中壓配電網理論壓降估算特性曲線分析與研究

(國網黃石供電公司，湖北　黃石　435002)

1　引言

目前，農村配電網仍存在著電壓質量差，線路經濟運行水平不高等突出問題。這些問題需通過理論電壓偏移計算進行分析，并提出規劃改造方案。中壓配電網規劃評審會議過程中，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電壓質量的重要手段，是評估和規劃配電網重要指標之一，它是電壓偏移量與額定電壓之比[1]。電網規劃中，一般不予考慮架空饋線輕載情況的電壓損耗率，僅分析最大負荷下，配電網饋線電壓偏移超過允許偏差情況[2]。文獻[3]運用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規劃，母線電壓快速調整提供工具。文獻[4]提出了不同典型負荷分布情況下，運用損失系數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表，并實現對饋線低電壓問題的快速判斷。文獻[5]在損失系數法基礎上，提出改進的損失系數法，估算值更加接近于實際值，但計算起來較為繁瑣。

隨著新一輪農網改造升級工作的開展，為提升農村中壓配電網供電電壓質量水平，本文從配電網規劃的實際應用角度出發，根據配電線路的運行特性、理論電壓降落、電壓偏移公式，運用MATLAB/Simulink軟件研究出配電網理論壓降特性曲線，再結合特性曲線獲得導線滿足電壓降落的負荷區間，可方便快速判別電壓偏移情況。

2　數學模型

為簡化計算，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。

由于實際運行過程中，對中壓配電網線路來說，變電站饋線設置有功功率和無功功率監測值，因此，整條線路最大負荷和首段電壓為已知。本文數學模型采用負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)

在實際運行中，通常是利用電壓損耗和電壓偏移來判別中壓配電網電壓質量是否合格。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

根據數學模型推導公式，利用MATLAB/Simulink軟件進行電壓偏移、線路負荷和導線長度關系的理論壓降特性曲線繪制。在進行圖形繪制過程中，結合導線的安全電流、供電區域最大供電半徑，并根據導線型號不同分別進行繪制。不同導線型號的單位長度阻抗值如表1所示。

表1　單位阻抗參數表

程序中導線長度按照0.5 km、負荷電流按照10 A為步長，功率因數取為0.95,電壓取為10 kV。

對于240導線繪制結果如圖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

各導線型號在平面上的關系如圖5所示。圖中，所有導線型號標注線下部為電壓偏移低于7%區域，即電壓合格區域，上半部為不滿足電壓質量要求的。

圖5　各類導線理論壓降特性曲線

由圖5分析可知：

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

(2)根據配電網規劃設計導則，C類區域供電半徑不超過5 km分析，采用240mm2絕緣導線最大負荷為330A；而D類供電區域按照供電半徑不超過15 km考慮，采用240mm2絕緣導線最大負荷為110A，采用50mm2裸導線最大負荷約為30A，超過此數值末端電壓質量不達標。其他類型的最大負荷詳見表2所示。

(3)本文結合導線安全電流進行分析，對負荷集中于線路末端的最嚴重電壓偏移情況，從表2中可知，按照末端集中負荷計算，5km時導線負載率均在60%左右，以保證實際應用中能滿足負荷增長的需求，雖然運用末端集中負荷進行電壓偏移計算，結果不是很精確，但符合電網規劃的實際需要。而15km線路，一般為農村用戶較為分散的供電線路，負載率在20%左右，為從電網經濟性考慮，可按照損失系數法[4]再進一步進行負荷折算，以提高線路的負載率。

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

表2　各類導線按照負荷集中末端時滿足偏移率的最大負荷

根據《配電網規劃設計導則》關于中壓線路導線截面選擇規定，設置截面為50～240mm2導線在滿足電壓偏移條件下的負荷區間，可進行電壓偏移的快速判別，提高規劃設計和評審效率。

4　實例分析與研究

某縣域農網供電線路現狀數據如表3所示。

結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%。

實際案例計算，線路4位于D類供區，主干線212基桿塔，主干線長度12.2km，配變臺數30臺，配變容量3015kVA，2015年最大負荷188A，導線采用70mm2l裸導線，3臺柱上開關，按照線路分段計算，1#-80#桿為第一段，配變容量830kVA，線路長度6km，81#-140#桿為第二段，配變容量1055kVA，線路長度2.6km，141#-212#桿為第三段，配變容量1130kVA，線路長度3.6km，負荷為逐步增加分布。結合現狀建立電壓偏移計算模型如圖7所示。

圖6　電壓質量快速判別流程

線路名稱供區類別導線型號線路長度(km)線路長度判別最大負荷(A)負荷判別判別結果線路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電壓偏移計算模型

5　結束語

(1)本文依據電力系統基本原理，利用MATLAB/Simulink軟件獲得理論壓降特性曲線，推導滿足導線滿足電壓偏移要求的負荷區間，可以快速初判電壓質量是否合格，對于區間內數據，再根據導線型號查詢特性曲線，查詢出電壓偏移值大小，對配電網規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行的最嚴重情況，主要對負荷集中于末端情況進行估算，未進行迭代計算，若需更精確數據，可進一步進行數據的迭代計算。

(3)本文對線路進行低電壓分析判別時，還充分考慮線路負載率情況，因此，更有利于配電網負荷發展需要。

[1]夏道止.電力系統分析[M].北京：中國電力出版社,2004.

[2]宋曉輝,白曉民.配電網規劃設計中潮流計算表格法[J].供用電,2007,24(1):20-23.

[3]周卓敏，李湘華,何禹清,等.架空和電纜混合饋線的電壓損耗快速估算[J].電力系統保護與控制,2010,38(17):169-172.

[4]趙俊光,王主丁,樂歡.中壓配電網規劃中饋線電氣計算的估算方法[J].電力系統自動化,2008,32(16):98-102.

[5]向婷婷,王主丁,劉雪蓮,等.中低壓饋線電氣計算方法的誤差分析和估算公式改進[J].電力系統自動化,2012,36(19):98-102.

[6]國家電網公司.配電網規劃設計技術導則[S].北京:中國電力出版社,2012.