農村電網10kV線路導線截面和供電半徑選擇

張全 豈曉梅

文章在滿足10KV線路末端電壓合格的條件下計算了幾種常用導線的最大供電半徑和單位負荷年費用，為農網規劃提供參考依據。

為了確定農村地區10kV線路截面以及供電半徑，本次研究針對常用的10kV線路型號，以末端電壓滿足導則要求為條件，進行不同型號線路最大供電半徑的計算，在此基礎上進行經濟性分析，為10kV線路截面選擇提供依據。

分析思路

最大供電半徑分析思路：根據10kV線路首端電壓和末端電壓，通過理論潮流計算得到滿足末端電壓情況下，各種中壓線路截面下的最大供電半徑。

經濟性分析思路：考慮10kV線路及其裝接配變投資及運行費用，計算得出各線路截面下的單位負荷年費用，然后比較不同方案的投資大小。

基本假設

為了使研究更具有意義，在進行分析之前需要確定一些邊界條件。

10kV線路全部采用架空線供電，中壓架空線型號選擇LGJ-150、LGJ-185、LGJ-240，線路的負載率取50%。10kV配變選擇容量為315kVA。變電站10kV母線出口電壓取10.5kV，末端電壓取10kV，功率因數統一取為0.95。

供電方案

在進行10kV電網方案的分析比較時，架空線路按多分段手拉手接線模式考慮，具體供電方案如圖3-1所示，供電區域由1根10kV架空線、兩個10kV電源和相應的開關設備等所構成，每段所帶負荷相同，并且正常時每段線路負載率控制在50%以下。

四、最大供電半徑分析原理

線路負荷計算。根據線路型號及其負載率，可以計算線路所帶負荷，公式如下：

（4-1）

其中，U：變電站中壓出線電壓（kV）

：變電站出線長期允許最大載流量（A）

：功率因數

：線路負載率（%）

最大供電半徑計算。根據10kV線路潮流計算公式，已知線路首端電壓、末端電壓及線路負荷，可以得到線路最大供電半徑R計算公式：

（4-2）

其中，U1：首端電壓（kV）

：末端電壓（kV）

：有功功率（kW）

：無功功率（kvar）

：線路單位電阻（%R）

：線路單位電抗（%R）

在上述計算中可以通過先得到線路負荷，接下來就可以利用求得的計算結果及末端電壓不低于10kV的臨界條件，從而求得不同導線截面下的最大供電半徑。

經濟性分析原理

（一）基本方法

配電方案經濟性計算的基本方法是在供電半徑已知的情況下，確定不同導線截面下不同供電半徑的單位負荷年費用，由此判定其經濟性。

在具體進行計算時，需對確定最大供電半徑的不同截面線路進行投資費用計算，計算時同時考慮線路損耗和配變損耗等運行費用，然后按“現值轉年值”法，轉化為年費用值，然后除以相應線路負荷就可以得到單位負荷年費用值。

（二）優化經濟計算模型的建立

網絡建設投資費用。10kV線路建設投資費用：對于10kV手拉手接線架空線路，其主干線長度取最大供電半徑R，其總投資為：

（5-1）

式中為10kV線路投資中與導線截面無關的每公里投資，為10kV線路投資中與導線截面有關的每公里投資。

10kV配變網絡建設投資費用：為了簡化計算，根據區域負荷及所選取的配變容量，由配變單價可以計算配變總投資。

網絡年運行費用。10kV線路年網損費用：設單位電能損耗折價系數為，線路年損耗小時數為，則線路的年網損費用為：

（5-2）

令變電站出線網損折算系數，則線路lij的年網損費用可以表示為：

（5-3）

（5-4）

式中為變電站10kV線路的電壓，Cos為功率因數。

10kV配變年網損費用：配變年運行損耗由鐵損與銅損兩部分組成，鐵損為不變損耗，即為的空載損耗，銅損與運行電流和繞組的直流電阻有關，可以通過計算得到。

設單位電能損耗折價系數為，線路年損耗小時數為，全年運行小時數為，則年網損費用為：

（5-5）

經濟性原則。基于貨幣的經濟價值是隨時間而改變的，各種費用的支付時間不同，發揮的效益也不同。因此在經濟性分析中，一切費用（包括投資和運行費用）都應考慮時間因素，即按照貼現的方法，將不同時期發生的費用折算為現值。考慮到不同供電設施的經濟使用年限不同，可采用等年值法，將費用現值折算為使用年限內的年費用。

最小年費用模型。優化問題可以描述為：在供電半徑已知的情況下，以10kV線路近似最小的投資和年運行費用為目標函數，確定最優的方案。因此，該優化問題的數學表達式為：

（5-6）

其中，

（5-7）

（5-8）

：為貼現率；

：為10kV線路的折舊年限。

：為配變的折舊年限。

為使方案具有可比性，采用最小單位負荷年費用法進行配電方案的經濟性比較，即：

計算結果

原始數據。方案比較中涉及的線路、配變的造價選取情況如表1所示。此外，電價取0.52元/kWh；10kV線路折舊年限取30年，10kV配變折舊年限取20年，貼現率r0取10%。

根據上述技術、經濟分析原理，針對不同型號10kV線路進行最大供電半徑計算，同時進行了經濟分析，結果如表2所示，整體變化趨勢如圖1所示。

供電半徑分析。隨著導線截面的增大，供電半徑逐漸減小，由此可知，供電半徑與導線截面大致成反比關系。

線損率分析。隨著導線截面的增大，線損率逐漸減小，由此可知，線損率與導線截面成反比關系。

單位負荷年費用分析。隨著導線截面的增大，單位負荷年費用逐漸減少，由此可知，單位負荷年費用與導線截面成反比關系。

通過綜合比較可以得出如下結論：當負荷密度較大時，導線型號宜選擇為LGJ-240，此時在滿足末端電壓為10kV時的最大供電半徑選擇在5km左右；當負荷密度較小時，導線型號宜選擇為LGJ-150和LGJ-185，此時在滿足末端電壓為10kV時的最大供電半徑選擇在7km左右。