孫浩然，徐玉明

(連云港供電公司，江蘇連云港222004)

1 國內(nèi)20 kV配電網(wǎng)發(fā)展概述

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會對電能的需求越來越大，對電能質(zhì)量的要求也越來越高。面對目前10 kV配電系統(tǒng)容量小、電源布點密、線路占用空間大、有功損耗高等不足，以及在電網(wǎng)建設(shè)過程中面臨的市區(qū)土地資源緊缺、線路走廊有限等問題，配電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展面臨新的課題和挑戰(zhàn)[1]。1996年，江蘇省電力公司蘇州供電公司在蘇州工業(yè)園區(qū)配電網(wǎng)建設(shè)時，根據(jù)園區(qū)的負(fù)荷特點，經(jīng)過專家論證后決定采用20 kV電壓等級對園區(qū)進(jìn)行供電[1，2]。10余年的運行實踐表明，城市配電網(wǎng)采用20 kV電壓等級是可行的，與10 kV配電網(wǎng)相比，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都具有一定的優(yōu)勢。鑒于此，江蘇省電力公司決定進(jìn)行20 kV電壓等級在配電網(wǎng)中進(jìn)行推廣，用其取代10 kV和35 kV 2個電壓等級。通過對配電網(wǎng)電壓等級進(jìn)行合理設(shè)置和簡化，能減化配電網(wǎng)絡(luò)，減少電源布點，提高配電網(wǎng)的供電能力和供電可靠性，增大現(xiàn)有線路走廊的供電容量。

在20 kV配電網(wǎng)的建設(shè)和推廣過程中，對20 kV配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性論證、10 kV設(shè)備升壓到20 kV的改造工作、20 kV配電網(wǎng)的接地方式、20 kV變壓器的接線方式、20 kV配電設(shè)備的選擇等方面進(jìn)行深入研究[3-6]。繼蘇州20 kV配電網(wǎng)成功應(yīng)用后，遼寧本溪南芬地區(qū)于2003年將66/10 kV系統(tǒng)改造成了66/20 kV系統(tǒng)；天津濱海新區(qū)、遼寧大連長興島、云南昆明的新機(jī)場、廣東佛山等地區(qū)也分別進(jìn)行了20 kV電網(wǎng)的可行性研究[7-11]，掀起了20 kV電網(wǎng)研究推廣實施的熱潮。

2 電壓質(zhì)量的對比研究

20 kV（10 kV）配電網(wǎng)的供電示意如圖1所示，其中變壓器T表示電源通過多次變壓后為20 kV母線供電。饋線1為多條饋線中的一條，該饋線中含有1個分支，對于多分支饋線，分析方法相同。P+jQ為負(fù)載基波有功和無功功率，Ih為負(fù)載電流中的諧波成份。為了方便比較，假設(shè)20 kV和10 kV采用相同的供電方式，而且20 kV出線的負(fù)荷情況相同。從電源到20 kV（10 kV）母線之間的阻抗為系統(tǒng)等效阻抗Zs。

圖1 配電網(wǎng)供電示意圖

20 kV和10 kV對應(yīng)的等效電路如圖2所示。圖中Zs為系統(tǒng)側(cè)阻抗，Z1為從母線到分支1T接點的阻抗，Z2為從分支1T接點到線路末端的阻抗。用下標(biāo)20和10對20 kV和10 kV系統(tǒng)的參數(shù)區(qū)分。

圖2 等效電路

在20 kV和10 kV設(shè)計時，出線開關(guān)B的遮斷電流有明確的限制，要求≤25 kA。因此，本文在20 kV和10 kV母線短路電流相同的情況下進(jìn)行分析比較，此時出線開關(guān)的遮斷電流相同。在此前提下，設(shè)母線短路電流同為Ik，得：

即Zs(20)是Zs(10)的2倍。對于20 kV和10 kV系統(tǒng)中的饋線1，取相同的導(dǎo)線截面，即其阻抗相同。饋線的負(fù)荷功率相同時，在20 kV和10 kV供電系統(tǒng)中電流分別為：

由式（2）可知，功率相同時，20 kV的饋線電流是10 kV饋線電流的一半。采用10 kV或20 kV供電時，負(fù)荷的性質(zhì)不會改變，負(fù)載電流的總諧波畸變率（THD）和諧波成分不會改變，則：

同理，當(dāng)負(fù)荷不平衡，負(fù)載電流中含有負(fù)序分量時，20 kV和10 kV系統(tǒng)中負(fù)序電流分量I2(20)和I2(10)滿足：

2.1 電壓的諧波分析

在不考慮背景諧波的情況下，分析非線性負(fù)載對電壓諧波畸變的影響，諧波電流的等效電路如圖3所示。

圖3 諧波電流的等效電路

根據(jù)等效電路，得出20 kV及10 kV母線的諧波電壓為：

由上述分析得出Zsh(20)是Zsh(10)的2倍，由式（3）和式（5）得：

根據(jù)GB/T 14549—1993定義的諧波電壓含有率計算，諧波含有率分別為：

由此可得出，在20 kV供電系統(tǒng)中相同的負(fù)載條件下，母線的電壓畸變率僅為10 kV供電系統(tǒng)中的一半，這減小了非線性負(fù)載對其他用戶的影響。同理，進(jìn)行分支1T接點的電壓畸變率的分析得：

通過式（8）以及上述分析可得：

在分支1的T接點，采用20 kV供電時電壓畸變率小于采用10 kV供電時電壓畸變率的一半。因此，采用20 kV供電時，非線性用戶對電能質(zhì)量的影響要比采用10 kV供電時要小得多。

2.2 電壓不平衡分析

在負(fù)載不平衡時，負(fù)載電流中將含有負(fù)序電流分量，在電源電壓對稱的情況下，分析不平衡負(fù)荷對電壓對稱性的影響進(jìn)行分析。負(fù)序電流的等效電路如圖4所示。

圖4 負(fù)序電流的等效電路

與諧波電流分析相同，可計算母線負(fù)序電壓為：

采用20 kV和10 kV供電時，母線的負(fù)序電壓相同，根據(jù)GB/T 15543—1995不平衡度定義，其不平衡度為：

即在相同的不平衡負(fù)荷作用下，采用20 kV供電時母線電壓不平衡度是采用10 kV供電的一半。同樣分析分支1T接點的不平衡為：

即在分支1的T接點，采用20 kV供電時電壓不平衡度小于采用10 kV供電時電壓不平衡度的一半。因此，采用20 kV供電時，不對稱負(fù)荷對電能質(zhì)量的影響比采用10 kV供電時要小得多。

2.3 電壓降落分析

計算從母線到分支1T接點的電壓降落為：

從母線到分支2末端的電壓降落為：

從式（13，14）可知，在負(fù)荷相同的情況下，采用20 kV供電是分支1T接點和分支2末端的電壓降落僅為采用10 kV供電時電壓降落的一半。因此采用20 kV供電時電壓水平較高，供電半徑較大。

綜上所述，采用20 kV供電時，非線性負(fù)荷及不平衡負(fù)荷對電壓質(zhì)量的影響較采用10 kV供電時小，且供電時電壓水平較高，供電半徑大。

3 結(jié)束語

通過對20 kV和10 kV供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量方面的分析比較可知，采用20 kV供電時，非線性負(fù)荷及不平衡負(fù)荷所引起的電壓諧波含有率和電壓不平衡度都小于或等于采用10 kV供電時的一半。適應(yīng)目前配電網(wǎng)負(fù)荷性質(zhì)負(fù)載、負(fù)荷容量大、對電能質(zhì)量要求高的發(fā)展趨勢。

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