基于前推回代法的低電壓臺區成因數據分析

李蘭芳 李 鑫 黃嘉健 袁秋實 楊宏宇

（1.廣東電網有限責任公司電力科學研究院，廣東廣州510080；2.上海博英信息科技有限公司，上海200240）

0 引言

目前我國低電壓臺區的治理工作仍處在相對初級的階段。從高壓、10kV線路和配電臺區這三個角度考慮，得出配變檔位調整不及時、低壓線路供電半徑長、低壓無功補償不可用是造成低電壓的三大主要因素，國內一些供電企業也針對這些問題提出了配變調檔、無功補償等解決措施。然而這些措施實用價值并不明顯，造價也很昂貴，且技術成熟性較差，因此采取有效舉措做好低電壓臺區的治理工作尤為重要。

本文主要對低電壓的成因進行數據分析，以此輔助低電壓治理工作。通過對臺區的數據收集，并結合臺區情況對數據進行分析，采用相域模型和前推回代法的潮流計算對配電網絡進行分析計算，根據24h的運行數據對臺區情況進行分析，預防并減少低電壓臺區的問題，為治理低電壓臺區提供參考和支撐。

1 數據采集

低電壓原因分析需要大量的數據支撐，包括基礎數據和運行數據。低電壓臺區需要的基礎數據包括配變、低壓線路的基本信息。低壓線路要進行現場勘查，掌握主干線和分支線的長度、用戶的大體分布。運行數據包括配變數據和末端電壓監測數據，從計量自動化系統獲取配變監測終端的監測數據，包括三相電壓、三相電流，末端監測點監測電壓，變壓器運行檔位。

數據首先進入營銷部門管理的營銷管理系統中，根據臺區名稱，確認其中相關數據，此數據包括：受影響的客戶數、年度被投訴次數。將該數據導出或記錄在表格中；根據用戶確定低壓負荷類型，進入計量自動化系統中；根據供電臺區名稱，采集配電端首端電壓數據；根據表格中的投訴時間以及一年中的數據進行分析，從中找出電壓最低點或低電壓時間最長點，將時間段數據采集出來，然后進入計量自動化系統中，將此時間段的臺區的首端電壓、有功負荷、無功負荷、功率因數、負載率、三相不平衡度等電量參數，導出24 h數據儲存下來；進入配網生產系統中，根據臺區名稱，確認其中相關數據，此數據包括：臺區所屬10kV線路、接入10kV線路位置、最長供電半徑、配變容量、低壓無功補償容量、臺區首端電壓偏低的配變短路阻抗、目前運行檔位、低壓最長主干線線徑、臺區負載情況、臺區三項不平衡度、低壓負荷類型、臺區負荷分配特性。

圖1 臺區供電示意圖

在收到以上數據的基礎上，將導出的數據記錄在案，或將抄入的數據儲存到Excel文件中并整理歸檔，以供分析部門使用。

以上數據在不同的表格中存在重復統計和無效統計的情況，此部分將會通過最終的數據校驗規則進行排查，從而得到合理的分析結果。

2 數據分析研究

根據采集到的原始數據，特別是計量自動化的24h運行數據，分析臺區出口的數據情況，包括電壓三相不平衡率、全天電壓差值、相間電壓最大差值等，并得出結論。

3 數據預處理

依據電力系統分析的一般原則，電壓分析由源端向受端進行，負荷分析由受端向源端進行，因此，低電壓分析也應該采用由源端向受端的順序進行。圖1給出了一個最簡化的臺區供電示意圖。從圖中可以看到，一個臺區首先由配變從10kV線路獲取電能，變為400V以后，經低壓線路送至用戶。

用標幺值描述，用戶電壓等于變壓器上級電壓減去變壓器壓降和低壓線路壓降，因此如果用戶電壓偏低，可能的原因有四種：

（1）變壓器上級電壓偏低；

（2）變壓器壓降過大；

（3）線路壓降過大；

（4）以上三種原因的不同組合。

因此，可將臺區低電壓的成因分為三個層面：中壓層、配變層和線路層，依次分析并判別三種壓降在最終低電壓的產生中所占的比重。

3.1 前推回代法潮流計算

配電網絡常規潮流計算是根據已知的網絡結構及運行條件，求出整個網絡的運行狀態，其中包括各母線的電壓、網絡中的功率分布及功率損耗等。由于低壓配電網存在以下特點：線路的R/X值較高，三相負荷不對稱問題比較突出，網絡中基本上都是PQ節點等，所以潮流計算采用前推回代法。前推回代法具有收斂性能不受配電網R/X比值較大的影響、效率高、編程簡單、占用內存少、運行速度快的優點。

3.2 相域模型

相域模型包括：建立變壓器、線路、負荷、無功補償裝置、調壓器模型，通過潮流計算分別算出各部分電壓、電流、功率、損耗等。根據計算結果可判定臺區末端用戶是否存在低電壓現象，若存在低電壓現象，可從中壓、配變、低壓三個層面分析導致臺區低電壓的成因，并根據各個成因影響值的大小，確定造成臺區低電壓的主要成因。

