓存在同時越上下限的情況。深圳電網公司共設置電壓監測點4206個，監測點覆蓋率100%。綜合電壓合格率為99.068%。但仍然存在電壓合格率偏低的地區。D類農村監測點綜合平均電壓合格率僅有95.948%，部分地區甚至更低。與所要求的所有監測點電壓合格率達到99.96%還有很大差距。深圳電網各類監測點電壓不合格時長中電壓偏高和偏低的占比如圖1所示，可見，電壓偏高已成為影響深圳電網電壓合格率的主要因素。

2 電壓偏高機理分析

如前所述，深圳配電網的電壓合格率，特別是電壓偏高的問題近年來卻越來越突出。隨著電網地快速發展，負荷地波動性日益增大，電纜化率日益提高，在節假日和夜間負荷低谷期，線路末端電壓被抬升，電壓偏高問題已成為影響電壓合格率的最主要因素。

2.1 電壓偏高機理分析

分析配電網電壓偏高的影響因素和作用機理是對其進行治理的基礎，結合仿真結果和深圳配電網實際情況，全面深入分析配電網電壓偏高機理。

1）上級中壓、高壓配電網的影響。上級電網變壓器檔位配置不合理、調整不及時，最低負荷時刻，500kV主變檔位未能及時調整，導致局部110kV、10kV母線電壓偏高。

2）深圳負荷波動較大，配變檔位選擇不合理且均為無載調壓。深圳市服務業、商業、市政用電、地鐵用電等，其用電高峰期用電負荷很大，但進入低谷期后，其負荷量會急劇下降，導致在其低谷期時，電壓有較大幅度的回升。深圳電網配電變壓器缺乏有載調壓能力，電壓頻繁上下波動已無法通過調整配變檔位等手段解決造。傳統習慣上，主網的運行部門還是更多地在防范低電壓問題，因此在一些局部站點，變壓器變比仍然按照常規的方法配置，導致局部電壓偏高。

3）無功設備管理不善，不能及時調整其無功補償設備的抽頭或容量。深圳電網變電站無功設備缺陷231項，缺陷主要為熔斷器故障（37%）和接頭發熱（13%）；配網無功補償裝置可用率81%，缺陷主要為被盜（54%）和設備損壞（43%）。在節假日和夜間用電低谷期，電壓回升之后，無功設備不能及時調整和退出運行，導致倒送無功，進一步加劇了電壓偏高。

4）深圳電網的電纜化率很高，其充電功率大大地抬升了線路末端的電壓。當電纜線路越長、電纜化率越高，空載時線路首末段電壓偏差越大，這同樣是深圳電網出現電壓偏高的一個重要原因。

2.2 電纜線路運行仿真分析

限于篇幅，本文以電纜為對象進行討論。單芯和三芯電纜電容電流計算表達式中，僅電容值不同，故研究單芯電纜可涵蓋三芯電纜[2]。通過PSCAD對電纜線路進行仿真，假設有一條電纜線路某段長度為l，單位長度電阻、電感、電容、電導分別為R、L、C、G，忽略線路電導和電纜的絕緣屏蔽和鎧甲對電容的影響，該段電纜的阻抗Z=（R+j？棕L）l，導納為Y=j？棕cl，系統阻抗為XG，變壓器阻抗為XT。在短線路情況下分析線路末端電壓時，采用分布參數和集中參數模型計算結果相差不大，考慮到深圳電網負荷密度大，這里采用分段式的π型等效電路，將一條電纜線路分成3段。如圖2所示為仿真分析原理圖。

仿真條件/環境設置：選擇型號為YJV22-8.7/15kv3×300mm2的電力電纜，電纜各參數查表可得：R=0.06304Ω/km，L=0.2806mH/km，C=0.37uF/km。系統阻抗0.577Ω，變壓器容量為10MVA，短路電壓百分數為10.5%。額定電壓為10.5KV，線路長度從1km到40km。仿真計算滿載和空載時電纜線路首末段電壓大小，滿載時有功負荷為9.48MW，無功負荷為3.2Mvar。

