有關(guān)10kV配電系統(tǒng)的電壓損失問題研究

盧嘉 劉嶸

【摘要】在配電系統(tǒng)中，電流通過電纜和設備到達末端時，總會有一定的電壓損失。電壓損失的產(chǎn)生會造成電能的損失和電能利用率的降低，因此電壓損失的大小對供電企業(yè)經(jīng)濟效益有著重大的影響，電壓損失越低，經(jīng)濟效益就越好。本文的研究對象是10kV配電系統(tǒng)，探究了10kV配電系統(tǒng)電壓損失產(chǎn)生的原因，如何計算電壓損失以及如何最大程度地降低電壓損失等內(nèi)容，以期為相關(guān)人士提供參考。

【關(guān)鍵詞】10kV配電系統(tǒng)；電壓損失；計算方法；解決方法

1、前言

10kV配電系統(tǒng)是一種高壓配電系統(tǒng)，常用于大型工廠、區(qū)域配電或遠距離電力傳輸。無論在高壓配電還是低壓配電過程中，都會出現(xiàn)電力沿電纜傳輸時其電壓隨著傳輸距離增加而逐漸下降的現(xiàn)象，我們稱其為電壓損失。若電壓損失過大，會導致系統(tǒng)或設備端電壓不足，設備欠壓運行乃至無法運行，造成使用不便和經(jīng)濟損失。因此在配電系統(tǒng)設計和運行中，都要注意計算或測量電壓損失，當發(fā)現(xiàn)電壓損失過大時，要分析出壓降的主要原因，并及時采取措施控制壓降，從而減少經(jīng)濟損失。

2、電壓損失的原因

電壓損失的根本原因是系統(tǒng)中的電纜或電氣設備存在阻抗，導致電流在傳輸過程中總會損失一部分變?yōu)闊崮堋?/p>

2.1線路太長

電力的傳輸是沿著電纜進行的，無論電纜芯是什么材質(zhì)，其本身總具有一定的電阻和電抗。因此當有電流通過電纜時，就會消耗一部分電能，進而導致電壓下降。電纜越長，其電阻、電抗就越大，傳輸時電壓損失就越多。這部分損失是無法徹底消除的，但可以采取一些方法減少損失。

與低壓配電系統(tǒng)電阻造成大部分的電壓損失不同，在高壓配電系統(tǒng)中，電纜電抗造成的電壓損失較為明顯。特別是在特高壓配電中，無功功率在電抗上產(chǎn)生的壓降占電壓損失的很大部分。

2.2電纜截面

除了電纜長度，電纜的截面積也影響電壓損失的程度。同樣長度的電纜，其截面越小，電纜的電阻就越大。因此在電力傳輸時，所用電纜的截面越小，電壓損失的就越多。在實際設計中，截面越小的電纜越便宜，所以出于經(jīng)濟的角度我們會選擇截面盡量小的電纜。但其截面小也有一個底線，就是要保證配電系統(tǒng)在正常甚至過壓運行狀態(tài)下，電纜的發(fā)熱程度和電壓損失百分比都符合標準。

2.3其他原因

除了以上兩個原因，電壓損失還可能是受沖擊性負荷或三相負載不平衡影響而產(chǎn)生的。沖擊性負荷指短時間內(nèi)超出額定負荷的負荷。例如大功率電機啟動時，其電流會達到額定電流的數(shù)倍。沖擊負荷會對電路產(chǎn)生明顯的諧波影響，其表現(xiàn)就包括電壓損失。三相負載不平衡是指三相系統(tǒng)有初相位差或幅值差。三相負載不平衡現(xiàn)象也會產(chǎn)生諧波影響，導致電壓下降。

另外，電氣設備功率因數(shù)不高也會導致壓降，因為功率因數(shù)低證明電路的無功功率大，相應的電壓損失也多。

3、電壓損失計算方法

不同配電系統(tǒng)對電壓損失的底線要求是不同的，一般我們要求配電線路的末端電壓損失不超過5%，若超過規(guī)定值我們就有必要查明壓降的主要原因，并加以控制。目前常用的電壓損失計算方法有電壓損失法和負荷力矩法兩種，這兩種方法有著不同的適用范圍，算出的電壓損失不完全相同。為了分析方便，我們一般把電壓損失表示為系統(tǒng)所損失電壓占輸入端電壓的百分比。

