高效解決低壓系統(tǒng)供電電壓問題

李育毅

（廣東電網(wǎng)有限責任公司潮州供電局，廣東 潮州 521000）

1 Yyn0配變的電壓問題

中低壓配電運行標準規(guī)定變壓器的三相負荷應力求平衡，不平衡度不應大于15%，不符合上述規(guī)定時，應及時調(diào)整負荷。潮州供電局對計量系統(tǒng)導出年度高峰負荷時段配變的負荷及電壓數(shù)據(jù)進行分析，三相負荷不平衡大于15%的配變中，配變首端電壓相間偏差為5 V及以上占32.13%，電壓差為5 V以下占67.87%，其中聯(lián)結(jié)組別為Yyn0 的配電變壓器（以下簡稱Yyn0 配變）占74.36%。三相負荷不平衡小于15%的配變中，配變首端相間電壓差為5 V及以上占14.01%，其中Yyn0 配變占75.77%。即配變?nèi)嘭摵刹黄胶獯笥?5%或小于15%，首端電壓偏差為5 V 及以上的配變中，Yyn0 配變占比約在74%，配變首端電壓不平衡跟Yyn0配變存在高度相關。三相負荷不平衡大于15%的配變首端電壓偏差為5 V 及以上占比32.13%，比三相負荷不平衡小于15%的配變占比高18.12%，配變首端電壓不平衡與配變?nèi)嘭摵刹黄胶馊跸嚓P。

考慮系統(tǒng)負荷谷期10 kV 線路的壓降，取配變首端相電壓245 V 及以上為首端電壓過高。考慮農(nóng)村地區(qū)0.4 kV 低壓線路首末端電壓降在負荷高峰期約為20 V，取配變首端相電壓218 V 為電壓較低（末端用戶電壓可能在198 V 及以下）。進一步比對分析年度高峰負荷月極值電壓情況，發(fā)現(xiàn)配變首端最高電壓在245 V及以上，Yyn0配變占66.98%。配變首端最低電壓在218 V 及以下，Yyn0 配變占46.59%。配變首端相間電壓差為5 V 及以上，Yyn0配變占64.64%。末端用戶電壓低于198 V 的配變，Yyn0 配變占36.36%。配變臺賬中Yyn0 配變占比31.39%，配變首端電壓過高及較低、相間電壓差值大、末端用戶低電壓的Yyn0配變占比均高于其他配變的臺賬占比。

2 解決“低電壓”臺區(qū)措施

電壓管理人員根據(jù)綜合配變?nèi)嘭撦d率、首端電壓、供電半徑、低壓出線回數(shù)及低壓線徑、“低電壓”用戶位置分布等數(shù)據(jù)分析“低電壓”原因，常規(guī)的解決辦法如表1 所示。表1 的解決辦法，能較快解決大部分用戶“低電壓”問題，但缺少對Yyn0配變本體原因引起“低電壓”問題的分析，特別是Yyn0配變首端電壓漂移和以上“低電壓”原因綜合發(fā)生時，難以落實從源頭治理的思路。

表1 “低電壓”原因和針對性措施

3 標準的不足

GB/T 12325—2008《電能質(zhì)量供電電壓偏差》規(guī)定“20 kV 及以下三相供電電壓偏差為標稱電壓的±7%”[1]，DLT 1053—2017《電能質(zhì)量技術監(jiān)督規(guī)程》規(guī)定“帶地區(qū)供電負荷的變電站20 kV 及以下母線正常運行電壓允許偏差為0～+7%”[2]，即10 kV系統(tǒng)首端電壓和10 kV 供電用戶電壓，現(xiàn)行電壓標準規(guī)定了不同的偏差值。