4 低電壓臺區成因分析

根據不同電網層級電壓水平現狀，造成臺區電壓偏低的相關影響因素可分為三個層級：10kV母線層、10kV線路層和配變臺區層。其中10kV母線電壓影響因素包括主變調壓方式、主變功率因數、變電站AVC系統配置情況等，10kV線路電壓影響因素主要包括10kV線路負載率、功率因數、供電距離、線路截面、臨時轉供電、短時故障等，配電臺區電壓影響因素包括配變運行檔位、配變負載率、功率因數、三相不平衡、低壓線路供電距離及線路截面等。對于臺區整體電壓偏低情況，應首先對臺區上級變電站10kV母線電壓調控措施及10kV線路等影響因素分析臺區首端電壓偏低原因，其次分析臺區配變分接頭、功率因數、重過載等影響因素；對于臺區局部電壓偏低情況，則通過分析配變三相負荷不平衡、分接頭、重過載、功率因數、低壓線路供電長度及線徑等方面逐一排查臺區局部電壓偏低原因。

5 低電壓分析流程

低電壓分析流程如圖2所示。

圖2 低電壓分析步驟

低電壓分析的步驟具體描述為：

（1）判定臺區是否存在整體電壓偏低（10），若“臺區是否存在整體電壓偏低”為“否”轉入流程節點“配變檔位分析（11）”；若“臺區是否存在整體電壓偏低”為“是”轉入流程節點“所屬10kV線路上級母線是否存在電壓偏低（20）”。

（2）配變檔位分析（11），若“配變運行檔位”為“0%”“2.5%”“5%”，則判斷低電壓原因為“配變運行檔位設置不合理”，然后轉入流程節點“配變功率因數分析（12）”；若“配變運行檔位”為“-2.5%”“-5%”，則直接轉入流程節點“配變功率因數分析（12）”。

（3）配變功率因數分析（12），若“配變平均功率因數”＜0.9且“配變平均負載率”＞20%，則判斷低電壓原因為“配變功率因數偏低”，然后轉入流程節點“配變負載率分析（13）”；若“配變平均功率因數”≥0.9或“配變平均負載率”≤20%，則直接轉入流程節點“配變負載率分析（13）”。

（4）配變負載率分析（13），若“配變重載持續時間占比（%）”或“配變過載持續時間占比（%）”＞0，則判斷低電壓原因為“配變重過載”，然后轉入流程節點“配變三相負荷不平衡分析（14）”；若“配變重載持續時間占比（%）”且“配變過載持續時間占比（%）”均等于0且“配變A相重載持續時間占比（%）”或“配變B相重載持續時間占比（%）”或“配變C相重載持續時間占比（%）”或“配變A相過載持續時間占比（%）”或“配變B相過載持續時間占比（%）”或“配變C相過載持續時間占比（%）”＞0，則判斷低電壓原因為“配變單相負荷重過載”，然后轉入流程節點“配變三相負荷不平衡分析（14）”；若“配變重載持續時間占比（%）”且“配變過載持續時間占比（%）”且“配變A相重載持續時間占比（%）”且“配變B相重載持續時間占比（%）”且“配變C相重載持續時間占比（%）”且“配變A相過載持續時間占比（%）”且“配變B相過載持續時間占比（%）”且“配變C相過載持續時間占比（%）”均等于0，則直接轉入流程節點“配變三相負荷不平衡分析（14）”。

（5）配變負荷三相不平衡分析（14），若“配變平均三相不平衡率”＞15%且“配變平均負載率”＞20%，則判斷低電壓原因為“配變負荷三相不平衡”，然后轉入流程節點“低壓線路供電距離分析（15）”；若“配變平均三相不平衡率”≤15%或“配變平均負載率”≤20%，則直接轉入流程節點“低壓線路供電距離分析（15）”。

（6）低壓線路供電距離分析（15），若“臺區低壓線路供電距離（km）”＞0.5，則判斷低電壓原因為“低壓線路供電距離偏長”，然后轉入流程節點“低壓線路截面分析（16）”；若“臺區低壓線路供電距離（km）”≤0.5，則直接轉入流程節點“低壓線路截面分析（16）”。

（7）低壓線路截面分析（16），若“臺區低壓線路截面（mm2）”≤35，則判斷低電壓原因為“低壓線路截面偏小”，然后轉入流程節點“低電壓原因排序（40）”；若“臺區低壓線路截面（mm2）”＞35，且流程執行至此尚未找到該臺區低電壓原因，則輸出低電壓原因為“其他原因”，然后轉入流程節點“低電壓原因排序（40）”。

（8）所屬10kV線路上級母線是否存在電壓偏低（20），若“10kV線路所屬變電站10kV母線是否存在電壓偏低”為“否”轉入流程節點“10kV線路功率因數分析（21）”；若“10kV線路所屬變電站10kV母線是否存在電壓偏低”為“是”轉入流程節點“主變調壓方式分析（31）”。

