農(nóng)村電網(wǎng)10kV線路導(dǎo)線截面和供電半徑選擇

張全 豈曉梅

文章在滿足10KV線路末端電壓合格的條件下計算了幾種常用導(dǎo)線的最大供電半徑和單位負(fù)荷年費用，為農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃提供參考依據(jù)。

為了確定農(nóng)村地區(qū)10kV線路截面以及供電半徑，本次研究針對常用的10kV線路型號，以末端電壓滿足導(dǎo)則要求為條件，進行不同型號線路最大供電半徑的計算，在此基礎(chǔ)上進行經(jīng)濟性分析，為10kV線路截面選擇提供依據(jù)。

分析思路

最大供電半徑分析思路：根據(jù)10kV線路首端電壓和末端電壓，通過理論潮流計算得到滿足末端電壓情況下，各種中壓線路截面下的最大供電半徑。

經(jīng)濟性分析思路：考慮10kV線路及其裝接配變投資及運行費用，計算得出各線路截面下的單位負(fù)荷年費用，然后比較不同方案的投資大小。

基本假設(shè)

為了使研究更具有意義，在進行分析之前需要確定一些邊界條件。

10kV線路全部采用架空線供電，中壓架空線型號選擇LGJ-150、LGJ-185、LGJ-240，線路的負(fù)載率取50%。10kV配變選擇容量為315kVA。變電站10kV母線出口電壓取10.5kV，末端電壓取10kV，功率因數(shù)統(tǒng)一取為0.95。

供電方案

在進行10kV電網(wǎng)方案的分析比較時，架空線路按多分段手拉手接線模式考慮，具體供電方案如圖3-1所示，供電區(qū)域由1根10kV架空線、兩個10kV電源和相應(yīng)的開關(guān)設(shè)備等所構(gòu)成，每段所帶負(fù)荷相同，并且正常時每段線路負(fù)載率控制在50%以下。

四、最大供電半徑分析原理

線路負(fù)荷計算。根據(jù)線路型號及其負(fù)載率，可以計算線路所帶負(fù)荷，公式如下：

（4-1）

其中，U：變電站中壓出線電壓（kV）

：變電站出線長期允許最大載流量（A）

：功率因數(shù)

：線路負(fù)載率（%）

最大供電半徑計算。根據(jù)10kV線路潮流計算公式，已知線路首端電壓、末端電壓及線路負(fù)荷，可以得到線路最大供電半徑R計算公式：

（4-2）

其中，U1：首端電壓（kV）

：末端電壓（kV）

：有功功率（kW）

：無功功率（kvar）

：線路單位電阻（%R）

：線路單位電抗（%R）

在上述計算中可以通過先得到線路負(fù)荷，接下來就可以利用求得的計算結(jié)果及末端電壓不低于10kV的臨界條件，從而求得不同導(dǎo)線截面下的最大供電半徑。

經(jīng)濟性分析原理

（一）基本方法

配電方案經(jīng)濟性計算的基本方法是在供電半徑已知的情況下，確定不同導(dǎo)線截面下不同供電半徑的單位負(fù)荷年費用，由此判定其經(jīng)濟性。

在具體進行計算時，需對確定最大供電半徑的不同截面線路進行投資費用計算，計算時同時考慮線路損耗和配變損耗等運行費用，然后按“現(xiàn)值轉(zhuǎn)年值”法，轉(zhuǎn)化為年費用值，然后除以相應(yīng)線路負(fù)荷就可以得到單位負(fù)荷年費用值。

（二）優(yōu)化經(jīng)濟計算模型的建立

網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資費用。10kV線路建設(shè)投資費用：對于10kV手拉手接線架空線路，其主干線長度取最大供電半徑R，其總投資為：

（5-1）

式中為10kV線路投資中與導(dǎo)線截面無關(guān)的每公里投資，為10kV線路投資中與導(dǎo)線截面有關(guān)的每公里投資。

10kV配變網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資費用：為了簡化計算，根據(jù)區(qū)域負(fù)荷及所選取的配變?nèi)萘浚膳渥儐蝺r可以計算配變總投資。

網(wǎng)絡(luò)年運行費用。10kV線路年網(wǎng)損費用：設(shè)單位電能損耗折價系數(shù)為，線路年損耗小時數(shù)為，則線路的年網(wǎng)損費用為：

（5-2）

令變電站出線網(wǎng)損折算系數(shù)，則線路lij的年網(wǎng)損費用可以表示為：

（5-3）

（5-4）

式中為變電站10kV線路的電壓，Cos為功率因數(shù)。

10kV配變年網(wǎng)損費用：配變年運行損耗由鐵損與銅損兩部分組成，鐵損為不變損耗，即為的空載損耗，銅損與運行電流和繞組的直流電阻有關(guān)，可以通過計算得到。

設(shè)單位電能損耗折價系數(shù)為，線路年損耗小時數(shù)為，全年運行小時數(shù)為，則年網(wǎng)損費用為：

（5-5）

經(jīng)濟性原則。基于貨幣的經(jīng)濟價值是隨時間而改變的，各種費用的支付時間不同，發(fā)揮的效益也不同。因此在經(jīng)濟性分析中，一切費用（包括投資和運行費用）都應(yīng)考慮時間因素，即按照貼現(xiàn)的方法，將不同時期發(fā)生的費用折算為現(xiàn)值。考慮到不同供電設(shè)施的經(jīng)濟使用年限不同，可采用等年值法，將費用現(xiàn)值折算為使用年限內(nèi)的年費用。

最小年費用模型。優(yōu)化問題可以描述為：在供電半徑已知的情況下，以10kV線路近似最小的投資和年運行費用為目標(biāo)函數(shù)，確定最優(yōu)的方案。因此，該優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)表達式為：

（5-6）

其中，

（5-7）

（5-8）

：為貼現(xiàn)率；

：為10kV線路的折舊年限。

：為配變的折舊年限。

為使方案具有可比性，采用最小單位負(fù)荷年費用法進行配電方案的經(jīng)濟性比較，即：

計算結(jié)果

原始數(shù)據(jù)。方案比較中涉及的線路、配變的造價選取情況如表1所示。此外，電價取0.52元/kWh；10kV線路折舊年限取30年，10kV配變折舊年限取20年，貼現(xiàn)率r0取10%。

根據(jù)上述技術(shù)、經(jīng)濟分析原理，針對不同型號10kV線路進行最大供電半徑計算，同時進行了經(jīng)濟分析，結(jié)果如表2所示，整體變化趨勢如圖1所示。

供電半徑分析。隨著導(dǎo)線截面的增大，供電半徑逐漸減小，由此可知，供電半徑與導(dǎo)線截面大致成反比關(guān)系。

線損率分析。隨著導(dǎo)線截面的增大，線損率逐漸減小，由此可知，線損率與導(dǎo)線截面成反比關(guān)系。

單位負(fù)荷年費用分析。隨著導(dǎo)線截面的增大，單位負(fù)荷年費用逐漸減少，由此可知，單位負(fù)荷年費用與導(dǎo)線截面成反比關(guān)系。

通過綜合比較可以得出如下結(jié)論：當(dāng)負(fù)荷密度較大時，導(dǎo)線型號宜選擇為LGJ-240，此時在滿足末端電壓為10kV時的最大供電半徑選擇在5km左右；當(dāng)負(fù)荷密度較小時，導(dǎo)線型號宜選擇為LGJ-150和LGJ-185，此時在滿足末端電壓為10kV時的最大供電半徑選擇在7km左右。