GB/T 12325—2008《電能質(zhì)量供電電壓偏差》規(guī)定“220 V 單相供電電壓偏差為標稱電壓的+7%～-10%；附錄B.1 電網(wǎng)電壓監(jiān)測（4）D 類為380/220 V 低壓網(wǎng)絡供電電壓。每百臺配電變壓器至少設2個電壓監(jiān)測點。監(jiān)測點應設在有代表性的低壓配電網(wǎng)首末兩端和部分重要用戶下[1]”。不同于10 kV系統(tǒng)電壓標準，因配變二次側(cè)（配變首端）可能接入供電用戶，即首端用戶電壓為配變二次側(cè)電壓，低壓系統(tǒng)電壓標準未分別規(guī)定配變低壓首端電壓及末端用戶電壓偏差值：按以上標準公用配變低壓首端和末端220 V單相供電電壓偏差均為+7%～-10%、380 V三相供電電壓偏差為±7%。

配變高壓側(cè)按10 kV供電用戶電壓允許偏差值，已傳遞±7%電壓偏差至配變二次側(cè)，配變電壓分接檔位在中間檔（五檔配變在三檔，三檔配變在二檔）時，配變10 kV側(cè)電壓為10192 V，配變低壓側(cè)首端相電壓為235.4 V（220 V 單相供電電壓+7%上限值），即10 kV線路電壓在10192～10700 V的合格范圍內(nèi)，配變低壓首端相電壓已越上限；當配變10 kV側(cè)電壓為合格的9300 V 時，配變低壓首端相電壓為214.78 V，若負荷高峰期低壓線路首末端電壓降為20 V 左右，首端電壓在218 V 及以下，末端用戶電壓可能不合格，如表2 所示。低壓系統(tǒng)電壓偏差標準未區(qū)分配變首端及末端用戶，使Yyn0配變首端電壓漂移造成電壓偏低沒有引起足夠重視。

表2 配變一二次側(cè)電壓值(5檔配變檔位在3檔及2檔）V

GB/T 15543—2008《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》規(guī)定“電力系統(tǒng)公共連接點電壓不平衡度限值為：電網(wǎng)正常運行時，負序電壓不平衡不超過2%，短時不得超過4%；低壓系統(tǒng)零序電壓限值暫不規(guī)定，但各項電壓必須滿足GB/T 12325—2008 的要求[3]。”如前文所述，配變?nèi)嚯妷翰黄胶夂腿嘭摵刹黄胶獯嬖谙嚓P性，用戶反映“低電壓”情況，供電人員通過計量系統(tǒng)查看配變首端電壓情況，發(fā)現(xiàn)三相電流不平衡、首端相間電壓偏差大，慣性思維電壓偏差大是三相不平衡引起，首選整改措施為調(diào)整三相負荷不平衡。

現(xiàn)行電壓標準第二個不足是未對低壓系統(tǒng)三相電壓不平衡做出規(guī)定，因Yyn0配變等配變本體原因引起的三相電壓不平衡問題，沒有引起各級電壓管理人員的關注和重視，導致首端電壓問題未能從源頭上得到根本解決。

4 管理的制約

Yyn0聯(lián)結(jié)組別的配電變壓器，因其繞組承受的相電壓低，有利于節(jié)約絕緣材料，減少相間距離和重量，該類型配變曾被廣泛應用。分析公司配變臺賬信息，Yyn0 配變?nèi)哉歼\行公用臺變的31.39%，其中最晚出廠日期為2009年。

業(yè)界對Yyn0配變引起低壓中性點電壓漂移早有共識[4]，且后來的技術導則及技術規(guī)范均不再推薦使用Yyn0配變，DL/T 599—2016《配電網(wǎng)規(guī)劃設計技術導則》指出三相配電變壓器以聯(lián)結(jié)組別Dyn11替代Yyn0聯(lián)結(jié)組別[5]，Q/CSG 1101002—2013《10 kV油浸式配電變壓器技術規(guī)范》規(guī)定三相配電變壓器的聯(lián)結(jié)組標號常用為Dyn11、Yyn0、Yzn11，宜選用Dyn11[6]。

