10kV配電線路的優(yōu)化設(shè)計(jì)與節(jié)能措施分析

葛永超，魏 瑋

（廣東電網(wǎng)公司佛山禪城供電局，廣東 佛山，528000）

0 引言

目前，在我國現(xiàn)有的電力系統(tǒng)中，35kV以上電壓等級的輸變電系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)遠(yuǎn)距離的輸電，而10kV電壓等級的輸變電系統(tǒng)則是整個(gè)配電系統(tǒng)的核心部分，直接與用戶進(jìn)行連接。由于整個(gè)配電線路很長，覆蓋面很廣，電能在通過變壓器等設(shè)備進(jìn)行傳輸?shù)倪^程中，會(huì)因?yàn)楦鞣N原因而產(chǎn)生功率的消耗，最終會(huì)導(dǎo)致用戶無功補(bǔ)償產(chǎn)生很大的差異。因此，如何對10kV的配電線路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)從而達(dá)到節(jié)能的目的是電力行業(yè)所面臨的難題。

1 10kV配電線路功能損耗的原因分析

配電線路是電力輸送的最終環(huán)節(jié)，是電力系統(tǒng)的重要組成部分。配電線路因?yàn)榫€路長、覆蓋面廣、輸送設(shè)備質(zhì)量參差不齊，同時(shí)受到地理、環(huán)境等的影響，整個(gè)輸送過程中難免會(huì)發(fā)生線損。所謂配電系統(tǒng)的線損值就是在某段過程中，配電系統(tǒng)減少的有功電量。一般線損電量包括技術(shù)線損電量和管理線損電量兩個(gè)部分。

技術(shù)線損電量是指在電力輸送過程中由于輸送設(shè)備而損失的電量，主要有配電線路的變壓器、電阻、電網(wǎng)運(yùn)行電壓以及線路日負(fù)荷不均而引起的損耗。由于整個(gè)配電線路中所用到的變壓器臺(tái)數(shù)多、容量大、運(yùn)行時(shí)間長，因而配電線路中由于變壓器而造成的線損幾乎達(dá)到總輸送電量的十分之一，所以降低變壓器的功能損耗具有很重要的意義。根據(jù)有關(guān)資料顯示，當(dāng)變壓器的空載損耗與負(fù)載損耗差不多相等時(shí)，變壓器的損耗將降到最低，整個(gè)輸電線路的運(yùn)行效率也將達(dá)到最大。電阻損耗值是電流流過線路的導(dǎo)線以及其他的電氣設(shè)備，由于導(dǎo)體電阻而產(chǎn)生的損耗。根據(jù)電阻的公式，因?yàn)殡娮杪蕿槎ㄖ担虼丝赏ㄟ^降低導(dǎo)線的長度或是增大導(dǎo)線的橫截面積來降低導(dǎo)線的電阻。但是實(shí)際的應(yīng)用中，增加導(dǎo)線的面積不僅會(huì)增加投資而且不利于輸電線路的建設(shè)，因此一般通過適當(dāng)減少導(dǎo)線的長度來降低電阻的損耗。但是在考慮必須要長線路負(fù)荷的情況，一般線路的電壓不應(yīng)該超過額定電壓的5%，合理的輸電電壓能增加電力的傳輸效率。輸電線路的日負(fù)荷不均而引起的損耗是指由于在用電的高峰期間輸電線路的電流增大，從而使得變壓器以及輸電線路的負(fù)載損失增大。如果考慮到日負(fù)荷不均衡而引起的損耗，進(jìn)而采取措施降低高峰期的用電量，那么在高峰期間減少的電能損耗將比低谷期間增加的電能要多得多。對于技術(shù)配電線損可以根據(jù)具體的線損原因采取對應(yīng)的解決措施以降低配電線路電能的損耗。

管理線損指的是在整個(gè)電力輸送過程中由于各類計(jì)量誤差而導(dǎo)致最終所得到的電量結(jié)果與實(shí)際不相符。管理線損一般是由于人為因素造成的，并不是真的電量損耗，對于這類原因應(yīng)該加強(qiáng)電力員工的綜合素質(zhì)，不僅要提高其技術(shù)能力，還要培養(yǎng)其責(zé)任心。

2 10kV配電線路的優(yōu)化設(shè)計(jì)

