配電網(wǎng)10 kV線路接入配電變壓器容量限額研究

陳應(yīng)盛

(廣西大學(xué)，廣西南寧530000)

0 引言

在10 kV電力線路運(yùn)行過程中,由于所在地的城市化程度、用戶性質(zhì)、負(fù)荷密度以及負(fù)荷發(fā)展進(jìn)程等差異,因此現(xiàn)有10 kV線路接入配電變壓器容量控制限額標(biāo)準(zhǔn)無法有效指導(dǎo)供電企業(yè)規(guī)劃技術(shù)人員,制定科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)的配電網(wǎng)網(wǎng)架。一方面存在著10 kV線路接入配電變壓器容量大,但負(fù)荷水平低的問題；另一方面也存在著10 kV線路負(fù)荷水平高,但10 kV線路接入容量小的問題；還存在部分10 kV用戶專用線路負(fù)荷較小、設(shè)備利用率低、資源浪費(fèi)的問題。如:某市城區(qū)內(nèi)81條10 kV用戶專線中,裝接配電變壓器容量小于8 000 kVA的10 kV線路共計(jì)44條,占比達(dá)到54.32%；最大負(fù)載率小于50%的10 kV線路共計(jì)39條,占比達(dá)到48.15%。解決上述問題,既要考慮不同用戶負(fù)荷特性的差異帶來的配電變壓器需要系數(shù)高低的影響,也要考慮用戶配電變壓器不同時(shí)期負(fù)荷帶來的變化[1-4]。文獻(xiàn) [5]運(yùn)用回歸分析法得出了10 kV配電線路配出容量與接入配電變壓器容量的關(guān)系[5]的經(jīng)驗(yàn)值,但精準(zhǔn)性有待提高。

根據(jù)南方電網(wǎng)公司 《“十二五”110千伏及以下配電網(wǎng)規(guī)劃編制技術(shù)規(guī)定》關(guān)于變電站每回10 kV出線所裝接的配電變壓器總控制容量規(guī)定:工業(yè)用戶不宜大于10 000 kVA；商業(yè)及辦公不宜大于12 000 kVA；居民住宅區(qū)不宜大于15 000 kVA[6]。

上述規(guī)定對(duì)南方五省10 kV線路的配電變壓器接入總?cè)萘孔隽讼拗埔?但未能結(jié)合各地市實(shí)際情況進(jìn)行差異化制定,不能科學(xué)有效地指導(dǎo)各地市10 kV線路的配電變壓器接入容量標(biāo)準(zhǔn)[7],造成用戶接入無序、線路利用率不高、網(wǎng)架重復(fù)優(yōu)化建設(shè)頻繁、投資浪費(fèi)等不良后果。

本文從某市配電網(wǎng)用戶接入存在的問題入手,通過梳理近5年已報(bào)裝用戶配電變壓器負(fù)荷運(yùn)行數(shù)據(jù),分析影響線路負(fù)載能力的因素,制定出了適合本地使用的配電網(wǎng)10 kV線路接入配電變壓器容量限額計(jì)算公式和推薦值。

1 10 kV線路負(fù)載能力影響因素分析

對(duì)于10 kV線路而言,單回線路的負(fù)載能力除了取決于其控制的安全電流 (主干導(dǎo)線的截面決定)外,還與接線模式、裝接容量、負(fù)荷特性息息相關(guān)[8]。10 kV線路負(fù)載能力影響因素如圖1所示。

圖1 10 kV線路負(fù)載能力影響因素

10 kV線路的安全電流決定該線路所能允許的最大負(fù)荷,接線模式則與線路所能允許的最大負(fù)載率密切相關(guān)。10 kV線路的安全電流與允許運(yùn)行的最大負(fù)載率是相互制約的關(guān)系,10 kV線路的供電能力主要由這兩項(xiàng)指標(biāo)綜合構(gòu)成。其他影響指標(biāo),如裝接配電變壓器容量,決定線路允許攜帶的最多配電變壓器臺(tái)數(shù)；10 kV線路的負(fù)荷特性決定配電變壓器之間的同時(shí)率。

2 10 kV線路接入配電變壓器參數(shù)計(jì)算方法

2.1 10 kV線路接入配電變壓器容量計(jì)算

式中,S為10 kV線路接入配電變壓器容量限額,MW；f為10 kV線路允許的最大負(fù)載率,%；U為10 kV線路額定電壓,kV；I為10 kV線路額定電流,A；cos為功率因數(shù),一般取值0.95；Kp為同一10 kV線路配電變壓器的同時(shí)率；Kc為10 kV線路裝接配電變壓器負(fù)荷需用系數(shù)的平均值。

2.2 10 kV配電變壓器同時(shí)率計(jì)算

在配電網(wǎng)系統(tǒng)中,10 kV線路負(fù)荷的最大值總是小于10 kV線路接入所有配電用戶最大負(fù)荷之和,稱之為同時(shí)率[9-10]。計(jì)算方式為在同一統(tǒng)計(jì)期間內(nèi),某條10 kV線路在該統(tǒng)計(jì)期間內(nèi)的最大負(fù)荷與該10 kV線路所有配電變壓器在該統(tǒng)計(jì)期間內(nèi)最大負(fù)荷之和的比值[11]。統(tǒng)計(jì)時(shí)期一般取該10 kV線路年最大負(fù)荷日當(dāng)天為統(tǒng)計(jì)區(qū)間,計(jì)算公式如式(2):

式中,an表示第a臺(tái)配電變壓器在n時(shí)刻的負(fù)荷值,bn表示第b臺(tái)配電變壓器在n時(shí)刻的負(fù)荷值,以此類推[11]。

