低壓配電網(wǎng)電壓質(zhì)量問題分析與治理

青島市公共空間藝術(shù)促進(jìn)中心 許凱東

1 低壓配電網(wǎng)電壓質(zhì)量現(xiàn)狀

目前，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展的大浪潮下，消費(fèi)升級(jí)、產(chǎn)業(yè)迭代、供給改革等逐漸增強(qiáng)市場(chǎng)對(duì)電力的需求，用電規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大、用電結(jié)構(gòu)更加龐大、電力供給與居民日益增長(zhǎng)的需求矛盾進(jìn)一步突出。在我國(guó)，低壓配電網(wǎng)質(zhì)量問題頻發(fā)，配電網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整狀態(tài)已經(jīng)不能滿足日益增長(zhǎng)的電力使用要求。

低壓配電網(wǎng)主要是調(diào)節(jié)10kV 配網(wǎng)的電壓，但在調(diào)節(jié)380V 配網(wǎng)電壓的方法較少。然而，據(jù)相關(guān)調(diào)查，僅調(diào)節(jié)10kV 配網(wǎng)的電壓已經(jīng)難以達(dá)到當(dāng)前社會(huì)對(duì)于低壓配網(wǎng)電壓質(zhì)量的最新要求。低壓配電網(wǎng)絡(luò)中，在用電集中的高潮段，電壓過低情況頻繁出現(xiàn)，但在用電低潮時(shí)間段，相反會(huì)出現(xiàn)高電壓?jiǎn)栴}，同規(guī)定的電壓質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)存在非常明顯的差別。以部分地區(qū)低壓配網(wǎng)為例，其電壓質(zhì)量合格率只有70%，離正常值相差較遠(yuǎn)。

2 低壓配電網(wǎng)電壓質(zhì)量問題

2.1 三相負(fù)荷不平衡問題

針對(duì)低壓配電網(wǎng)三相負(fù)載系統(tǒng)來說，在電壓值相同的條件下，其電阻器的電源和三相電壓均存在較大的雷同性，在ABC 三相電壓中，相位差相對(duì)較小。但如果三相負(fù)載出現(xiàn)不平衡情況，會(huì)造成ABC三相電壓的相位差發(fā)生明顯變化，具有較多不確定性，難以確保其平衡性。此類低壓配網(wǎng)三相負(fù)載系統(tǒng)，倘若用電負(fù)載較大，該相差電壓會(huì)減小；相反，若用電負(fù)載過低，該相差電壓會(huì)增大[1]。基于對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)分析后，不難發(fā)現(xiàn)，三相負(fù)載不平衡時(shí)，將會(huì)加大低壓配網(wǎng)線損和系統(tǒng)三相電壓的失衡。

2.2 無(wú)功補(bǔ)償問題

無(wú)功負(fù)荷大量存在于低壓配電網(wǎng)中，當(dāng)無(wú)功功率失衡、功率因數(shù)降低情況發(fā)生時(shí)，無(wú)功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)導(dǎo)致了線路大量損耗的產(chǎn)生，線損增大，末端負(fù)荷電壓下降。據(jù)此可以相應(yīng)地對(duì)線路進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。配電線路無(wú)功補(bǔ)償重點(diǎn)應(yīng)用于重載配電線路，以及供電半徑超過合理距離、末端電壓過低的配線。低壓配網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償方式一般以分散補(bǔ)償、就地補(bǔ)償方式為主，根據(jù)配電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀況安裝自動(dòng)投切無(wú)功補(bǔ)償裝置在大用戶專用變壓器附近。總之，低壓配網(wǎng)電壓耗損值與無(wú)功功率緊密聯(lián)系，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致線路電壓驟降。

2.3 配網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)問題

低壓電網(wǎng)前期建設(shè)規(guī)劃十分重要，較大程度地影響著后期電網(wǎng)的供電質(zhì)量，目前部分低壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理，傳輸線纜直徑較細(xì)，輸電距離又比較遠(yuǎn)，在用電高潮時(shí)難以覆蓋所有用電客戶的要求，用戶用電量未能得到有效保障，電能計(jì)量表安裝過于集中，且計(jì)量表背面的路線較窄，一定程度上減小了客戶用電的電壓。

2.4 低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行管理力度不足

沒能建立統(tǒng)一的管理體系，對(duì)于時(shí)常發(fā)生的配網(wǎng)低電壓?jiǎn)栴}，沒有專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行深度分析，在低壓配電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位置也缺乏有效的監(jiān)測(cè)手段，最終使得低壓配電網(wǎng)質(zhì)量問題未能得到實(shí)質(zhì)上的解決。