10kV配電線路的設(shè)計(jì)時(shí)整個(gè)電力工程建設(shè)中一項(xiàng)重要的工作，其不僅受到很多規(guī)范的約束，而且對于設(shè)計(jì)的技術(shù)有很高的要求。要做好10kV配電線路的設(shè)計(jì)工作既要執(zhí)行國家現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范和要求，又要根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)以滿足客戶的需求。下面是根據(jù)實(shí)際的工作總結(jié)出來的一些經(jīng)驗(yàn)。

2.1 10kV供電線路導(dǎo)線的選擇

由上文對于供電線路損耗原因的分析得知，部分損耗與電阻有關(guān)，因此合理的選擇10kV供電線路的導(dǎo)線，能夠有效的降低技術(shù)線損。因?yàn)樵谖覈到y(tǒng)中10kV供電線路主要用于與用戶的直接聯(lián)系，也就是說其供電線路并不是很長。因此，在選擇供電線路的導(dǎo)線的時(shí)候可以在輸送負(fù)荷不變的條件下，適當(dāng)?shù)脑龃髮?dǎo)線的橫截面積，通過減小導(dǎo)線線路的電阻來減小電能的損耗。下面通過一個(gè)具體的實(shí)例進(jìn)行比較：

導(dǎo)線有功功率損耗：Px=3IjsR0L×10-6(kW)；式中：Ijs—計(jì)算電流，A；R0—導(dǎo)線電阻，12／km；L—導(dǎo)線長度，m。

導(dǎo)線截面增加后，線損下降：ΔPx=3IjsΔR0L×10-6(kW)；ΔWx=3IjsΔR0Lt×10-6(kWh)；式中：ΔPx—線損有功功率損耗下降值，kW；ΔWx—線路有功電能損耗下降值，kWh；ΔR0—線路電阻減少值，12／km；t—線路運(yùn)行小時(shí)數(shù)，h。

假設(shè)每千瓦時(shí)電價(jià)為B元，兩相鄰截面電纜每米價(jià)格相差E元，則截面加大后，減少的線損電費(fèi)M和增加的線路投資N各為： M=ΔWx×B(元) N=E×L(元) 若M=N，則節(jié)省電費(fèi)與增加投資相等，可得：t=E/3IjsΔR0B×10-6(h)假設(shè)VV22-0.6／lkV四芯電纜埋地敷設(shè)，計(jì)算電流為環(huán)境溫度30℃時(shí)的相應(yīng)載流量，截面加大后節(jié)電效果見下表：

?

一般導(dǎo)線的使用壽命可達(dá)到10年左右，如果通過增大導(dǎo)線的橫截面積來降低損耗從上面的計(jì)算中可以看出將實(shí)現(xiàn)很大的經(jīng)濟(jì)效益。

另一方面，對于輸電線路中所應(yīng)用的與導(dǎo)線接觸的鐵磁金具，應(yīng)該盡量使用無磁型的金具。因?yàn)殡娏髟谳旊娋€路中遇到磁場會(huì)消耗部分電能產(chǎn)生磁渦流，不僅消耗了電能而且對于導(dǎo)線也產(chǎn)生了很大的損害。

2.2 10kV配電線路的設(shè)計(jì)

輸電線路的設(shè)計(jì)受到很多因素的影響，好的線路設(shè)計(jì)能夠有效的縮短輸電線路并且延長整個(gè)輸電設(shè)備的使用年限。在實(shí)際的應(yīng)用中應(yīng)該首先對起止點(diǎn)以及整個(gè)輸電區(qū)域進(jìn)行一個(gè)全面的了解，然后根據(jù)實(shí)際的地理、氣象、輸電設(shè)備等選擇幾條合理的輸送路徑，接著再對各個(gè)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，最終選出最合適的方案。一般在進(jìn)行輸電路徑選擇的時(shí)候要注意以下幾個(gè)方面：一是應(yīng)該盡量的不占用附近的農(nóng)田，要選擇交通便利、運(yùn)行和維護(hù)方便的地段；二是光纜應(yīng)該隨著10kV架空線路走，光纜的配備一般1-2km，太長或太短都會(huì)產(chǎn)生一定的弊端。太短輸電的集中度不高，會(huì)產(chǎn)生信號誤差，太長則不利于維修；三是盡量選擇在平地上栽種電線桿，每隔50-60米左右一個(gè)，要盡量保持每個(gè)電線桿的受力均衡，如果電線桿之間的高度相差太多或是間隔太長，都會(huì)容易使電線桿因?yàn)槭芰Σ痪l(fā)生倒塌的情況。

2.3 導(dǎo)體和電器的設(shè)計(jì)

