湖南工业大学夏得青、向星宇 等：农村配电网低电压治理研究进展

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配电网作为供电系统的主要组成部分，与广大人民群众的生产生活关系密切。当前，农村配电网普遍存在低电压的问题，用户端的用电量快速增加，导致电能质量降低，影响用户的正常生活水平。

湖南工业大学轨道交通学院、湖南工业大学电气与信息工程学院的夏得青、向星宇、李宽龙、黄华鸿、黎朝晖，在2023年第6期《电气技术》上撰文，通过对近期相关文献的研究，介绍低电压产生的原因和解决低电压问题的方法。低电压产生的原因主要从线路供电半径较长、无功补偿设置不合理、低压三相负载不平衡、电源点布置不当等几个方面进行分析，低电压解决方法从技术和管理措施两个方面进行阐述，最后提出适合我国台区低电压综合治理的建议。

农村台区电网低电压是干扰电网服务质量的重要因素之一，相对于城区而言，农村台区配电网配置更加薄弱，无功补偿装置较少，供电半径较长，低电压问题更加突出，尤其是用电高峰期，用户端电压无法达到配电台区国标电压允许值。在解决这一问题时，合理制定对应的治理策略、多种措施同时进行会更加准确有效，以充分保证农村台区配电网低电压治理的科学性、高效性和可靠性。

低电压会造成以下危害：影响照明设备使用寿命和使用效果；电动机电流显著增加，导致绕组过热，从而缩短其使用寿命；并联电容器无功出力大大降低、使用寿命减少；工业用电设备的输出功率、效率和使用寿命受电压影响，电压降低严重时，会导致产品质量下降、设备损坏。

根据国家标准GB/T 12325—2008《电能质量 供电电压偏差》中“20kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的±7%；220V单相供电电压偏差为标称电压的+7%、-10%”的规定，将低于198V的供电电压规定为低电压。

本文参考大量文献，综合阐述线路线径、供电半径、无功补偿装置、电源点的布置、配电变压器分接头位置、配电网调控能力、自动调压器等对线路末端电压的影响，提高低电压治理的有效性和针对性，降低因低电压治理问题造成的人力、财力和物力等资源的浪费。

1  低电压产生原因分析

1.1  技术方面

1）线路供电半径过长

在农村智能电网建设中，低电压台区大多数是因供电半径过长造成，而非整体性的低电压。农村台区变电站数量相对较少，还有部分用户直接就近接入供电线路，未考虑是否正确安全接入，从而使原有供电半径加长；同时，农村台区配电网供电范围广，变电站与变电站之间的输电线路较长，往往超出规定值，进一步导致更加严重的电压降低和线路损耗。此外，还有部分老旧线路线径较细、使用时间较长、线路自身阻抗较大，都会直接造成用户端电压降低。

2）无功补偿设置不合理

农村台区配电网低电压问题具有波动性，高峰时段的负荷几乎是满载甚至过载状态，而低谷时段的负荷却接近空载状态，这对农村台区配电网不同层次的无功补偿装置和调控能力有非常高的要求。农村台区配电网的无功电源建设与发展普遍滞后，而且存在无功补偿设备容量不足或设置不合理的问题。

在补偿方式的选择上，我国农村配电网低电压区域主要关注线路补偿和设备补偿，大部分通过分散补偿的方法来实现空载下自动运行，主要是减少重要装置和重要线路的无功损耗，这种方法虽然可以一定程度地缓解无功补偿装置导致的低电压问题，但是实际运行中的效果并不理想。

3）低压三相负载不平衡

农村台区配电网三相电流不平衡是导致低电压问题的重要原因之一。农村台区配电系统中，大部分采用三相四线制供电，但由于工作人员规范意识不够，在为了方便工作的情况下，会随机选取两相（如A、B相）来接入用户端进行供电。若该台区A、B相存在大功率负载且负载较多，则会导致A、B相电流大于C相电流，同时C相电压偏高于A、B相电压。台区负载不断扩展且杂乱无序，将可能产生更大的三相不平衡电流，进而导致用户端电压质量降低。

4）电源点布置不当

早期配电变压器的安装未考虑整个配电网，导致其容量和位置安装不当，而且由于区县供电规模越来越大，很多大型用电客户因为场地开发问题远离变压器。此外，早期的农村配电变压器通常位于进村的位置，选址不当加重了用户端低电压问题。同时，早期的农村台区改造资金主要用于处理不发达地区部分用户的用电问题，不发达地区未处理的线路较多，而处理的线路也多为线径较细的架空线路。