（9）10kV線路功率因數分析（21），若“10kV線路平均功率因數”＜0.9且“10kV線路平均負載率”＞20%，則判斷低電壓原因為“上級10kV線路功率因數偏低”，然后轉入流程節點“10kV線路負載率分析（22）”；若“10kV線路平均功率因數”≥0.9或“10kV線路平均負載率”≤20%，則直接轉入流程節點“10kV線路負載率分析（22）”。

（10）10kV線路負載率分析（22），若“10kV線路重載持續時間占比（%）”或“10kV線路過載持續時間占比（%）”＞0，則判斷低電壓原因為“上級10kV線路重過載”，然后轉入流程節點“10kV線路供電距離分析（23）”；若“10kV線路重載持續時間占比（%）”且“10kV線路過載持續時間占比（%）”均等于0，則直接轉入流程節點“10kV線路供電距離分析（23）”。

（11）10kV線路供電距離分析（23），若“10kV線路供電距離（km）”＞15，則判斷低電壓原因為“上級10kV線路供電距離偏長”，然后轉入流程節點“10kV線路截面分析（24）”；若“10kV線路供電距離（km）”≤15，則直接轉入流程節點“10kV線路截面分析（24）”。

（12）10kV線路截面分析（24），若“10kV線路截面（mm2）”≤70，則判斷低電壓原因為“上級10kV線路截面偏小”，然后轉入流程節點“10kV線路其他影響因素分析（25）”；若“10kV線路截面（mm2）”＞70，則直接轉入流程節點“10kV線路其他影響因素分析（25）”。

（13）10kV線路其他影響因素分析（25），若“統計時段內10kV線路是否存在臨時轉供電”為“是”，則判斷低電壓原因為“因臨時轉供電導致10kV線路電壓偏低”，然后轉入下一個其他影響因素判斷“統計時段內10kV線路是否存在短時故障”；若“統計時段內10kV線路是否存在臨時轉供電”為“否”，則直接轉入下一個其他影響因素判斷“統計時段內10kV線路是否存在短時故障”。

若“統計時段內10kV線路是否存在短時故障”為“是”，則判斷低電壓原因為“因短時故障導致10kV線路電壓偏低”，然后轉入下一個其他影響因素判斷“統計時段內10kV線路是否為小水電上網線路存在逆向潮流”；若“統計時段內10kV線路是否存在短時故障”為“否”，則直接轉入下一個其他影響因素判斷“統計時段內10kV線路是否為小水電上網線路存在逆向潮流”。

若“統計時段內10kV線路是否為小水電上網線路存在逆向潮流”為“是”，則判斷低電壓原因為“因小水電并網存在逆向潮流導致線路電壓偏低”，然后轉入流程節點“配變檔位分析（11）”；若“統計時段內10kV線路是否存在短時故障”為“否”，則直接轉入流程節點“配變檔位分析（11）”。

（14）主變調壓方式分析（31），若“變電站主變調壓方式”為“無載”，則判斷低電壓原因為“上級主變無載調壓”，然后轉入流程節點“主變功率因數分析（32）”；若“變電站主變調壓方式”為“有載”，則直接轉入流程節點“主變功率因數分析（32）”。

（15）主變功率因數分析（32），若“變電站主變平均功率因數”＜0.95，則判斷低電壓原因為“上級主變功率因數偏低”，然后轉入流程節點“變電站AVC系統配置分析（33）”；若“變電站主變平均功率因數”≥0.95，則直接轉入流程節點“變電站AVC系統配置分析（33）”。

（16）主變調壓方式分析（33），若“變電站是否配置AVC系統”為“否”，則判斷低電壓原因為“上級變電站未配置AVC”，然后轉入流程節點“10kV線路功率因數分析（21）”；若“變電站是否配置AVC系統”為“是”，則直接轉入流程節點“10kV線路功率因數分析（21）”。

6 結語

本研究充分利用現有電網負荷監測數據與設備運行狀態信息，建立具有實用價值的低電壓分析方法，依據大數據分析理念，明確低電壓分析治理所需的多維度數據來源，通過數據采集、成因分析，實現對低電壓分析的信息化、流程化、規范化。針對臺區整體電壓偏低、臺區局部電壓偏低等兩類低電壓臺區特征，分別梳理造成低電壓的主要影響要素，追溯低電壓問題根源，有利于提高治理成效，避免重復低效投資，為基層單位準確查找定位低電壓成因及制定針對性治理措施提供技術支撐。

［參考文獻］

[1]張忻.關于治理低電壓臺區提升電能質量的措施和方法[J].通訊世界，2014（22）：169-171.

[2]傅宇宏，侯建斌，蔡金錠.農村臺區“低電壓”整治[J].農村電氣化，2011（9）：9-10.

[3]許宏洋.電力企業配網臺區低電壓根本原因分析及對策研究[J].科技創新與應用，2017（2）：187.

[4]郭亮，孫旻，王文彬，等.配電網低電壓原因分析及治理[J].江西電力，2015（2）：55-57，62.

[5]谷雨，李光，鄭偉.低電壓在線監測與綜合分析系統研究[J].農業科技與裝備，2014（7）：54-56.