配電網10 kV線路接入配電變壓器容量限額研究

陳應盛

(廣西大學，廣西南寧530000)

0 引言

在10 kV電力線路運行過程中,由于所在地的城市化程度、用戶性質、負荷密度以及負荷發展進程等差異,因此現有10 kV線路接入配電變壓器容量控制限額標準無法有效指導供電企業規劃技術人員,制定科學、合理、經濟的配電網網架。一方面存在著10 kV線路接入配電變壓器容量大,但負荷水平低的問題；另一方面也存在著10 kV線路負荷水平高,但10 kV線路接入容量小的問題；還存在部分10 kV用戶專用線路負荷較小、設備利用率低、資源浪費的問題。如:某市城區內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44條,占比達到54.32%；最大負載率小于50%的10 kV線路共計39條,占比達到48.15%。解決上述問題,既要考慮不同用戶負荷特性的差異帶來的配電變壓器需要系數高低的影響,也要考慮用戶配電變壓器不同時期負荷帶來的變化[1-4]。文獻 [5]運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系[5]的經驗值,但精準性有待提高。

根據南方電網公司 《“十二五”110千伏及以下配電網規劃編制技術規定》關于變電站每回10 kV出線所裝接的配電變壓器總控制容量規定:工業用戶不宜大于10 000 kVA；商業及辦公不宜大于12 000 kVA；居民住宅區不宜大于15 000 kVA[6]。

上述規定對南方五省10 kV線路的配電變壓器接入總容量做了限制要求,但未能結合各地市實際情況進行差異化制定,不能科學有效地指導各地市10 kV線路的配電變壓器接入容量標準[7],造成用戶接入無序、線路利用率不高、網架重復優化建設頻繁、投資浪費等不良后果。

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

1 10 kV線路負載能力影響因素分析

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

圖1 10 kV線路負載能力影響因素

10 kV線路的安全電流決定該線路所能允許的最大負荷,接線模式則與線路所能允許的最大負載率密切相關。10 kV線路的安全電流與允許運行的最大負載率是相互制約的關系,10 kV線路的供電能力主要由這兩項指標綜合構成。其他影響指標,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數；10 kV線路的負荷特性決定配電變壓器之間的同時率。

2 10 kV線路接入配電變壓器參數計算方法

2.1 10 kV線路接入配電變壓器容量計算

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,一般取值0.95；Kp為同一10 kV線路配電變壓器的同時率；Kc為10 kV線路裝接配電變壓器負荷需用系數的平均值。

2.2 10 kV配電變壓器同時率計算

在配電網系統中,10 kV線路負荷的最大值總是小于10 kV線路接入所有配電用戶最大負荷之和,稱之為同時率[9-10]。計算方式為在同一統計期間內,某條10 kV線路在該統計期間內的最大負荷與該10 kV線路所有配電變壓器在該統計期間內最大負荷之和的比值[11]。統計時期一般取該10 kV線路年最大負荷日當天為統計區間,計算公式如式(2):

式中,an表示第a臺配電變壓器在n時刻的負荷值,bn表示第b臺配電變壓器在n時刻的負荷值,以此類推[11]。

2.3 10 kV配電變壓器負荷需用系數平均值計算

式中,Kc為10 kV線路裝接配電變壓器負荷需用系數的平均值；Ps為配電變壓器實際功率,kW；Pe為配電變壓器額定功率,kW；n為10 kV線路配電變壓器臺數。

3 實例應用

以某市城區配電用戶為例來計算10 kV線路接入配電變壓器容量限額,縣城、農村區域可參照計算。配電用戶負荷主要有以下4類:工業用戶、商業用戶、居民用戶、行政辦公用戶,需對以上4類用戶進行分類分析計算[12]。

3.1 配電變壓器同時率計算

分別選取某市城區4類用戶配電變壓器各1 500臺,樣本選取覆蓋了該市城區各行業、各區域,統計時間為2019年最大負荷日,根據公式(2)計算配電變壓器同時率[13]。

3.1.1 單一類別用戶

單一類別用戶配電變壓器同時率計算結果見表1。

表1 單一類別用戶配電變壓器同時率 %

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

3.1.2 兩種類別用戶

考慮同一線路所帶配電變壓器負荷性質多樣性,需考慮兩種不同類別用戶配電變壓器在不同數量配比下對配電變壓器同時率計算時的影響。基礎調研數據同上,選取典型配比進行計算,計算結果見表2。

表2 兩種類別用戶配電變壓器同時率 %

由上表計算結果可知,兩種用戶類別配電變壓器同時率變化范圍為0.604 5%～0.664 2%。

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

三、四種類別用戶配電變壓器同時率計算方法與上述相同,在此不再描述。

3.2 典型配電變壓器負荷需用系數平均值計算

通過搜集并選取了某市城區4類用戶配電變壓器各1 000臺2014—2019年最大負荷數據,投運年限從1994年到2018年不等。根據公式 (3)計算,可得典型配電變壓器負荷需用系數平均值見表3。

表3 典型配電變壓器負荷需用系數平均值表

從表3可看出,工業配電變壓器負荷發展較快,商業配電變壓器和行政辦公配電變壓器負荷發展速度次之,居民配電變壓器負荷發展較慢。

3.3 10 kV線路供電能力計算

根據 “十三五”配電網規劃,2020年某市城區10 kV線路目標接線模式主要為電纜 “2-1”單環網、電纜 “3-1”單環網、架空多分段兩聯絡、架空多分段三聯絡,某市10 kV主干線路電纜采用YJV22-3×300 mm2型號,架空線采用 JKLYJ-240 mm2型號[14-16],10 kV線路安全電流以450 A為運行控制限額,計算單回10 kV供電能力情況見表4。

表4 2020年某市城區10 kV線路目標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算

運用公式 (1),計算得出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

續表6

4 結語

本文梳理了某市近6年配電變壓器負荷運行數據,分析影響線路負載能力的因素,建立了10 kV線路接入配電變壓器容量計算公式,計算出典型配電變壓器負荷需用系數平均值和不同負荷性質下配電變壓器的同時率,制定出不同負荷發展階段、不同負荷性質、不同10 kV線路目標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。在本地實際配電電網規劃方案和客戶接入方案制定時,能更好地幫助配電網規劃工作人員分析不同10 kV線路目標接線模式下的配電變壓器裝接總容量是否精準、經濟、合理,降低因線路過載引起的配電網運行風險,提高經濟效益。