0引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,我國用電負(fù)荷也在激增。用電負(fù)荷過大時(shí),極易導(dǎo)致電能質(zhì)量的下降,其中最明顯的電能質(zhì)量問題便是低電壓問題^[1]。10kV 配電線路的末端極其容易出現(xiàn)低電壓問題,造成配電線路末端低電壓的因素有很多。例如上述用電負(fù)荷激增問題導(dǎo)致10 kV配網(wǎng)線路末端出現(xiàn)低電壓;或者由于10 kV配電線路過長,造成電能傳輸過程中在配電線路上的熱損耗過大,導(dǎo)致10 kV配電線路末端出現(xiàn)低電壓;另外,發(fā)電廠或變電站能源供應(yīng)不足時(shí),也會造成10kV配電線路末端出現(xiàn)低電壓^[2—3]。10kV配電線路一旦出現(xiàn)低電壓問題,將嚴(yán)重影響低電壓區(qū)域內(nèi)電力用戶的正常用電,影響供電的穩(wěn)定性和可靠性,甚至造成用戶的電氣設(shè)備損壞,導(dǎo)致不必要的索賠問題。目前,電網(wǎng)解決10 kV配電線路末端低電壓問題的主要措施是通過調(diào)節(jié)變電站主變壓器的檔位以提高10 kV配電線路的整體電壓水平^[4],但這種方法會直接導(dǎo)致10 kV配電線路出線首端的電壓水平偏高,存在極大的供電安全隱患。

為解決10 kV配電線路末端低電壓問題,研制了一種移動(dòng)式10 kV配電線路低電壓補(bǔ)償裝置。該裝置能采集10 kV配電線路的三相電壓數(shù)據(jù),并將所采集的實(shí)際電壓數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)的10 kV電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,計(jì)算出所需補(bǔ)償?shù)碾妷翰ㄐ?最終依據(jù)計(jì)算結(jié)果利用發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電,使所發(fā)電壓與10 kV配電線路的實(shí)際電壓進(jìn)行擬合,從而使10 kV配電線路末端的電壓水平趨近于標(biāo)準(zhǔn)電壓,改善10 kv配電線路末端的低電壓問題。

1移動(dòng)式10 kV配電線路低電壓補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)

如圖1所示,移動(dòng)式10 kV配電線路低電壓補(bǔ)償裝置由檢測單元和發(fā)電單元組成。檢測單元包含啟動(dòng)按鈕、液晶顯示屏、電壓檢測按鈕、檢測用降壓變壓器模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、微機(jī)模塊和可充電電源。發(fā)電單元包括發(fā)電機(jī)啟動(dòng)按鈕、關(guān)機(jī)按鈕、電壓進(jìn)線端口、電壓出線端口、柴油發(fā)電機(jī)和補(bǔ)償用降壓變壓器模塊。其中,啟動(dòng)按鈕、液晶顯示屏、電壓檢測按鈕、發(fā)電機(jī)啟動(dòng)按鈕、關(guān)機(jī)按鈕、電壓進(jìn)線端口和電壓出線端口安裝于裝置表面,檢測用降壓變壓器模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、微機(jī)模塊、柴油發(fā)電機(jī)、補(bǔ)償用降壓變壓器模塊和可充電電源安裝于裝置內(nèi)部。

啟動(dòng)按鈕用于啟動(dòng)整個(gè)裝置。液晶顯示屏用于顯示10 kV配電線路的實(shí)際電壓數(shù)據(jù)、發(fā)電機(jī)所發(fā)電能的電壓數(shù)據(jù)(即補(bǔ)償電壓數(shù)據(jù))和補(bǔ)償后的10 kV配電線路電壓數(shù)據(jù)。電壓檢測按鈕用于開啟裝置對10 kV配電線路電壓進(jìn)行檢測。發(fā)電機(jī)啟動(dòng)按鈕用于啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。關(guān)機(jī)按鈕用于關(guān)閉整個(gè)裝置,當(dāng)電壓補(bǔ)償發(fā)生特殊情況時(shí),可通過該鍵立即停止檢測單元和發(fā)電單元的運(yùn)行。電壓進(jìn)線端口和電壓出線端口用于連接10 kV配電線路,將裝置所發(fā)電能輸送到10 kV配電線路上進(jìn)行擬合。檢測用降壓變壓器模塊連接于電壓出線端口處,用于將采集的10 kV配電線路電壓數(shù)據(jù)降壓成標(biāo)準(zhǔn)的5 V電壓,以供檢測單元進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊是將采集到的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號。微機(jī)模塊是整個(gè)裝置的控制中心,用于處理采集的電壓數(shù)據(jù),并輸出所需補(bǔ)償?shù)碾妷簲?shù)據(jù)。柴油發(fā)電機(jī)用于發(fā)電,所發(fā)電能的電壓等級為標(biāo)準(zhǔn)的10 kV電壓,其柴油加油口位于裝置表面。補(bǔ)償用降壓變壓器模塊是根據(jù)微機(jī)模塊輸出的補(bǔ)償電壓數(shù)據(jù)來調(diào)整其自身檔位,以保證補(bǔ)償后10 kV配電線路的電壓水平達(dá)到10 kV?？沙潆婋娫粗饕獮闄z測單元充當(dāng)電源,并且其可在柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)進(jìn)行充電,以保證檢測單元的正常工作。