农村台区用电负荷增速较快导致线路无法满足用电需求，部分农村线路在用电高峰期长期超负荷运行会造成断电现象，线路损耗增大、加速老化，进一步导致电压降低。

1.2  运营管理方面

1）中低压配电网电压调控能力弱

配电变压器主要是无载调压控制型，电压控制范围基本为±2.5%或±5%。无载调压控制型的配电变压器需要停电才能进行调压操作，通常只有季节性调整或不可调整。对于日常负荷波动较大的台区，配电站无法满足电压调节频率的技术需求。

2）配电变压器分接头位置不合适

由于运维管理工作不到位，配电站的变压器电压比未根据配电站在系统中的位置和季节性特征负荷变化做出调整，大多数配电站的分接头总是处于档位中间，使配电站输出电压不符合标准，从而导致用户端的电压不合格。

1.3  季节性负荷

季节性低电压指用户用电呈周期性变化的低电压现象：一是春节大量外出务工人员返回家乡过年，用电负荷增加；二是农作物生产季节的大量大功率负荷造成低电压问题；三是节假日下乡旅游导致用电需求量较大，用电负荷不断增加，造成台区末端低电压问题。

2  低电压治理措施

2.1  技术措施

1）提升低压线路供电能力

对于线路线径偏小的问题，主要从两个方面考虑解决方法：一是对于线路线径较小且方便更换的情况，应优先按照《配电网规划设计技术导则》选择合适的导线，更换掉线径较小的导线，减少电压损耗；二是对于不方便更换导线的情况，需要加装无功补偿设备，降低无功损耗、提高功率因数、减少电压损耗。

对于供电线路距离较长的问题，主要从三个方面考虑解决方法：一是在供电线路中选择无功补偿设备，提高功率因数，减少线路电压损耗；二是在线路中配置线路调压器，提高线路输送容量，增大线路末端电压；三是在配电变压器首端加装宽幅调压变压器，增加配变档位选择，使配变低压侧电压保持稳定。

2）自动调压器

供电线路调压控制器由三个主要部分组成：分接开关、智能部分和自耦变压器。自耦变压器通常有几个有源分接头。电压调节器自动调节电网中的相关线路，确保下级电压质量，并将台区的电压偏差控制在安全范围内。然而，这种调节形式存在一定的限制：当线路功率越高时，电压调节器的实际调节能力就越弱。较长的输电线路通常不选择组装自动调压器。使用调压器必须考虑网络的阻抗、负载的大小等，同时需对调压器的可行性做出科学的判断。

3）增设台区

在原有配电网区域增加新台区，可以大大减少原有区域的供电面积，并且可以控制这些区域内低压线路的运行性能。含有载调压变压器（under load tap changer, ULTC）的简单电力系统如图1所示，在保持其他变量不变的情况下，减少输电线路阻抗ZL，会降低其与负载阻抗ZD的相对比率，并增加受端电压VR。

因此，选择增加台区可以改变电力系统的供电结构，从根源上提高电力系统高负荷端的电压值，改善各区电压不稳定的状况。但是，在现阶段的电网基建中，增设台区必须要通过设计、审核、验收、预算等几个环节，前期工作准备时间长，预计投资金额过大，考虑到一个地区的土地、线路等实际问题，实施难度较大。实际中应该全面考虑本地区真实状况，合理进行台区建设。

图1  含ULTC的简单电力系统

4）提升无功补偿能力

根据不同的补偿原则，一般使用静止无功发生器（static var generator, SVG）和ULTC对配电网无功功率进行调整，以满足电力系统的无功平衡，同时保证系统电压质量。对于那些补偿调节效果并不明显的区间，可以借助SVG和ULTC等先进技术处理低电压问题。SVG装置原理如图2所示。

图2  SVG装置原理

ULTC是一种相对有效的无功功率控制方式，其原理是通过调节ULTC的连接器来调节电路电压比，从而完成一定范围内的电压调节。然而，ULTC本身不分配无功功率，所以无功功率调节是通过在电网中重新分配无功功率来实现的。当电网的无功功率达到一定值时，就会进行电压调节，如果无功功率不足，这种调节方法就会导致该地区的电压损耗增加，造成更严重的电压不平衡。

5）加强三相不平衡管控

对于三相负荷不平衡引起的低电压偏差问题，可从两方面进行治理：一是技术上的改善，例如在负荷端三相不平衡的线路中添加自耦变压器，调节各相电压，使各端输出电压基本相同；二是管理上的改善，例如通过标准的规范制定管理措施，并严格执行，从而达到治理的目的。