3 低壓配電網(wǎng)電壓質(zhì)量問題治理措施研究

3.1 三相負(fù)荷平衡工作治理措施

要避免低壓配電網(wǎng)三相負(fù)載失衡現(xiàn)象發(fā)生，大致需要做好兩方面工作，一是按相關(guān)用電量要求將用電客戶劃分為大型用電客戶、普通用電客戶、小型用電客戶、商戶、工廠以及養(yǎng)殖業(yè)用電客戶等。三相負(fù)載平衡工作以工程用戶為基石，并將此類用戶的功耗恒定在規(guī)定電壓之下，這樣一來，不僅可以確保三相負(fù)載的平衡，也能夠?qū)Ω饔脩舻墓那闆r進(jìn)行連接貫通，然后令時(shí)間節(jié)點(diǎn)內(nèi)的3個(gè)I 保持相同[2]。另一方面，將功耗高潮時(shí)段設(shè)置為低壓配電網(wǎng)三相負(fù)載時(shí)間的參考原點(diǎn)，根據(jù)其他時(shí)間的實(shí)際功耗情況，合理選擇各接點(diǎn)位置，確保低壓配電網(wǎng)三相負(fù)載接點(diǎn)的平衡性。倘若低壓配電網(wǎng)線路距離較遠(yuǎn)，就要采取一定措施有效減小失衡區(qū)段中每條線路之間的距離，如圖1所示。

圖1 低壓配網(wǎng)三相負(fù)荷平衡系統(tǒng)

3.2 配電線路無(wú)功補(bǔ)償

斟酌到低壓配電網(wǎng)線路的維護(hù)成本等價(jià)格因素，需對(duì)科學(xué)分配無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)的數(shù)量。結(jié)合配電網(wǎng)中負(fù)載的分布特點(diǎn)，在合理長(zhǎng)度區(qū)間內(nèi)設(shè)置功率補(bǔ)償點(diǎn)；對(duì)于100kVA 以上的電力變壓器，在變壓器低電壓邊加裝集中式補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償容量為變壓器容量的20%～30%[3]。這種治理措施未能充分利用電容器，所以，可采取分布式+集中式補(bǔ)償相互融合的方式，實(shí)現(xiàn)更好地補(bǔ)償效果。

3.3 優(yōu)化配電網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)，減小供電半徑

要使線路自身電抗減小，可以借助縮小線路長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)。供電半徑過長(zhǎng)是造成低壓配電網(wǎng)線路損耗較高的關(guān)鍵因素之一，通常供電半徑的選擇是按照電壓等級(jí)、電負(fù)荷密度來進(jìn)行的，應(yīng)該統(tǒng)籌考慮供電能力和電壓質(zhì)量，一般情況下， A、B 類供電區(qū)域的供電半徑應(yīng)取2km 以下，C 類供電區(qū)域供電半徑取4km 左右，D 類供電區(qū)域供電半徑不超過15km。大多數(shù)情況下，這四類供電區(qū)域?qū)╇娍煽啃砸蟛灰粯樱渲校珹 類標(biāo)準(zhǔn)要求最高，如機(jī)關(guān)單位、商業(yè)中心等；B 類是生產(chǎn)、生活集中區(qū)；C 類是生產(chǎn)、生活相對(duì)集中的地域；D 類是農(nóng)業(yè)類生產(chǎn)活動(dòng)區(qū)。此外，對(duì)于新建地區(qū)的電網(wǎng)，要從一開始就整體規(guī)劃，做好布局，充分考慮節(jié)能與安全因素，選擇合適的配電電纜型號(hào)，有效保障電網(wǎng)平穩(wěn)、安全、可靠等方面的要求。

3.4 配電線路電壓復(fù)合調(diào)節(jié)

在380/220V 的低壓配電網(wǎng)中，供電線路供電R 較短、負(fù)載較低、電纜截面積及間距小，故低壓配電線路電壓損失計(jì)算式為[4]：

式中，P為配網(wǎng)線路供電有功功率；A為導(dǎo)線線徑；C為導(dǎo)線常數(shù)。

380V 或220V 條件下C值取值詳見表1。

表1 不同情況下C 值數(shù)值

在配電網(wǎng)低電壓治理中，供電區(qū)間為220（1±15%）V，以單相線路220V、輸送功率18kW、導(dǎo)線直徑45mm 鋁線為例利用式（1）計(jì)算電壓上下浮動(dòng)15%的位置：

計(jì)算得出電壓上下浮動(dòng)15%時(shí)的位置位于3.15m 處。為了使低壓配電線路電壓符合該標(biāo)準(zhǔn)，需在此位置開展電壓治理工作，配網(wǎng)低電壓治理位置與取值如圖2所示。