移動(dòng)式10 kV配電線路低電壓補(bǔ)償裝置的電壓進(jìn)線端口和電壓出線端口在與10 kV配電線路進(jìn)行串聯(lián)時(shí)采用六根電纜線路進(jìn)行連接。在裝置與線路的連接和斷開這兩個(gè)過程中均需提前斷開距離連接點(diǎn)最近的10 kV分接開關(guān),避免電纜靠近10 kV配電線路時(shí)產(chǎn)生電弧,引起不必要的設(shè)備損傷和人身安全問題。

2移動(dòng)式10kV配電線路低電壓補(bǔ)償裝置硬件設(shè)計(jì)

移動(dòng)式10 kV配電線路低電壓補(bǔ)償裝置硬件原理圖如圖2所示。

10 kV配電線路沒有中性線,所以采集的10 kV 電壓數(shù)據(jù)為線電壓數(shù)據(jù)。采集電壓數(shù)據(jù)時(shí),連續(xù)采集10 ms內(nèi)的模擬電壓數(shù)據(jù),之后間隔10 ms再采集下一組模擬電壓數(shù)據(jù)。移動(dòng)式10 kV配電線路低電壓補(bǔ)償裝置在采集到10 kV電壓數(shù)據(jù)后,經(jīng)檢測用降壓變壓器模塊進(jìn)行降壓,輸出幅值為5 V的模擬電壓數(shù)據(jù)。模擬電壓數(shù)據(jù)由數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓數(shù)據(jù),并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字電壓數(shù)據(jù)輸入微機(jī)模塊進(jìn)行計(jì)算。將模擬電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓數(shù)據(jù)時(shí),從第一個(gè)模擬電壓數(shù)據(jù)開始,以1 ms為間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,最終轉(zhuǎn)換成11個(gè)數(shù)字電壓數(shù)據(jù),將這11個(gè)數(shù)字電壓數(shù)據(jù)作為一組完整數(shù)據(jù)儲存到寄存器中,以供微機(jī)模塊調(diào)用計(jì)算。微機(jī)模塊作為整個(gè)裝置的計(jì)算和控制中心,其接收電壓檢測按鈕和發(fā)電機(jī)啟動(dòng)按鈕輸入的控制信號以及數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸入的數(shù)字電壓數(shù)據(jù),經(jīng)算法處理后向液晶顯示屏、柴油發(fā)電機(jī)和補(bǔ)償用降壓變壓器模塊輸出相應(yīng)的控制信號或數(shù)據(jù)。

3移動(dòng)式10kV配電線路低電壓補(bǔ)償裝置軟件設(shè)計(jì)

定義detection為電壓檢測標(biāo)志,當(dāng)電壓檢測按鈕按下時(shí),微機(jī)模塊將detection設(shè)置為1,即為高電平; start為發(fā)電機(jī)啟動(dòng)標(biāo)志,當(dāng)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)按鈕按下時(shí),微機(jī)模塊將 start 設(shè)置 為 1 ; 只有 按 下關(guān)機(jī)按鈕 ,detection和start才會歸零變?yōu)榈碗娖?。U_AB、U_BC、U_CA分別為移動(dòng)式10 kV配電線路低電壓補(bǔ)償裝置采集到的10kV配電線路的三相線電壓的有效值,U_max為U_AB、U_BC、U_CA三個(gè)線電壓有效值中的最大值,U_補(bǔ)償為液晶顯示屏上顯示的補(bǔ)償電壓的有效值,U_補(bǔ)償0為裝置首次對10 kV配電線路進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償電壓有效值,U_補(bǔ)償1為裝置已對10 kV配電線路進(jìn)行首次補(bǔ)償后的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償下的補(bǔ)償電壓有效值,n₀為裝置首次對10 kV配電線路進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償用降壓變壓器模塊的變比,n₁為裝置已對10 kV配電線路進(jìn)行首次補(bǔ)償后的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償下的補(bǔ)償用降壓變壓器模塊的變比。

