中壓配電網(wǎng)理論壓降估算特性曲線分析與研究

(國網(wǎng)黃石供電公司，湖北　黃石　435002)

1　引言

目前，農(nóng)村配電網(wǎng)仍存在著電壓質(zhì)量差，線路經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平不高等突出問題。這些問題需通過理論電壓偏移計(jì)算進(jìn)行分析，并提出規(guī)劃改造方案。中壓配電網(wǎng)規(guī)劃評審會議過程中，評審人員需對評審線路快速估算是否存在低電壓，改造方案是否滿足電壓偏移的判斷。

電壓偏移是評價配電網(wǎng)電壓質(zhì)量的重要手段，是評估和規(guī)劃配電網(wǎng)重要指標(biāo)之一，它是電壓偏移量與額定電壓之比[1]。電網(wǎng)規(guī)劃中，一般不予考慮架空饋線輕載情況的電壓損耗率，僅分析最大負(fù)荷下，配電網(wǎng)饋線電壓偏移超過允許偏差情況[2]。文獻(xiàn)[3]運(yùn)用Gauss-Raphson方法給出了混合饋線的電壓損耗快速估算方法,對電纜化率較高的城區(qū)規(guī)劃，母線電壓快速調(diào)整提供工具。文獻(xiàn)[4]提出了不同典型負(fù)荷分布情況下，運(yùn)用損失系數(shù)法獲得饋線主干線電壓損耗的估算公式及其電壓損失系數(shù)表，并實(shí)現(xiàn)對饋線低電壓問題的快速判斷。文獻(xiàn)[5]在損失系數(shù)法基礎(chǔ)上，提出改進(jìn)的損失系數(shù)法，估算值更加接近于實(shí)際值，但計(jì)算起來較為繁瑣。

隨著新一輪農(nóng)網(wǎng)改造升級工作的開展，為提升農(nóng)村中壓配電網(wǎng)供電電壓質(zhì)量水平，本文從配電網(wǎng)規(guī)劃的實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，根據(jù)配電線路的運(yùn)行特性、理論電壓降落、電壓偏移公式，運(yùn)用MATLAB/Simulink軟件研究出配電網(wǎng)理論壓降特性曲線，再結(jié)合特性曲線獲得導(dǎo)線滿足電壓降落的負(fù)荷區(qū)間，可方便快速判別電壓偏移情況。

2　數(shù)學(xué)模型

為簡化計(jì)算，暫不考慮接地支路的阻抗對壓降的影響，則線路的單相等值電路如圖1所示[1]。

(1)

圖1　線路簡化等值電路圖

其相量圖如圖2所示。

由于實(shí)際運(yùn)行過程中，對中壓配電網(wǎng)線路來說，變電站饋線設(shè)置有功功率和無功功率監(jiān)測值，因此，整條線路最大負(fù)荷和首段電壓為已知。本文數(shù)學(xué)模型采用負(fù)荷集中于末端情況考慮。

圖2　電壓降落相量圖

(2)

那么，

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

在實(shí)際運(yùn)行中，通常是利用電壓損耗和電壓偏移來判別中壓配電網(wǎng)電壓質(zhì)量是否合格。10 kV及以下三相供電電壓偏差為額定電壓的±7%[6]。因此，電壓損耗值和電壓偏移值為：

(9)

首端電壓偏移：

(10)

末端電壓偏移：

(11)

3 　特性曲線

根據(jù)數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)公式，利用MATLAB/Simulink軟件進(jìn)行電壓偏移、線路負(fù)荷和導(dǎo)線長度關(guān)系的理論壓降特性曲線繪制。在進(jìn)行圖形繪制過程中，結(jié)合導(dǎo)線的安全電流、供電區(qū)域最大供電半徑，并根據(jù)導(dǎo)線型號不同分別進(jìn)行繪制。不同導(dǎo)線型號的單位長度阻抗值如表1所示。

表1　單位阻抗參數(shù)表

程序中導(dǎo)線長度按照0.5 km、負(fù)荷電流按照10 A為步長，功率因數(shù)取為0.95,電壓取為10 kV。

對于240導(dǎo)線繪制結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3　LGJ-240理論壓降特性曲線

圖4　JKLYJ-240理論壓降特性曲線

各導(dǎo)線型號在平面上的關(guān)系如圖5所示。圖中，所有導(dǎo)線型號標(biāo)注線下部為電壓偏移低于7%區(qū)域，即電壓合格區(qū)域，上半部為不滿足電壓質(zhì)量要求的。

圖5　各類導(dǎo)線理論壓降特性曲線

由圖5分析可知：

(1)從圖中分析可知導(dǎo)線在7km內(nèi)曲線陡度較大，7km以后曲線趨于平緩，表明電壓降在7km內(nèi)受負(fù)荷影響大。導(dǎo)線截面越大，電壓降受負(fù)荷影響越大。

