四川丘陵农村配网低电压问题优化探析

四川丘陵农村配网低电压问题优化探析
发布时间：2022-03-24T05:39:10.586Z 来源：《科学与技术》2021年9月25期作者：余洋1 李澎2
[导读] 农村电网低电压一直以来是电力公司着力解决的重要课题
余洋1 李澎2
1四川信电联电子科技有限公司四川成都 610041
2四川力信恒源科技有限公司四川遂宁 629001
摘要：农村电网低电压一直以来是电力公司着力解决的重要课题，本文结合四川地区低电压形成特点，研发出交流低电压自动调整装置，旨在解决低电压问题。

另希望给同行提供参考意义。

关键词：农村地区、低电压、自动调整装置
0引言
随着我国社会经济发展，农村居民生活质量水平不断提高，大功率家用电器、小型农产品加工机器不断进入家庭，改变了农村居民用电以照明为主的历史格局，用电高峰时段电网电压较低，导致用电设备不能正常工作的问题逐步突显，如果通过电网改造来解决，不但投入资金较大，而且工程管理及施工过程十分漫长，无法满足低电压用户的迫切需求。

亟待制定一个投资小、安装简捷、运行经济、可靠性高、使用维护简单的过渡方案来予以解决。

因此，本文专门针对农村电网低电压问题，提出一种相对合理的过渡解决方案。

1四川丘陵农村电网特点及低电压形成原因
1.1丘陵农村电网供电特点
四川丘陵地区偏多，农村住房沿陵而建往往导致供电半径大，加上配电台区布点不合理，三相四线制线路占比偏低，沿线电压损失较多，导致末端电压偏低。

1.2丘陵农网电网低电压形成的原因分析
通过调研分析，原因主要如下：
一是配电变压器容量不足。

配变容量不满足最大负荷需求，导致台区电压偏低。

导线截面积小。

低压线路沿途电压降大，用户受端电压偏低；二是三相电压值偏差大。

台区三相负荷分配不平衡，导致重负荷相的电压较低。

三是台区功率因数低。

感性负载较多，负载合成电流大，使配电线路电压损失增大，导致用户端电压偏低。

2农村低电压问题解决的基本原则
目前，除通过电网改造来彻底解决农村电网低电压问题而外，还有加装类似交流稳压电源装置的措施，然而，基本上都是以提高电压为唯一目的，不但以大量增加电能损耗为代价，而且也不顾及农村电工的运维水平和故障处理能力，使供电的可靠性及优质服务形象更打折扣。

因此，解决农村电网低电压问题的措施，不能单一的以提高电压水平为目的，也必须遵循经济运行和可靠运行的基本原则：（1）满足用电设备及设施正常运行对电压范围的要求；
（2）电网电压在合格范围时，能实现装置的自动退出，恢复电网供电模式，避免电能损耗；
（3）过渡装置投资少、安装方便、施工成本低；
（4）过渡装置为常用元器件构成，工作原理及接线简单，适合普通农村电工运行维护和故障处理。

3解决农村低电压问题的具体方案
3.1 交流低电压自动调整装置的结构及原理
交流低电压自动调整装置的构成。

交流低电压自动调整装置主要由1个调压变压器、一个补偿变压器、4个交流接触器和3个电压继电器构成，其电气接线及原理如图1。

图1：交流低电压自动调整装置的结构及原理
交流低电压自动调整装置的工作原理。

当电网电压U1≥220V时，交流接触器CJ常闭主触头R1—R2处于闭合状态，用电设备由电网直接供电，装置(输出电压)U2=U1（输入电压）。

当电网电压U1＜220V时，电压继电器YJ1接点2—3闭合，使交流接触器CJ和CJ1线圈通电工作，CJ1-2及CJ11-2主触头闭合，CJR1-R2主触头断开，调压变压器B1、补偿变压器B2投入工作，使输入电压U1与补偿变压器二次绕组电压形成同相迭加，即U2=U1+Uab；当电网电压升高至U1≥220V时，电压继电器YJ12—3常开接点返回，交流接触器CJ线圈失电，CJ1-2常开主触头断开，自动停止调压变压器B1和补偿变压器B2工作，CJR1-R2常闭主触头闭合，用电设备恢复由电网供电模式。