微機(jī)模塊在處理一組數(shù)字電壓數(shù)據(jù)時(shí),根據(jù)11個(gè)數(shù)字電壓數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)的趨勢擬合成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的余弦波形,并取該波形的幅值計(jì)算其有效值,以此方法分別推算出U_AB、U_BC、U_CA。由于補(bǔ)償電壓與10 kV配電線路電壓的余弦波形頻率相同、相角相同、幅值不同,所以補(bǔ)償電壓與10kV配電線路電壓進(jìn)行擬合時(shí),兩余弦函數(shù)模型的疊加可簡化為其幅值的疊加,即等同于電壓有效值的疊加?；谏鲜鲈?開發(fā)出一套10 kV配電線路低電壓動(dòng)態(tài)補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型。移動(dòng)式10 kV配電線路低電壓補(bǔ)償裝置軟件流程圖如圖3所示。

首先判斷start是否等于1,start不等于1,則表示此時(shí)裝置并未對10 kV配電線路進(jìn)行補(bǔ)償。此時(shí)判斷detection是否等于1,當(dāng)detection等于1時(shí),代表電壓檢測按鈕已按下,此時(shí)微機(jī)模塊開始對采集的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,分別計(jì)算出U_AB、U_BC、U_CA。接著將三個(gè)線電壓有效值中的最大值賦值給U_max,并計(jì)算出對應(yīng)的U_補(bǔ)償0和n₀。U_補(bǔ)償0和n₀的計(jì)算公式如下式所示:

在計(jì)算出U_補(bǔ)償0和n₀后,將U補(bǔ)償0賦值給U補(bǔ)償,并在液晶顯示屏上顯示出U_AB、U_BC、U_CA和U_補(bǔ)償的對應(yīng)數(shù)據(jù)。最后判斷start是否等于1,start等于1則表明發(fā)電機(jī)啟動(dòng)按鈕已按下,此時(shí)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電,并將補(bǔ)償用降壓變壓器模塊的變比調(diào)節(jié)成n₀。

若最初判斷的start等于1,則表示裝置已對10 kV配電線路進(jìn)行補(bǔ)償,此時(shí)對10 kV配電線路進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。首先微機(jī)模塊分別采集計(jì)算出U_AB、U_BC、U_CA,并將這三個(gè)線電壓有效值中的最大值賦值給U_max,液晶 顯示屏上更新顯示出U_AB、U_BC和U_CA的對應(yīng)數(shù)據(jù)。接著判斷U_max是否大于11 kV,U_max不大于11 kV,則表示補(bǔ)償后的10 kV配電線路電壓值在安全運(yùn)行范圍內(nèi),無須對補(bǔ)償電壓做出調(diào)整;U_max大于11 kV,則表示補(bǔ)償后的10 kV配電線路電壓值超出安全運(yùn)行范圍,需要對補(bǔ)償電壓做出調(diào)整。U_max大于11 kV時(shí),微機(jī)模塊重新計(jì)算對應(yīng)的補(bǔ)償電壓U_補(bǔ)償1和補(bǔ)償用降壓變壓器模塊的變比n₁,U_補(bǔ)償1和n₁的計(jì)算公式如下式所示:

U_補(bǔ)償1和n₁計(jì)算完成之后,運(yùn)用有載調(diào)壓技術(shù)將補(bǔ)償用降壓變壓器模塊的變比調(diào)節(jié)成n₁,以此將10 kV 配電線路的電壓有效值重新調(diào)節(jié)成10kV。最后將U_補(bǔ)償1賦值給U_補(bǔ)償,并在液晶顯示屏上更新顯示U_補(bǔ)償的數(shù)據(jù)。

4結(jié)束語

移動(dòng)式10 kV配電線路低電壓補(bǔ)償裝置通過采集10 kV配電線路三個(gè)線電壓有效值中的最大值U_max,并將U_max與標(biāo)準(zhǔn)的10 kV電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,計(jì)算出補(bǔ)償電壓有效值,最終依據(jù)計(jì)算結(jié)果利用柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電,并調(diào)節(jié)補(bǔ)償用降壓變壓器模塊的變比,使裝置輸出的電壓與10 kV配電線路的實(shí)際電壓進(jìn)行擬合,從而實(shí)現(xiàn)對10 kV配電線路電壓水平的動(dòng)態(tài)調(diào)整,使10 kV配電線路末端的電壓水平趨近于標(biāo)準(zhǔn)電壓,改善10 kV配電線路末端的低電壓問題。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王永鐸.10kV配電網(wǎng)線路的建設(shè)與改造分析[J].中國外資,2013(22):283.

[2]宋強(qiáng).基于大數(shù)據(jù)分析的配電網(wǎng)低電壓變化態(tài)勢預(yù)測研究[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2024,43(3):96-98.

[3]都興雙,李洪春,楊家輝,等.三相三柱鐵心變壓器低電壓阻抗相 間差異原 因研究 [J].變壓器 ,2024,61 (2):58-62.

[4]張海彬.10kV配電線路低電壓問題及處理措施[J].電工技術(shù),2017(8):73-74.

2024年第16期第2篇