在以上仿真條件下，隨著電纜線路長度的變化，線路首末段也隨著變化電壓變化。仿真結果如表1所示。

2.3 仿真結果分析

根據表1中的數據可以看出：

1）橫向比較，在電纜線路空載時，隨著線路的增長，首端電壓和末端電壓抬升越明顯，并且首末端電壓差越大。由此可以看出，在配電網中，隨著電纜化率的提高，當負荷很輕時，線路上的電壓被抬升，從而導致電壓偏高。

2）縱向比較，同一線路長度下，輕載和滿載時線路末端電壓相差很大。而且隨著線路的增長，這種偏差越明顯。在配電網中，白天用電高峰期，線路滿載甚至過載，此時線路末端電壓很低，習慣上，更傾向于避免電壓偏低問題，因此，在夜間和節假日負荷很輕時，電壓回升，導致線路末端電壓偏高。電壓越限問題顧此失彼。

3 電壓偏高治理措施研究

深圳配電網電壓偏高問題嚴重，導致電壓偏高的因素眾多，應對電壓偏高問題進行全面有效治理。以提升客戶滿意度為出發點，以提高用戶端電壓合格率為目標，重點推進優化電網規劃、加強運行管理兩方面工作，系統提升電壓質量。

3.1 優化電網規劃

進行電網結構調整和負荷調整。1）分散負荷用電時間，改善電壓偏高問題。深圳配電網的日負荷變化明顯，季節性負荷波動較大，進行日負荷與月負荷調整。調整大功率用電企業的用電時間，錯開用電高峰期；2）進行電網結構調整。校核線路末端電壓，調整線路供電半徑。城中村低壓線路配置不合理，部分線路供電半徑超長。由表1數據可知，當線路超過8km時，滿載和輕載時末端電壓大，當變壓器分接頭的選擇為了防止重載時末端電壓偏低，而在負荷較輕時容易又導致電壓偏高的問題。因此需要減小線路供電半徑。

3.2 加強運行管理

相關管理手段包括：

1）進行電壓調節。（1）加強變壓器檔位管理，制定配變檔位調整原則。（2）配置有載調壓變壓器。（3）加強變電站母線電壓調控，提高AVC覆蓋率。

2）進行無功調節。包括逆調壓、調整接線方式、更換導線、調壓器。

3）并聯電抗器補償。在電纜線路輕載或空載時，由于電纜電容的充電效應，使末端電壓升高。并聯電抗器可以吸收多余的電容無功功率，將線路在輕載或空載時的電壓控制在允許范圍之內。深圳配電網結構復雜，同一種補償方式并不能適用所有的線路。需根據電網的結構、負荷的分布，并綜合考慮補償效果和經濟投入，選擇合適的補償方式和補償位置。因此可根據實際情況采取不同的補償方式。在線路較長，支路較少，負荷分布均勻的線路，可在線路中段補償；對于線路較長，負荷集中在線路末端的情況，直接在線路末端進行集中補償可使經濟成本降到最低；對于負荷密集的城市中心地區，集中補償無法改善整個臺區電壓偏高問題，必須進行分散補償。

4 結論

1）深入分析導致電壓偏高的影響因素，得出了影響電壓偏高的因素有：上級中壓、高壓配電網的影響；負荷波動較大，配變均為無載調壓；無功設備管理不善，不能及時調整其無功補償設備的抽頭或容量；電纜化率很高，輕載時線路末端電壓被抬高等。并全面詳細地分析了各種導致電壓偏高因素的作用機理。

2）構建基于pscad的配電網電壓偏高仿真模型。

3）通過電壓偏高的機理分析，本文從用戶側和供電側分別就優化電網規劃和加強運行管理兩個個方面提出了電壓偏高的治理措施。深圳配電網結構復雜，對不同地區需采取多種措施進行綜合治理，從而全面有效地治理電壓偏高問題，全面提升電網電壓質量。

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[責任編輯：田吉捷]