《電力裝置的過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》里對于配電線路的各種裝置的絕緣水平以及其他要求都做出了各種規(guī)范，因此在設(shè)計(jì)導(dǎo)體以及電器時(shí)應(yīng)該嚴(yán)格根據(jù)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。對于所選用的電器裝置所能承受的最高電壓必須要高于整個(gè)電路的運(yùn)行電壓，而對于導(dǎo)體其所允許通過的電流必須要大于整個(gè)回路運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)的最大的電流。除此之外，還應(yīng)該考慮到氣候等外界因素對于配電線路中的導(dǎo)體和電器的影響，要根據(jù)具體的外界環(huán)境進(jìn)行電器和導(dǎo)體的設(shè)計(jì)。在對導(dǎo)體和電器的穩(wěn)定性、熱穩(wěn)性以及意外的短路電流進(jìn)行定值時(shí)，要嚴(yán)格的按照設(shè)計(jì)規(guī)劃進(jìn)行精密的計(jì)算，同時(shí)還要考慮到整個(gè)線路的長遠(yuǎn)設(shè)計(jì)，在計(jì)算值之余進(jìn)行邊緣值規(guī)范。

3 10kV配電線路的節(jié)能措施

3.1 配電線路的選擇

本文第二大部分從具體的設(shè)計(jì)流程以及其中具體部件的選擇兩方面對10kV配電線路的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行論述，下面將從節(jié)能方面進(jìn)行簡單的總結(jié)。在設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)以及線路的時(shí)候要想達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)，可以從幾個(gè)方面解決：選用電導(dǎo)率較小的材質(zhì)做導(dǎo)線，在負(fù)荷較大的一類、二類建筑中采用銅導(dǎo)線，在三類或負(fù)荷量較小的建筑中可采用鋁芯導(dǎo)線；減小導(dǎo)線長度；增大線纜截面。

3.2 變壓器的選擇

變壓器節(jié)能的實(shí)質(zhì)是降低其有功功率損耗，提高其運(yùn)行效率。變壓器應(yīng)選用SCBIO、SCB11等節(jié)能型變壓器（SCB11系列比SCB10系列節(jié)電10%），它們都是選用高導(dǎo)磁的優(yōu)質(zhì)冷軋晶粒取向硅鋼片和先進(jìn)工藝制造的新系列節(jié)能變壓器。在設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，合理分配用電負(fù)荷、合理選擇變壓器容量和臺(tái)數(shù)，使其工作在高效區(qū)內(nèi)，可有效減小變壓器總損耗。對可靠性要求高、不能受影響的負(fù)荷，選用專用變壓器。

3.3 應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)

電網(wǎng)無功補(bǔ)償是一項(xiàng)建設(shè)性的技術(shù)措施，對電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重要作用。在配電線路中應(yīng)用無功補(bǔ)償裝置首先要注意運(yùn)行及產(chǎn)品可靠性問題，其次要注意產(chǎn)品類型和功能選擇問題，控制量選取和控制方式問題也很重要，最后要注意補(bǔ)償效果和補(bǔ)償容量問題。大量工程實(shí)踐表明，對動(dòng)態(tài)補(bǔ)償在配變?nèi)萘?0%～30%內(nèi)。同時(shí)，對個(gè)別情況可能需要進(jìn)行特殊處理。

4 結(jié)束語

綜上所述，要想有效的降低供電成本就需要電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。供電企業(yè)應(yīng)該加大科技的投入和研發(fā)，根據(jù)實(shí)際的情況采取不同的應(yīng)對措施，優(yōu)化配電線路的設(shè)計(jì)并且采取一定的節(jié)能和管理措施，在有效的降低線路損耗的前提下延長輸電設(shè)備的使用年限，從而滿足用戶的需求，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]王錫凡主編.現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析[M].科學(xué)出版社,2003

[2]石艷杰.強(qiáng)化線損管理 提升精益化管理水平[J].農(nóng)村電氣化.2010(04)

[3]闕之玫.面向中心城區(qū)的10kV配電網(wǎng)接線方式選型[J].供用電.2008(02)

[4]程浩忠,張焰著.電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方法與應(yīng)用[M].上海科學(xué)技術(shù)出版社,2002

[5]趙剛印,任艷,秦澎濤,王海榮.10kV配電網(wǎng)降損節(jié)能措施探討[J].機(jī)電信息.2012(21)

[6]別朝紅,周婷,王錫凡.電力系統(tǒng)多時(shí)段無功優(yōu)化研究[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào).2008(06)