依照配電變壓器技術改造準入條件為“運行時間達到30年，運行超過20年的高損耗配變或S7 型及國家明令淘汰高損耗配變”，最晚出廠的Yyn0 配變運行年限12年以上，未達到技術改造準入條件。供電企業(yè)一般認為Yyn0配變不影響正常運行，不列入殘舊設備考慮改造更換。即使認定屬殘舊設備，在電網(wǎng)建設精準投資的條件下也較難列入項目改造。

5 解決策略

自動調(diào)整低壓三相負荷不平衡技術日趨成熟，通過智能科技手段完成三相不平衡自動調(diào)節(jié)已取得不錯的效果[8]，能夠較好解決Yyn0配變首端電壓漂移問題。

相間智能電容補償。在電流最大的相線與電流最小的相線之間投入一定比例的電容器，在兩相之間增加無功電流的同時會轉(zhuǎn)移一部分有功電流。

無級補償調(diào)節(jié)模塊SVG。利用電力電子換流器在三相之間轉(zhuǎn)移有功功率，從而解決變壓器三相繞組負荷不平衡問題，包括裂相電容+三橋臂換流器，或四橋臂換流器。

換相開關。將配網(wǎng)中的一部分單相負荷加裝換相器，使其變?yōu)榭煽刎摵伞Ｖ骺仄鳈z測三相負荷的平衡狀況，實時對單相負荷做出優(yōu)化決策，使整個臺區(qū)的負荷均衡的分布在三相供電線路上。

3種自動調(diào)節(jié)三相負荷不平衡技術各有缺點，相間智能電容補償容易造成整個臺區(qū)供電網(wǎng)嚴重過補，拉低功率因數(shù)，嚴重時可能導致中性線電流不但未減小反而增大。配變低壓側(cè)首端安裝無級補償調(diào)節(jié)模塊SVG（分支安裝費用較高），不能解決臺區(qū)低壓供電網(wǎng)絡的不平衡狀態(tài)，且掩蓋了整個臺區(qū)供電線路嚴重不平衡問題。換相開關缺點是安裝工程量大，且開關頻繁動作切換，可靠性仍需實踐檢驗。

通過安裝自動調(diào)節(jié)三相負荷不平衡裝置，雖解決Yyn0配變首端電壓漂移問題，但加裝新設備增加了投資和運維成本，一定程度上降低了低壓系統(tǒng)供電可靠性，不是治本之策。自動調(diào)節(jié)三相負荷不平衡裝置，豐富了解決配變?nèi)嘭摵刹黄胶鈫栴}手段，應作為解決三相電壓不平衡的補充手段。

從源頭治理Yyn0配變等配變本體原因引起的首端電壓偏差及電壓不平衡問題，建議采取以下策略。

管理制度上適當放寬Yyn0配變改造標準，優(yōu)先更換資產(chǎn)凈值率低于5%、運行工況差、電壓不平衡較為嚴重的Yyn0配變?yōu)镈yn11配變。

Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器高壓繞組的絕緣強度要求較之Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器稍低，不宜將Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器改為Dyn11 聯(lián)結(jié)。在全量更換資金受限情況下，可研討批量改造更換其高壓繞組的經(jīng)濟性。

按系統(tǒng)電壓的確定原則，變壓器二次側(cè)電壓應較線路額定電壓高5%，額定負荷下變壓器內(nèi)部的電壓降落約為5%，變壓器二次側(cè)額定電壓應較線路額定電壓高10%，只有漏抗很小的、二次側(cè)直接與用電設備相聯(lián)，其二次側(cè)額定電壓才較線路額定電壓僅高5%[9]。低壓系統(tǒng)用戶額定電壓為380 V，按配變二次側(cè)額定電壓較低壓線路額定電壓高5%，配變低壓側(cè)首端額定電壓為400 V。建議有關部門修訂低壓臺區(qū)首端電壓標準，提高配變首端越上限及越下限電壓值。組織修訂低壓系統(tǒng)三相電壓不平衡標準，以便供電部門篩查解決Yyn0配變以及配變產(chǎn)品質(zhì)量原因產(chǎn)生的電壓問題，為解決配變首端電壓偏低、三相電壓不平衡問題提供標準依據(jù)。