電壓偏差在低壓配電系統中的計算及優化?

李玉幸， 狄彥強， 李顏頤， 馬靖， 張志杰

（1.中國建筑技術集團有限公司，北京100013；2.中國建筑科學研究院有限公司，北京100013）

0 引言

隨著我國經濟的高速發展，我國能源也日趨緊張，節能降耗要求日益緊迫。建筑能耗在我國能源消耗中占有重要比例，建筑節能減排成為了緩解能源壓力的方案之一。電氣節能是節能環節中不容忽視的部分，因此在工程設計與既有建筑改造中，合理規劃與設計中／低壓配電系統，縮短供電線路的長度，提高電能質量，保證供電的安全可靠，對節約能源起到重大作用。

電壓偏差是電能質量的主要內容，如果用電設備的實際電壓和額定電壓值之間差距比較大，會直接對他們的性能產生一定的影響。常用照明設備熒光燈，其發光效率、光通量、使用壽命均與電壓有關。熒光燈的光通量約與它的端電壓平方成正比，過低則啟輝發生困難，過高，則鎮流器過熱而縮短使用壽命。一些異步電動機（如風機、水泵、空調壓縮機等）如果電壓偏低，就不能帶動電動機的工作；如果電壓偏高，就會損壞這些電動機，無法工作。因此在工程設計中解決電壓偏差是提高電能質量的一個重要方法。

1 電壓偏差概念及計算

如果在某段時間內線路或其他供電元件首端的電壓偏差為Δμ0，線路電壓降為Δμ1，則線路末端電壓偏差為：

當有變壓器或其他調壓設備時，還應計入該類設備內的電壓提升，即：

由公式（1）～（2）可以看出，電壓偏差與線路電壓降與調壓設備有關。

電壓降通常用系統標稱電壓的百分數表示。三相系統中以線電壓為基準的電壓降百分數按式（3）計算：

式中，ΔU%為電壓降百分數，%；Un為系統標稱電壓，kV；I為負荷電流，A；P為負荷有功功率，kW；Q為負荷無功功率，kvar；cosφ為負荷的功率因數；R、X為串聯元件的電阻和電抗（感抗），Ω。

（1）線路電壓降計算公式如表1所示。

線路電壓損失的計算 表1

式中，ΔU%為電壓降百分數，%；P為某一個集中負荷的有功功率，kW；Q為某一個集中負荷的無功功率，kvar；Pi為第i個集中負荷的有功功率，kW；Qi為第i個集中負荷的無功功率，kvar；r、x為分別是三相電力線路單位長度的電阻和電抗，Ω／km；x′為單相電力線路單位長度的電抗，Ω／km，工程計算時其值可近似為x；l為某一個集中負荷至線路末端的線路長度，km；li為第i個集中負荷至線路首端的部分線路長度，km；Un為線路標稱相電壓，kV；Unph為線路標稱相電壓，kV。

（2）變壓器電壓降計算

變壓器電壓降計算公式詳見式（4）～（6）。

式中，ΔμT為變壓器電壓降百分數，%；SrT為變壓器額定容量，kVA；μa為變壓器阻抗電壓的有功分量，%；μr為變壓器阻抗電壓的無功分量，%；μT為變壓器的阻抗電壓，%；ΔPT為變壓器的短路損耗，kW；β為變壓器的負載率，即實際負荷與額定容量ST的比值；cosφ為負荷的功率因數；P為三相負荷的有功功率因數，kW；Q為三相負荷的無功功率，kvar。

2 電壓偏差限值

JGJ 16-2008《民用建筑電氣設計規范》中對電壓偏差的規定如下文所述。

（1）用電單位受電端供電電壓的偏差允許值，應符合下列要求：1）10kV及以下三相供電電壓允許偏差應為標稱系統電壓的±7%；2）220V單相供電電壓允許偏差應為標稱系統電壓的+7%、-10%；3）對供電電壓允許偏差有特殊要求的用電單位，應與供電企業協議確定。

（2）正常運行情況下，用電設備端子處的電壓偏差允許值（以標稱系統電壓的百分數表示），宜符合下列要求：1）對于照明，室內場所宜為±5%；對于遠離變電所的小面積一般工作場所，難以滿足上述要求時，可為+5%、-10%；應急照明、景觀照明、道路照明和警衛照明宜為+5%、-10%；2）一般用途電動機宜為±5%；3）電梯電動機宜為±7%；4）其他用電設備，當無特殊規定時宜為±5%。

GB／T 12325-2008《電能質量 供電電壓偏差》供電電壓偏差限制如表2。

供電電壓偏差限值 表2

設計供配電系統時，應驗算用電設備的電壓偏差，以保證電壓偏差范圍不超過限定值，并盡量減小電壓偏差，以便提高電能質量。

3 電壓偏差分析

由于電氣中變壓器相關參數較為繁瑣，本文只選取典型樣本進行分析計算。

（1）線路電壓降分析

由于干線電纜一般截面積在95mm2以上，因此電纜選擇 YJV-（4×120+1×70）、YJV-（4×150+1×70）、YJV-（4×185+1×95）、YJV-（4×240+1×120），共計4種類型，電纜參數如表3。

YJV電力電纜參數 表3

供電半徑選 150m、180m、200m、250m，功率因數選為0.8。根據電纜載流量算出不同電纜所能帶的負荷有功功率，根據表1三相平衡負荷線路帶1個集中負荷計算公式進行線路電壓降計算。計算結果如表4～5。

不同截面積電纜在不同供電半徑下線路電壓降／% 表4

由計算結果可知：1）對于截面積超過95mm2的交聯聚乙烯絕緣電力電纜供電半徑超過150m時，線路電壓降會大于3%，由于建筑施工過程中不可預測問題、變壓器及配電箱內各元件均會造成電壓損失，因此干線設計時，供電半徑不宜超過150m；2）同一負荷下，電纜截面越大，線路電壓降越小。

（2）變壓器電壓降分析

本次計算以某品牌變壓器SCB11系列10kV級配電變壓器技術參數為基礎，如表6所示。

根據公式（4）～（6），分別選取負載率為60%、70%、75%、80%，功率因數選取0.9、0.95兩個樣本，計算變壓器壓降結果如表7。

根據不同功率因數不同負載率下不同容量變壓器壓降計算可知：1）變壓器電壓降隨著功率因數的增大而減??；2）隨著負載率的增大而增大；3）隨著變壓器容量增大，壓降減小（630kVA變壓器較500kVA變壓器壓降大是由于額定阻抗電壓變大）。

不同截面積電纜在同一負荷不同供電半徑下線路電壓降／% 表5

SCB11系列10kV級配電變壓器技術參數 表6

SCB11變壓器在不同功率因數不同負載率時電壓降／% 表7

4 結束語

本文對建筑電氣設計中線路及變壓器電壓降問題進行了計算分析，從結果中可知：（1）采用阻抗較低的變壓器；（2）盡量縮短供電線路長度；（3）采取補償無功功率的措施，提高功率因數；（4）可以通過提高電纜截面積降低線路電壓降。