圖2 配網(wǎng)低電壓治理位置與取值

3.5 采用在線監(jiān)測(cè)手段，加強(qiáng)低壓配電網(wǎng)監(jiān)管力度

低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量必須采用有效的運(yùn)行監(jiān)控方式，建立相關(guān)監(jiān)管制度并科學(xué)地進(jìn)行落實(shí)。在低壓配電網(wǎng)運(yùn)行中，要時(shí)常查看系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)診斷設(shè)備的運(yùn)行情況，一旦數(shù)據(jù)異常時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整或檢修。

但實(shí)際工作中，低壓配電網(wǎng)缺乏智能化在線監(jiān)測(cè)裝備，某些作業(yè)人員粗心大意、檢修流程制度落實(shí)不徹底，且未能對(duì)低壓配電網(wǎng)運(yùn)行中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤記錄，因此，配網(wǎng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，沒有相關(guān)的數(shù)據(jù)及有效信息作為參考資料，一定程度上加大了作業(yè)人員在對(duì)低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)全面監(jiān)控管理的難度。

引入動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控低壓配網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，利用傳感器采集數(shù)據(jù)，然后上傳到通信網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理，迅速診斷出配網(wǎng)系統(tǒng)存在的故障，為設(shè)備檢修提供有力支撐。相比傳統(tǒng)的人工巡檢，在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)配網(wǎng)各種潛在問題，為后續(xù)故障的處理提供依據(jù)，也是可靠性檢修的重要途徑[5]。在線監(jiān)測(cè)可以實(shí)現(xiàn)全天24h 不間斷監(jiān)測(cè)，快速識(shí)別出電壓異常數(shù)據(jù)，確定出配網(wǎng)故障點(diǎn)并進(jìn)行報(bào)警，通知工作人員快速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理，有效保證低壓配電網(wǎng)的供電質(zhì)量。

3.6 建立低壓配電網(wǎng)質(zhì)量管理體系

一是管理制度優(yōu)化完善方面，通過梳理低壓配電網(wǎng)電壓質(zhì)量的主要工作內(nèi)容，制定出各崗位標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)法，應(yīng)涵蓋電壓損失標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)等。不以規(guī)矩不成方圓，通過制度建立，才會(huì)使各項(xiàng)工作制度化，精細(xì)化，規(guī)范化，減少質(zhì)量問題的同時(shí)，又為企業(yè)降低成本。

二是積極落實(shí)質(zhì)量責(zé)任制，明確各級(jí)工作人員的質(zhì)量職責(zé)，建立督察督辦，構(gòu)建短期+長(zhǎng)期的工作機(jī)制，并將具體的責(zé)任量化，追究到個(gè)人。質(zhì)量責(zé)任制的貫徹，需要提前制定好作業(yè)指導(dǎo)書，并在指導(dǎo)書中明確各步驟質(zhì)量卡控點(diǎn)，通過質(zhì)量卡控點(diǎn)的完成度來實(shí)現(xiàn)質(zhì)量責(zé)任制的落實(shí)。此外，質(zhì)量責(zé)任制應(yīng)低壓電網(wǎng)電壓質(zhì)量管理的每個(gè)環(huán)節(jié)，在可控范圍內(nèi)量化責(zé)任、提高運(yùn)行質(zhì)量。

三是加強(qiáng)培訓(xùn)，提升作業(yè)人員素質(zhì)。要想更好確保低壓配電網(wǎng)運(yùn)行水平，有效解決電壓電能質(zhì)量問題，需要做好作業(yè)人員的培養(yǎng)。

首先，需要派出專業(yè)人員去發(fā)達(dá)國(guó)家的電網(wǎng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，參考其低壓配電網(wǎng)工作方式，以“提高運(yùn)行能力，降低質(zhì)量問題”為導(dǎo)向，并結(jié)合自身配網(wǎng)的實(shí)際工作情況對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理的改進(jìn)優(yōu)化，逐步完善低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行方式。

其次，每月組織各方就近期配網(wǎng)中的各種電壓電能質(zhì)量問題進(jìn)行總結(jié)復(fù)盤，組織技術(shù)交流會(huì)，交流心得體會(huì)，分享先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，找出不足，給出解決方案，全面提升電網(wǎng)作業(yè)人員素質(zhì)，并對(duì)下一步的工作指明發(fā)展方向。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從低壓配電網(wǎng)電壓質(zhì)量現(xiàn)狀出發(fā)，對(duì)三相負(fù)荷不平衡問題、無(wú)功補(bǔ)償不到位，配網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)問題、作業(yè)人員素質(zhì)有待提高等主要低壓配電網(wǎng)電壓質(zhì)量問題進(jìn)行分析，并采取配電線路無(wú)功補(bǔ)償、優(yōu)化線路結(jié)構(gòu)，減小供電半徑、配電線路電壓復(fù)合調(diào)節(jié)等治理措施來達(dá)到的降低質(zhì)量問題的目的，提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也保障居民的供電質(zhì)量。