有关10kV配电系统的电压损失问题研究

卢嘉 刘嵘

【摘要】在配电系统中，电流通过电缆和设备到达末端时，总会有一定的电压损失。电压损失的产生会造成电能的损失和电能利用率的降低，因此电压损失的大小对供电企业经济效益有着重大的影响，电压损失越低，经济效益就越好。本文的研究对象是10kV配电系统，探究了10kV配电系统电压损失产生的原因，如何计算电压损失以及如何最大程度地降低电压损失等内容，以期为相关人士提供参考。

【关键词】10kV配电系统；电压损失；计算方法；解决方法

1、前言

10kV配电系统是一种高压配电系统，常用于大型工厂、区域配电或远距离电力传输。无论在高压配电还是低压配电过程中，都会出现电力沿电缆传输时其电压随着传输距离增加而逐渐下降的现象，我们称其为电压损失。若电压损失过大，会导致系统或设备端电压不足，设备欠压运行乃至无法运行，造成使用不便和经济损失。因此在配电系统设计和运行中，都要注意计算或测量电压损失，当发现电压损失过大时，要分析出压降的主要原因，并及时采取措施控制压降，从而减少经济损失。

2、电压损失的原因

电压损失的根本原因是系统中的电缆或电气设备存在阻抗，导致电流在传输过程中总会损失一部分变为热能。

2.1线路太长

电力的传输是沿着电缆进行的，无论电缆芯是什么材质，其本身总具有一定的电阻和电抗。因此当有电流通过电缆时，就会消耗一部分电能，进而导致电压下降。电缆越长，其电阻、电抗就越大，传输时电压损失就越多。这部分损失是无法彻底消除的，但可以采取一些方法减少损失。

与低压配电系统电阻造成大部分的电压损失不同，在高压配电系统中，电缆电抗造成的电压损失较为明显。特别是在特高压配电中，无功功率在电抗上产生的压降占电压损失的很大部分。

2.2电缆截面

除了电缆长度，电缆的截面积也影响电压损失的程度。同样长度的电缆，其截面越小，电缆的电阻就越大。因此在电力传输时，所用电缆的截面越小，电压损失的就越多。在实际设计中，截面越小的电缆越便宜，所以出于经济的角度我们会选择截面尽量小的电缆。但其截面小也有一个底线，就是要保证配电系统在正常甚至过压运行状态下，电缆的发热程度和电压损失百分比都符合标准。

2.3其他原因

除了以上两个原因，电压损失还可能是受冲击性负荷或三相负载不平衡影响而产生的。冲击性负荷指短时间内超出额定负荷的负荷。例如大功率电机启动时，其电流会达到额定电流的数倍。冲击负荷会对电路产生明显的谐波影响，其表现就包括电压损失。三相负载不平衡是指三相系统有初相位差或幅值差。三相负载不平衡现象也会产生谐波影响，导致电压下降。

另外，电气设备功率因数不高也会导致压降，因为功率因数低证明电路的无功功率大，相应的电压损失也多。

3、电压损失计算方法

不同配电系统对电压损失的底线要求是不同的，一般我们要求配电线路的末端电压损失不超过5%，若超过规定值我们就有必要查明压降的主要原因，并加以控制。目前常用的电压损失计算方法有电压损失法和负荷力矩法两种，这两种方法有着不同的适用范围，算出的电压损失不完全相同。为了分析方便，我们一般把电压损失表示为系统所损失电压占输入端电压的百分比。

3.1电压损失法

电压损失法较为简单，其适用范围为计算电流滞后电压的电路的电压损失，这种电路多为电感电路。

计算公式如下：

式中：——电压损失百分比，%；

U1——首端电压，V；

U2——末端电压，V。

在设计阶段，我们不知道末端电压。这时可以根据设计参数，使用以下公式计算电压损失：

式中：——电压损失百分比，%；

Ue——额定电压，V；

P——线路负荷，kW；

L——电缆长度，km；

r0——电缆单位长度电阻，Ω/km；

x0——电缆单位长度电抗，Ω/km；

——线路功率因素角的正切值。

需注意该公式不可用于电流超前电压的电路，而且只可用在10kV以上线路的压降运算中。大多数10kV配电系统的电压损失都是按电压损失法来计算的。

3.2负荷力矩法

負荷力矩法适用于电流超前电压的电路的电压损失，此类电路可能为电容电路或某些特殊电路，如长度过长的10kV铁路自闭贯通配电系统等。

其具体计算步骤如下：

①计算总用电最大负荷；②计算最大负荷的等效距离L；③计算最大负荷力矩；④依照电缆芯材质查负荷力矩表，计算电压损失1%时的负荷力矩MC；⑤计算电压损失。

4、降低电压损失的方法

4.1减少系统阻抗

通过上面的分析，我们可以知道，系统中电缆和其它电气设备的电阻和电抗是产生压降的主要原因。对于10kV配电系统这样的高压系统而言，我们要格外注意系统的电抗。如：减少配电系统的变压次数，适当增大电缆的截面大小等。该方法一般用于设计阶段，当配电系统设计初步完成后，验算电压损失是否达标，若不达标，再修改电缆截面大小等参数。如果配电系统已经建成，再使用该方法的话，可能不得不更换电缆或元件，造成大量的人力和资金浪费。

4.2调整变压器

通常日间配电系统中负荷较重，致使配电系统内电压较低。此时发电厂工作人员会把变压器的高压线圈分接头接在-5%附近位置。但夜间没有工人值班，系统内负荷变小，电压升高，但分接头还在原位。为了解决这一问题，可以安排夜班人员在夜间调整变压器或将变压器切断，改为采用和它相通的低压联络线。这样不仅能防止电压过高，还能减少电压损失。

4.3无功功率补偿

配电系统中常有较多的感性负荷，这些负荷会产生大量相位滞后的无功功率。无功功率的产生导致电气设备的功率因素降低，进而导致电压损失。为了控制无功功率，我们可以采用无功补偿设备对其加以补偿，如专门用来补偿无功功率的并联电容器和同步补偿机。这些无功补偿设备可以生成相位超前的无功功率，与系统中存在的相位滞后的无功功率进行中和。这一方法对于降低电压损失，提高设备功率因素有着显著的效果，而且相对第一种方法而言，无功功率补偿具有更高的性价比。

5、结束语

为了远距离输送大容量的电力，电力公司通常会采用升高电压、降低电流的方法来减少线缆的经济投入。在电力输送时，若电压损失过大，将造成巨大的经济损失。但由于配电系统内的电阻电抗是客观存在的，我们无法彻底消除电压损失，只能通过一些方法来减少损失。电压损失计算的公式还有很多，本文只介绍了两种常用的适合10kV配电系统的方法，希望对相关人员计算压降有所帮助。在选择方法时，应从电压损失率的大小和系统实际情况出发，选择能使效益最大化的方案。

参考文献

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