3.2交流低电压自动调整装置的电压范围设计
根据实际调查，农村低电压现状以150～190V居多，为结合实际情况，并根据农村电压的合格率范围规定，按照三档调压方式对输出电压范围设计如下：
3.2.1第一档电压范围
设电网电压U1=190～208V ,电压继电器YJ1欠压整定值208V，返回系数K=1.05，调整的目标电压范围：220V±10%。

补偿电压值最小值：Uab=198-190=8V；最大值：Uab=242-（208×1.05）=23.6V。

因此，将补偿电压Uab确定为20V。

对输出电压U2校核，最小电压：U2=190+20=210V，最大电压：U2=（208×1.05）+（208×1.05）×20/190=241.4V。

则:第一档输出电压U2的范围为210—241.4V“208×1.05”为电压继电器YJ1的返回电压值，下同。

3.2.2第二档电压范围
设电网电压U1=170～190V ,电压继电器YJ2欠压整定值180V，返回系数K=1.05，调整的目标电压范围：220V±10%。

补偿电压Uab最小值：Uab=198-170=28V，最大值：Uab=242-（180×1.05）=53V因此，将补偿电压Uab确定为40V。

对输出电压U2校核，最小电压：U2=170+40=210V,最大电压：U2=（180×1.05）+（180×1.05）×40/170≈233V。

则第二档输出电压U2的范围为（210—233)V。

3.2.3第三档电压范围
设电网电压U1=140～170V ,电压继电器YJ3欠压整定值160V，返回系数K=1.05。

调整的目标电压范围：220V±10%。

补偿电压Uab最小值：Uab=198-140=58V，最大值：Uab=242-（160×1.05）≈74V因此，将补偿电压Uab确定为60V。

对输出电压U2校核，最小电压：U2=140+60=200V，最大电压：U2=（160×1.05）+（160×1.05）×60/140=240V。

则则第三档输出电压U2的范围为（200—240）V。

3.3 调压器变压器及补偿变压器功率设计
以负载容量20kW，电网输入电压范围U1=140～219V为例。

已知负载功率=20KW，则负载电流 If=20/0.22/√3≈91A。

根据工作原理，电网输入电压等于电压继电器YJ1的返回点电压（160×1.05=169.6V）时，补偿变压器二次电压为最大值为160×1.05×60/140=72V。

忽略损耗不计，调压器的最大功率=补偿变压器的最大功率72×91=6552V A。

但由于电网输入电压在140V时，调压器的输出功率相对于220V减少约一半，因此调压变压器和补偿变压器的计算功率为：
PB1=6552V A×0.5=6552V A×0.5=3276V A。

根据以上计算功率则可以确定调压变压器和补偿变压器的铁芯截面、线圈的每伏匝数和总匝数，以及线圈的线径规格，并完成调压变压器及补偿变压器的制作。

3.4 交流低电压自动调整装置的控制元件选型
YJ1、YJ2、YJ3为欠压型电压继电器，可选用RWY-D2、JWY-50等系列静态无源电压继电器。

CJ1、CJ2、CJ3为通用型交流接触器，选用额定工作电压220V、额定电流16—25A的交流接触器，可采用主触头并联接线，以增大触头容量裕度。

CJ为主触头2常开2常闭的交流接触器，可选用CJX2-5008型，为了增大触头容量，常开和常闭分别并联接线使用。

3.5 交流低电压自动调整装置的安装方式
交流低电压调整装置采用杆上配电设备安装方式。

当确定低电压分支线路后，利用角钢支架将交流低电压调整装置固定于分支电杆上，解开架空低压线路的分段引流导线，将装置的接线柱输入端接电源侧，输出端接用户侧即可（参见图2：交流低电压自动调压装置安装示意图）。

图2 交流低电压自动调整装置安装示意图
4.结论
农村低电压问题过渡解决方案中，以同向电压迭加为基本原理，采用自耦调压器、补偿线圈为主设备和交流接触器、电压继电器为控制元件设计的交流低电压自动个调整装置，电气接线简单、电气元件传统耐用，不但能够切实提高电压水平，缓解农村电压用户的迫切诉求，而且投资少、安装方便快捷、运行经济可靠，是农村电网完善改造前解决农村低电压问题比较理想的过渡方案。

参考文献
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