对于三相平衡负荷线路，见如下：

式（1）~式（6）

参考压降公式，功率因数选取0.9，计算配电网80%负载率，确定转换后用户端的电压压降情况，根据设计规格检查不同线路线径的单位电阻、电抗和线路单位功率的电压降百分比。计算结果可用于评估转型后方案的可行性和合理性。

常用架空导线参数见表1。

表1  常用架空导线参数

6）合理设置变压器分接头

健全配电网运行维护机制，建立台区配电变压器档位调节档案。在电压峰谷差较大的台区，配电变压器组应依照负荷变化进行调节，以避免因负荷变化造成的电压过度波动。根据季节性用电情况，正确、灵活地调整配电变压器组，使配电变压器的输出电压符合电能质量规范的要求。

7）低压直流供电系统

新一代低压直流供用电系统可以作为台区配电网优化低电压问题的重要组成部分，与传统电力传输不同，它由四部分组成，分别是可再生能源、储能装置、直流供电装置、直流负荷。其运行方式有两种，一是全直流生态模式，即发、储、用一体化的全直流生态供用电系统；二是交流电源转换的直流共母线低压直流供用电系统，主要应用于可再生能源有限而直流负荷需求更大的场景。

对于台区低电压区域可用第一种模式，在低压用户屋顶放置新能源发电设备，储能设备根据用户需要进行供电，降低电力消费，多余电能进行并网发电，有利于配电网的削峰填谷，充分体现了对资源的合理运用，也发挥了用户多余电能的价值、解决了低电压问题。

2.2  管理措施

1）建立全方位低电压监测网络

低压透明化建设作为台区重要工作的一部分，在保障配电网安全供电和可靠运行方面发挥了重要作用，低压运维辅助系统可提前预测低压区域，使电力公司有充足时间应对，进行主动抢修，将风险降到最低。

低压透明化建设通过互联网技术实时监测配电站的运行情况，收集配电站无功补偿设备的开关状态、配电站的负荷状况、三相负荷不平衡等数据，可快速检测出潜在的低电压问题，并为预防和处理低电压问题打下基础；同时方便电力公司专业人员实时观察低压区域设备运行情况，比传统的专业人员一一检查更加高效、准确、及时。例如，石家庄供电公司构建的“用户低电压监测与分析”场景上线，实时准确监测到低电压情况产生的原因，对低电压用户采取相应措施，有效解决了低电压问题。

2）提高低电压用户服务质量

建立居民联系本制度，由供电人员联系并走访每家每户，不仅能快速精确地了解居民供电问题并及时处理，而且能大大减少低电压用户投诉。应重点关注对低电压用户投诉和维修工作的管理，同时改进和完善用户投诉处理流程，方便用户操作，实时跟进用户投诉后续情况，直到问题解决。

3）加强供电电压质量管理意识

提前对新用户的电压质量进行监测，预防未来低电压状况的发生。在施工时期全面审查并考虑可能会发生的低电压情况，从被动投诉转为主动警告。运用负载实测、电压监测和用户反映的方法来观察和监测低电压状况，进行详细分析并加强管理，实现对低电压情况的实时准确监控。

4）加强季节性用电负荷阶段电压监测管理力度

低电压问题经常发生在用电负荷集中阶段，规律比较明显，电力公司应不断加强对此阶段配电网电压的预测，并提前调整配电网应对即将到来的高峰需求。例如，在夏季和冬季，配电公司可以部署专人加强对配电网的电压检查。对于低电压问题发生比较频繁的区域，电力公司应安排专业技术人员对用户设备或线路进行调查和主动整改，从而保证该地区的供电质量。

3  结论

针对农村台区配电网低电压问题，本文从技术升级和管理运维两方面进行分析，不仅要不断优化低电压综合管理运维制度，而且需投入大量人力和财力进行低电压技术方面的升级改造，并实时跟踪分析台区低电压状况，才能从根本上改善低电压治理效果。

有关部门在农村台区电网建设方面的疏漏是低电压问题发生的关键性原因，所以有关部门应着重关注农村台区电网建设的问题，应从根本上进行处理，增加人力和财政支持。在建设过程中，必须严格遵守相关原则，确保电网供电质量。

本工作成果发表在2023年第6期《电气技术》，论文标题为“农村配电网低电压治理研究进展”，作者为夏得青、向星宇 等。本课题得到国家重点研发计划项目的支持。