(2)根據(jù)配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則，C類區(qū)域供電半徑不超過5 km分析，采用240mm2絕緣導(dǎo)線最大負(fù)荷為330A；而D類供電區(qū)域按照供電半徑不超過15 km考慮，采用240mm2絕緣導(dǎo)線最大負(fù)荷為110A，采用50mm2裸導(dǎo)線最大負(fù)荷約為30A，超過此數(shù)值末端電壓質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。其他類型的最大負(fù)荷詳見表2所示。

(3)本文結(jié)合導(dǎo)線安全電流進(jìn)行分析，對負(fù)荷集中于線路末端的最嚴(yán)重電壓偏移情況，從表2中可知，按照末端集中負(fù)荷計(jì)算，5km時導(dǎo)線負(fù)載率均在60%左右，以保證實(shí)際應(yīng)用中能滿足負(fù)荷增長的需求，雖然運(yùn)用末端集中負(fù)荷進(jìn)行電壓偏移計(jì)算，結(jié)果不是很精確，但符合電網(wǎng)規(guī)劃的實(shí)際需要。而15km線路，一般為農(nóng)村用戶較為分散的供電線路，負(fù)載率在20%左右，為從電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性考慮，可按照損失系數(shù)法[4]再進(jìn)一步進(jìn)行負(fù)荷折算，以提高線路的負(fù)載率。

通過特性曲線，可以在導(dǎo)線型號未知的情況下，首先通過負(fù)荷和線路長度進(jìn)行電壓質(zhì)量是否合格的判別，具體判別流程如圖6所示。

表2　各類導(dǎo)線按照負(fù)荷集中末端時滿足偏移率的最大負(fù)荷

根據(jù)《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》關(guān)于中壓線路導(dǎo)線截面選擇規(guī)定，設(shè)置截面為50～240mm2導(dǎo)線在滿足電壓偏移條件下的負(fù)荷區(qū)間，可進(jìn)行電壓偏移的快速判別，提高規(guī)劃設(shè)計(jì)和評審效率。

4　實(shí)例分析與研究

某縣域農(nóng)網(wǎng)供電線路現(xiàn)狀數(shù)據(jù)如表3所示。

結(jié)合特性曲線和邏輯判別圖，可快速判別出線路1、3末端電壓不合格，線路2、6末端電壓合格，其他2條線路根據(jù)特性曲線可快速查詢出線路4、5線路損耗分別22.7%、3.5%。

實(shí)際案例計(jì)算，線路4位于D類供區(qū)，主干線212基桿塔，主干線長度12.2km，配變臺數(shù)30臺，配變?nèi)萘?015kVA，2015年最大負(fù)荷188A，導(dǎo)線采用70mm2l裸導(dǎo)線，3臺柱上開關(guān)，按照線路分段計(jì)算，1#-80#桿為第一段，配變?nèi)萘?30kVA，線路長度6km，81#-140#桿為第二段，配變?nèi)萘?055kVA，線路長度2.6km，141#-212#桿為第三段，配變?nèi)萘?130kVA，線路長度3.6km，負(fù)荷為逐步增加分布。結(jié)合現(xiàn)狀建立電壓偏移計(jì)算模型如圖7所示。

圖6　電壓質(zhì)量快速判別流程

線路名稱供區(qū)類別導(dǎo)線型號線路長度(km)線路長度判別最大負(fù)荷(A)負(fù)荷判別判別結(jié)果線路1DLGJ-70175L>15227I>110末端電壓不合格線路2DLGJ-15088554431I>330末端電壓不合格線路4DLGJ-701225110查詢特性曲線線路5CJKLYJ-24022L<541864I>330查詢特性曲線線路6DLGJ-15025L<526531I<330末端電壓合格

圖7　線路4電壓偏移計(jì)算模型

5　結(jié)束語

(1)本文依據(jù)電力系統(tǒng)基本原理，利用MATLAB/Simulink軟件獲得理論壓降特性曲線，推導(dǎo)滿足導(dǎo)線滿足電壓偏移要求的負(fù)荷區(qū)間，可以快速初判電壓質(zhì)量是否合格，對于區(qū)間內(nèi)數(shù)據(jù)，再根據(jù)導(dǎo)線型號查詢特性曲線，查詢出電壓偏移值大小，對配電網(wǎng)規(guī)劃與評審提供電壓降快速判別工具。

(2)本文模型考慮線路運(yùn)行的最嚴(yán)重情況，主要對負(fù)荷集中于末端情況進(jìn)行估算，未進(jìn)行迭代計(jì)算，若需更精確數(shù)據(jù)，可進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)據(jù)的迭代計(jì)算。

(3)本文對線路進(jìn)行低電壓分析判別時，還充分考慮線路負(fù)載率情況，因此，更有利于配電網(wǎng)負(fù)荷發(fā)展需要。

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