3.1電壓損失法

電壓損失法較為簡單，其適用范圍為計算電流滯后電壓的電路的電壓損失，這種電路多為電感電路。

計算公式如下：

式中：——電壓損失百分比，%；

U1——首端電壓，V；

U2——末端電壓，V。

在設計階段，我們不知道末端電壓。這時可以根據(jù)設計參數(shù)，使用以下公式計算電壓損失：

式中：——電壓損失百分比，%；

Ue——額定電壓，V；

P——線路負荷，kW；

L——電纜長度，km；

r0——電纜單位長度電阻，Ω/km；

x0——電纜單位長度電抗，Ω/km；

——線路功率因素角的正切值。

需注意該公式不可用于電流超前電壓的電路，而且只可用在10kV以上線路的壓降運算中。大多數(shù)10kV配電系統(tǒng)的電壓損失都是按電壓損失法來計算的。

3.2負荷力矩法

負荷力矩法適用于電流超前電壓的電路的電壓損失，此類電路可能為電容電路或某些特殊電路，如長度過長的10kV鐵路自閉貫通配電系統(tǒng)等。

其具體計算步驟如下：

①計算總用電最大負荷；②計算最大負荷的等效距離L；③計算最大負荷力矩；④依照電纜芯材質(zhì)查負荷力矩表，計算電壓損失1%時的負荷力矩MC；⑤計算電壓損失。

4、降低電壓損失的方法

4.1減少系統(tǒng)阻抗

通過上面的分析，我們可以知道，系統(tǒng)中電纜和其它電氣設備的電阻和電抗是產(chǎn)生壓降的主要原因。對于10kV配電系統(tǒng)這樣的高壓系統(tǒng)而言，我們要格外注意系統(tǒng)的電抗。如：減少配電系統(tǒng)的變壓次數(shù)，適當增大電纜的截面大小等。該方法一般用于設計階段，當配電系統(tǒng)設計初步完成后，驗算電壓損失是否達標，若不達標，再修改電纜截面大小等參數(shù)。如果配電系統(tǒng)已經(jīng)建成，再使用該方法的話，可能不得不更換電纜或元件，造成大量的人力和資金浪費。

4.2調(diào)整變壓器

通常日間配電系統(tǒng)中負荷較重，致使配電系統(tǒng)內(nèi)電壓較低。此時發(fā)電廠工作人員會把變壓器的高壓線圈分接頭接在-5%附近位置。但夜間沒有工人值班，系統(tǒng)內(nèi)負荷變小，電壓升高，但分接頭還在原位。為了解決這一問題，可以安排夜班人員在夜間調(diào)整變壓器或?qū)⒆儔浩髑袛?，改為采用和它相通的低壓?lián)絡線。這樣不僅能防止電壓過高，還能減少電壓損失。

4.3無功功率補償

配電系統(tǒng)中常有較多的感性負荷，這些負荷會產(chǎn)生大量相位滯后的無功功率。無功功率的產(chǎn)生導致電氣設備的功率因素降低，進而導致電壓損失。為了控制無功功率，我們可以采用無功補償設備對其加以補償，如專門用來補償無功功率的并聯(lián)電容器和同步補償機。這些無功補償設備可以生成相位超前的無功功率，與系統(tǒng)中存在的相位滯后的無功功率進行中和。這一方法對于降低電壓損失，提高設備功率因素有著顯著的效果，而且相對第一種方法而言，無功功率補償具有更高的性價比。

5、結(jié)束語

為了遠距離輸送大容量的電力，電力公司通常會采用升高電壓、降低電流的方法來減少線纜的經(jīng)濟投入。在電力輸送時，若電壓損失過大，將造成巨大的經(jīng)濟損失。但由于配電系統(tǒng)內(nèi)的電阻電抗是客觀存在的，我們無法徹底消除電壓損失，只能通過一些方法來減少損失。電壓損失計算的公式還有很多，本文只介紹了兩種常用的適合10kV配電系統(tǒng)的方法，希望對相關(guān)人員計算壓降有所幫助。在選擇方法時，應從電壓損失率的大小和系統(tǒng)實際情況出發(fā)，選擇能使效益最大化的方案。

參考文獻

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