2.3 10 kV配電變壓器負(fù)荷需用系數(shù)平均值計(jì)算

式中,Kc為10 kV線路裝接配電變壓器負(fù)荷需用系數(shù)的平均值；Ps為配電變壓器實(shí)際功率,kW；Pe為配電變壓器額定功率,kW；n為10 kV線路配電變壓器臺(tái)數(shù)。

3 實(shí)例應(yīng)用

以某市城區(qū)配電用戶為例來計(jì)算10 kV線路接入配電變壓器容量限額,縣城、農(nóng)村區(qū)域可參照計(jì)算。配電用戶負(fù)荷主要有以下4類:工業(yè)用戶、商業(yè)用戶、居民用戶、行政辦公用戶,需對(duì)以上4類用戶進(jìn)行分類分析計(jì)算[12]。

3.1 配電變壓器同時(shí)率計(jì)算

分別選取某市城區(qū)4類用戶配電變壓器各1 500臺(tái),樣本選取覆蓋了該市城區(qū)各行業(yè)、各區(qū)域,統(tǒng)計(jì)時(shí)間為2019年最大負(fù)荷日,根據(jù)公式(2)計(jì)算配電變壓器同時(shí)率[13]。

3.1.1 單一類別用戶

單一類別用戶配電變壓器同時(shí)率計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 單一類別用戶配電變壓器同時(shí)率 %

由表1可以看出,居民配電變壓器同時(shí)率最高,并且工業(yè)配電變壓器、商業(yè)配電變壓器、居民、行政辦公配電變壓器的同時(shí)率差距不大。

3.1.2 兩種類別用戶

考慮同一線路所帶配電變壓器負(fù)荷性質(zhì)多樣性,需考慮兩種不同類別用戶配電變壓器在不同數(shù)量配比下對(duì)配電變壓器同時(shí)率計(jì)算時(shí)的影響?；A(chǔ)調(diào)研數(shù)據(jù)同上,選取典型配比進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 兩種類別用戶配電變壓器同時(shí)率 %

由上表計(jì)算結(jié)果可知,兩種用戶類別配電變壓器同時(shí)率變化范圍為0.604 5%～0.664 2%。

當(dāng)10 kV線路為工業(yè)和行政辦公、商業(yè)和行政辦公混合線路時(shí),這些線路所帶配電變壓器的同時(shí)率一般較高。

三、四種類別用戶配電變壓器同時(shí)率計(jì)算方法與上述相同,在此不再描述。

3.2 典型配電變壓器負(fù)荷需用系數(shù)平均值計(jì)算

通過搜集并選取了某市城區(qū)4類用戶配電變壓器各1 000臺(tái)2014—2019年最大負(fù)荷數(shù)據(jù),投運(yùn)年限從1994年到2018年不等。根據(jù)公式 (3)計(jì)算,可得典型配電變壓器負(fù)荷需用系數(shù)平均值見表3。

表3 典型配電變壓器負(fù)荷需用系數(shù)平均值表

從表3可看出,工業(yè)配電變壓器負(fù)荷發(fā)展較快,商業(yè)配電變壓器和行政辦公配電變壓器負(fù)荷發(fā)展速度次之,居民配電變壓器負(fù)荷發(fā)展較慢。

3.3 10 kV線路供電能力計(jì)算

根據(jù) “十三五”配電網(wǎng)規(guī)劃,2020年某市城區(qū)10 kV線路目標(biāo)接線模式主要為電纜 “2-1”單環(huán)網(wǎng)、電纜 “3-1”單環(huán)網(wǎng)、架空多分段兩聯(lián)絡(luò)、架空多分段三聯(lián)絡(luò),某市10 kV主干線路電纜采用YJV22-3×300 mm2型號(hào),架空線采用 JKLYJ-240 mm2型號(hào)[14-16],10 kV線路安全電流以450 A為運(yùn)行控制限額,計(jì)算單回10 kV供電能力情況見表4。

表4 2020年某市城區(qū)10 kV線路目標(biāo)接線模式供電能力情況表

3.4 10 kV線路接入配電變壓器容量限額計(jì)算

運(yùn)用公式 (1),計(jì)算得出10 kV線路接入配電變壓器容量限額推薦值見表5—6。

表5 單一用戶下10 k V線路接入配電變壓器容量限額推薦值 MW

表6 兩類用戶下10 kV線路接入配電變壓器容量限額推薦值 MW

續(xù)表6

4 結(jié)語(yǔ)

本文梳理了某市近6年配電變壓器負(fù)荷運(yùn)行數(shù)據(jù),分析影響線路負(fù)載能力的因素,建立了10 kV線路接入配電變壓器容量計(jì)算公式,計(jì)算出典型配電變壓器負(fù)荷需用系數(shù)平均值和不同負(fù)荷性質(zhì)下配電變壓器的同時(shí)率,制定出不同負(fù)荷發(fā)展階段、不同負(fù)荷性質(zhì)、不同10 kV線路目標(biāo)接線模式和供電能力下的10 kV線路接入配電變壓器容量控制限額。在本地實(shí)際配電電網(wǎng)規(guī)劃方案和客戶接入方案制定時(shí),能更好地幫助配電網(wǎng)規(guī)劃工作人員分析不同10 kV線路目標(biāo)接線模式下的配電變壓器裝接總?cè)萘渴欠窬珳?zhǔn)、經(jīng)濟(jì)、合理,降低因線路過載引起的配電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),提高經(jīng)濟(jì)效益。