农村电网10kV线路导线截面和供电半径选择

张全 岂晓梅

文章在满足10KV线路末端电压合格的条件下计算了几种常用导线的最大供电半径和单位负荷年费用，为农网规划提供参考依据。

为了确定农村地区10kV线路截面以及供电半径，本次研究针对常用的10kV线路型号，以末端电压满足导则要求为条件，进行不同型号线路最大供电半径的计算，在此基础上进行经济性分析，为10kV线路截面选择提供依据。

分析思路

最大供电半径分析思路：根据10kV线路首端电压和末端电压，通过理论潮流计算得到满足末端电压情况下，各种中压线路截面下的最大供电半径。

经济性分析思路：考虑10kV线路及其装接配变投资及运行费用，计算得出各线路截面下的单位负荷年费用，然后比较不同方案的投资大小。

基本假设

为了使研究更具有意义，在进行分析之前需要确定一些边界条件。

10kV线路全部采用架空线供电，中压架空线型号选择LGJ-150、LGJ-185、LGJ-240，线路的负载率取50%。10kV配变选择容量为315kVA。变电站10kV母线出口电压取10.5kV，末端电压取10kV，功率因数统一取为0.95。

供电方案

在进行10kV电网方案的分析比较时，架空线路按多分段手拉手接线模式考虑，具体供电方案如图3-1所示，供电区域由1根10kV架空线、两个10kV电源和相应的開关设备等所构成，每段所带负荷相同，并且正常时每段线路负载率控制在50%以下。

四、最大供电半径分析原理

线路负荷计算。根据线路型号及其负载率，可以计算线路所带负荷，公式如下：

（4-1）

其中，U：变电站中压出线电压（kV）

：变电站出线长期允许最大载流量（A）

：功率因数

：线路负载率（%）

最大供电半径计算。根据10kV线路潮流计算公式，已知线路首端电压、末端电压及线路负荷，可以得到线路最大供电半径R计算公式：

（4-2）

其中，U1：首端电压（kV）

：末端电压（kV）

：有功功率（kW）

：无功功率（kvar）

：线路单位电阻（%R）

：线路单位电抗（%R）

在上述计算中可以通过先得到线路负荷，接下来就可以利用求得的计算结果及末端电压不低于10kV的临界条件，从而求得不同导线截面下的最大供电半径。

经济性分析原理

（一）基本方法

配电方案经济性计算的基本方法是在供电半径已知的情况下，确定不同导线截面下不同供电半径的单位负荷年费用，由此判定其经济性。

在具体进行计算时，需对确定最大供电半径的不同截面线路进行投资费用计算，计算时同时考虑线路损耗和配变损耗等运行费用，然后按“现值转年值”法，转化为年费用值，然后除以相应线路负荷就可以得到单位负荷年费用值。

（二）优化经济计算模型的建立

网络建设投资费用。10kV线路建设投资费用：对于10kV手拉手接线架空线路，其主干线长度取最大供电半径R，其总投资为：

（5-1）

式中为10kV线路投资中与导线截面无关的每公里投资，为10kV线路投资中与导线截面有关的每公里投资。

10kV配变网络建设投资费用：为了简化计算，根据区域负荷及所选取的配变容量，由配变单价可以计算配变总投资。

网络年运行费用。10kV线路年网损费用：设单位电能损耗折价系数为，线路年损耗小时数为，则线路的年网损费用为：

（5-2）

令变电站出线网损折算系数，则线路lij的年网损费用可以表示为：

（5-3）

（5-4）

式中为变电站10kV线路的电压，Cos为功率因数。

10kV配变年网损费用：配变年运行损耗由铁损与铜损两部分组成，铁损为不变损耗，即为的空载损耗，铜损与运行电流和绕组的直流电阻有关，可以通过计算得到。

设单位电能损耗折价系数为，线路年损耗小时数为，全年运行小时数为，则年网损费用为：

（5-5）

经济性原则。基于货币的经济价值是随时间而改变的，各种费用的支付时间不同，发挥的效益也不同。因此在经济性分析中，一切费用（包括投资和运行费用）都应考虑时间因素，即按照贴现的方法，将不同时期发生的费用折算为现值。考虑到不同供电设施的经济使用年限不同，可采用等年值法，将费用现值折算为使用年限内的年费用。

最小年费用模型。优化问题可以描述为：在供电半径已知的情况下，以10kV线路近似最小的投资和年运行费用为目标函数，确定最优的方案。因此，该优化问题的数学表达式为：

（5-6）

其中，

（5-7）

（5-8）

：为贴现率；

：为10kV线路的折旧年限。

：为配变的折旧年限。

为使方案具有可比性，采用最小单位负荷年费用法进行配电方案的经济性比较，即：

计算结果

原始数据。方案比较中涉及的线路、配变的造价选取情况如表1所示。此外，电价取0.52元/kWh；10kV线路折旧年限取30年，10kV配变折旧年限取20年，贴现率r0取10%。

根据上述技术、经济分析原理，针对不同型号10kV线路进行最大供电半径计算，同时进行了经济分析，结果如表2所示，整体变化趋势如图1所示。

供电半径分析。随着导线截面的增大，供电半径逐渐减小，由此可知，供电半径与导线截面大致成反比关系。

线损率分析。随着导线截面的增大，线损率逐渐减小，由此可知，线损率与导线截面成反比关系。

单位负荷年费用分析。随着导线截面的增大，单位负荷年费用逐渐减少，由此可知，单位负荷年费用与导线截面成反比关系。

通过综合比较可以得出如下结论：当负荷密度较大时，导线型号宜选择为LGJ-240，此时在满足末端电压为10kV时的最大供电半径选择在5km左右；当负荷密度较小时，导线型号宜选择为LGJ-150和LGJ-185，此时在满足末端电压为10kV时的最大供电半径选择在7km左右。