中压配电网理论压降估算特性曲线分析与研究
2017-04-20
(国网黄石供电公司，湖北 黄石 435002)
1 引言
目前，农村配电网仍存在着电压质量差，线路经济运行水平不高等突出问题。这些问题需通过理论电压偏移计算进行分析，并提出规划改造方案。中压配电网规划评审会议过程中，评审人员需对评审线路快速估算是否存在低电压，改造方案是否满足电压偏移的判断。
电压偏移是评价配电网电压质量的重要手段，是评估和规划配电网重要指标之一，它是电压偏移量与额定电压之比[1]。电网规划中，一般不予考虑架空馈线轻载情况的电压损耗率，仅分析最大负荷下，配电网馈线电压偏移超过允许偏差情况[2]。文献[3]运用Gauss-Raphson方法给出了混合馈线的电压损耗快速估算方法,对电缆化率较高的城区规划，母线电压快速调整提供工具。文献[4]提出了不同典型负荷分布情况下，运用损失系数法获得馈线主干线电压损耗的估算公式及其电压损失系数表，并实现对馈线低电压问题的快速判断。文献[5]在损失系数法基础上，提出改进的损失系数法，估算值更加接近于实际值，但计算起来较为繁琐。
随着新一轮农网改造升级工作的开展，为提升农村中压配电网供电电压质量水平，本文从配电网规划的实际应用角度出发，根据配电线路的运行特性、理论电压降落、电压偏移公式，运用MATLAB/Simulink软件研究出配电网理论压降特性曲线，再结合特性曲线获得导线满足电压降落的负荷区间，可方便快速判别电压偏移情况。
2 数学模型
为简化计算，暂不考虑接地支路的阻抗对压降的影响，则线路的单相等值电路如图1所示[1]。
(1)
图1 线路简化等值电路图
其相量图如图2所示。
由于实际运行过程中，对中压配电网线路来说，变电站馈线设置有功功率和无功功率监测值，因此，整条线路最大负荷和首段电压为已知。本文数学模型采用负荷集中于末端情况考虑。
图2 电压降落相量图
(2)
那么，
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
在实际运行中，通常是利用电压损耗和电压偏移来判别中压配电网电压质量是否合格。10 kV及以下三相供电电压偏差为额定电压的±7%[6]。因此，电压损耗值和电压偏移值为：
(9)
首端电压偏移：
(10)
末端电压偏移：
(11)
3 特性曲线
根据数学模型推导公式，利用MATLAB/Simulink软件进行电压偏移、线路负荷和导线长度关系的理论压降特性曲线绘制。在进行图形绘制过程中，结合导线的安全电流、供电区域最大供电半径，并根据导线型号不同分别进行绘制。不同导线型号的单位长度阻抗值如表1所示。
表1 单位阻抗参数表
程序中导线长度按照0.5 km、负荷电流按照10 A为步长，功率因数取为0.95,电压取为10 kV。
对于240导线绘制结果如图3、图4所示。
图3 LGJ-240理论压降特性曲线
图4 JKLYJ-240理论压降特性曲线
各导线型号在平面上的关系如图5所示。图中，所有导线型号标注线下部为电压偏移低于7%区域，即电压合格区域，上半部为不满足电压质量要求的。
图5 各类导线理论压降特性曲线
由图5分析可知：
(1)从图中分析可知导线在7km内曲线陡度较大，7km以后曲线趋于平缓，表明电压降在7km内受负荷影响大。导线截面越大，电压降受负荷影响越大。
(2)根据配电网规划设计导则，C类区域供电半径不超过5 km分析，采用240mm2绝缘导线最大负荷为330A；而D类供电区域按照供电半径不超过15 km考虑，采用240mm2绝缘导线最大负荷为110A，采用50mm2裸导线最大负荷约为30A，超过此数值末端电压质量不达标。其他类型的最大负荷详见表2所示。
(3)本文结合导线安全电流进行分析，对负荷集中于线路末端的最严重电压偏移情况，从表2中可知，按照末端集中负荷计算，5km时导线负载率均在60%左右，以保证实际应用中能满足负荷增长的需求，虽然运用末端集中负荷进行电压偏移计算，结果不是很精确，但符合电网规划的实际需要。而15km线路，一般为农村用户较为分散的供电线路，负载率在20%左右，为从电网经济性考虑，可按照损失系数法[4]再进一步进行负荷折算，以提高线路的负载率。
通过特性曲线，可以在导线型号未知的情况下，首先通过负荷和线路长度进行电压质量是否合格的判别，具体判别流程如图6所示。
表2 各类导线按照负荷集中末端时满足偏移率的最大负荷
根据《配电网规划设计导则》关于中压线路导线截面选择规定，设置截面为50～240mm2导线在满足电压偏移条件下的负荷区间，可进行电压偏移的快速判别，提高规划设计和评审效率。
4 实例分析与研究
某县域农网供电线路现状数据如表3所示。
结合特性曲线和逻辑判别图，可快速判别出线路1、3末端电压不合格，线路2、6末端电压合格，其他2条线路根据特性曲线可快速查询出线路4、5线路损耗分别22.7%、3.5%。
实际案例计算，线路4位于D类供区，主干线212基杆塔，主干线长度12.2km，配变台数30台，配变容量3015kVA，2015年最大负荷188A，导线采用70mm2l裸导线，3台柱上开关，按照线路分段计算，1#-80#杆为第一段，配变容量830kVA，线路长度6km，81#-140#杆为第二段，配变容量1055kVA，线路长度2.6km，141#-212#杆为第三段，配变容量1130kVA，线路长度3.6km，负荷为逐步增加分布。结合现状建立电压偏移计算模型如图7所示。
图6 电压质量快速判别流程
线路名称供区类别导线型号线路长度(km)线路长度判别最大负荷(A)负荷判别判别结果线路1DLGJ-70175L>15227I>110末端电压不合格线路2DLGJ-150885
图7 线路4电压偏移计算模型
5 结束语
(1)本文依据电力系统基本原理，利用MATLAB/Simulink软件获得理论压降特性曲线，推导满足导线满足电压偏移要求的负荷区间，可以快速初判电压质量是否合格，对于区间内数据，再根据导线型号查询特性曲线，查询出电压偏移值大小，对配电网规划与评审提供电压降快速判别工具。
(2)本文模型考虑线路运行的最严重情况，主要对负荷集中于末端情况进行估算，未进行迭代计算，若需更精确数据，可进一步进行数据的迭代计算。
(3)本文对线路进行低电压分析判别时，还充分考虑线路负载率情况，因此，更有利于配电网负荷发展需要。
[1]夏道止.电力系统分析[M].北京：中国电力出版社,2004.
[2]宋晓辉,白晓民.配电网规划设计中潮流计算表格法[J].供用电,2007,24(1):20-23.
[3]周卓敏，李湘华,何禹清,等.架空和电缆混合馈线的电压损耗快速估算[J].电力系统保护与控制,2010,38(17):169-172.
[4]赵俊光,王主丁,乐欢.中压配电网规划中馈线电气计算的估算方法[J].电力系统自动化,2008,32(16):98-102.
[5]向婷婷,王主丁,刘雪莲,等.中低压馈线电气计算方法的误差分析和估算公式改进[J].电力系统自动化,2012,36(19):98-102.
[6]国家电网公司.配电网规划设计技术导则[S].北京:中国电力出版社,2012.
