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        基于三相負(fù)荷不平衡的公用低壓臺(tái)區(qū)線路線損計(jì)算

        2011-07-12 17:38:00方向暉
        浙江電力 2011年9期
        關(guān)鍵詞:等值臺(tái)區(qū)三相

        方向暉

        (浙江省電力公司培訓(xùn)中心, 浙江 建德 311600)

        農(nóng)村電網(wǎng)

        基于三相負(fù)荷不平衡的公用低壓臺(tái)區(qū)線路線損計(jì)算

        方向暉

        (浙江省電力公司培訓(xùn)中心, 浙江 建德 311600)

        針對(duì)農(nóng)村公用配電變壓器低壓臺(tái)區(qū)線路的運(yùn)行特點(diǎn),提出了以三相負(fù)荷不平衡損失系數(shù)為主要因素的低壓臺(tái)區(qū)線路線損理論計(jì)算的數(shù)學(xué)模型和等值電阻計(jì)算方法,相對(duì)于傳統(tǒng)粗估計(jì)算法而言,大大提高了低壓臺(tái)區(qū)線路線損理論計(jì)算的精度。

        負(fù)荷;平衡;臺(tái)區(qū);電能損耗;計(jì)算

        0 引言

        配電網(wǎng)理論線損計(jì)算的經(jīng)典算法是等值電阻法,但等值電阻法適用于供電方式較為單一且三相負(fù)荷較平衡的 10 kV 公用配電網(wǎng)的線損理論計(jì)算,對(duì)農(nóng)村公用變壓器臺(tái)區(qū)低壓電網(wǎng)(以下稱低壓臺(tái)區(qū))卻不太適用,主要原因是低壓臺(tái)區(qū)的結(jié)構(gòu)和負(fù)荷特點(diǎn)與 10 kV 公用線路的差異過大。

        從供電方式看, 10 kV 公用線路只有三相三線制1種供電方式,而低壓臺(tái)區(qū)存在三相四線制主干線和分支線、三相三線制動(dòng)力負(fù)荷分支線和接戶線、低壓?jiǎn)蜗喽€制居民生活照明分支線和接戶線 3 種供電方式。 從負(fù)荷特點(diǎn)看, 10 kV 公用配電網(wǎng)的三相負(fù)荷較為平衡,而低壓臺(tái)區(qū)的負(fù)荷,特別是農(nóng)村公用低壓臺(tái)區(qū)的三相負(fù)荷是不平衡的, 其三相負(fù)荷的不平衡度遠(yuǎn)高于 10 kV 線路,三相四線制主干線和分支線零線電流的大小和相位隨三相負(fù)荷不平衡性的變化而變化。三相負(fù)荷不平衡是影響低壓臺(tái)區(qū)線損的主要因素之一,也是影響低壓臺(tái)區(qū)線損理論計(jì)算精度的主要因素之一。將不平衡損失系數(shù)引入低壓臺(tái)區(qū)等值電阻計(jì)算,有利于提高低壓臺(tái)區(qū)理論線損計(jì)算的精度,解決傳統(tǒng)粗估算法的精度問題。

        1 低壓臺(tái)區(qū)線損的計(jì)算

        1.1 單相二線制線路

        單相二線制線路的有功功率損失:

        式中: ΔP 為損失功率; Ipj為負(fù)荷平均電流; Ijf為負(fù)荷均方根電流;K為負(fù)荷形狀系數(shù);R為相導(dǎo)線的電阻。

        1.2 三相三線制線路

        三相三線制線路的有功功率損失:

        1.3 三相四線制線路

        當(dāng)?shù)蛪号_(tái)區(qū)三相負(fù)荷完全平衡時(shí),零線電流等于零,計(jì)算方法與三相三線制線路相同。當(dāng)三相負(fù)載不平衡時(shí),由于低壓臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷不平衡的復(fù)雜性,對(duì)三相四線制線路的有功功率損耗一般只作粗估計(jì)算,近似認(rèn)為零線的損耗為相線損耗的 1/2,由此得到:

        2 基于三相負(fù)荷不平衡的線損精確算法

        三相負(fù)載不平衡時(shí),零線上有電流存在而產(chǎn)生零線功率損耗,使三相四線制線路產(chǎn)生的總功率損耗大于三相四線制平衡供電線路。

        設(shè) IA>IB>IC,I0≠0, β1=IB/IA,β2=IC/IA,β1,β2大小反映了三相負(fù)荷電流的不平衡程度。設(shè)不平衡損失系數(shù)為 α,表示三相四線制線路中三相負(fù)荷電流不平衡時(shí)產(chǎn)生的理論線損值相對(duì)三相平衡時(shí)理論線損值的倍數(shù),理論推算可得:

        (1)當(dāng) IA=IB=IC, 即三相負(fù)荷完全平衡時(shí), β1=β2=1,α=1,說明三相四線制平衡供電與三相三線制供電的理論線損相等。

        (2)當(dāng) IA≠0, IB=IC=0, 即三相四線制供電變?yōu)閱蜗喙╇娺@種極平衡的狀態(tài)時(shí), β1=β2=0, α= 6, 說明在負(fù)荷大小和線路技術(shù)參數(shù)相同的條件下,三相四線制平衡供電理論線損是單相二線制供電理論線損的6倍。

        將式(4)中的 α 引入三相線路理論線損計(jì)算式,則三相四線制線路的功率損耗可表示為:

        顯然, 式(5)計(jì)算結(jié)果的精確度要高于式(3)的計(jì)算結(jié)果。

        3 基于三相負(fù)荷不平衡的等值電阻計(jì)算

        3.1 臺(tái)區(qū)的總等值功率損耗

        公用臺(tái)區(qū)低壓電網(wǎng)中單相二線制、三相三相制、三相四線制3種供電方式通常同時(shí)存在,將式(1), (2), (5)綜合考慮, 公用臺(tái)區(qū)低壓電網(wǎng)理論線損計(jì)算的一般表達(dá)式可統(tǒng)一表示為:

        式中:N為配電變壓器低壓出口電網(wǎng)結(jié)構(gòu)常數(shù),三相四線供電方式取 3α, 三相三線供電方式取3,單相二線制供電方式取 2;Rdz為臺(tái)區(qū)的總等值電阻; Ipj為線路首端負(fù)荷平均電流。

        注意在粗估計(jì)算中,對(duì)三相四線制線路式(6)中的結(jié)構(gòu)常數(shù) N 統(tǒng)一取 3.5 計(jì)算。

        3.2 臺(tái)區(qū)的總功率損耗

        將臺(tái)區(qū)線路從未端到首端、從分支線到主干線劃分為若干個(gè)計(jì)算線段,線段的劃分原則是:凡輸送的負(fù)荷、選用的導(dǎo)線型號(hào)、線段的長(zhǎng)度均相同者為一個(gè)線段,否則另作一個(gè)計(jì)算線段。此時(shí)臺(tái)區(qū)的總功率損耗為:

        式中: Ni為臺(tái)區(qū)各計(jì)算線段的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)常數(shù),取值方法與 N 相同; Ipji為臺(tái)區(qū)各計(jì)算線段的負(fù)荷平均電流; Ri為臺(tái)區(qū)各計(jì)算線段的等值電阻。

        3.3 臺(tái)區(qū)線路的等值電阻

        根據(jù)電網(wǎng)損耗的特點(diǎn),臺(tái)區(qū)的總等值功率損耗應(yīng)等于臺(tái)區(qū)的實(shí)際總功率損耗,即:

        所以:

        假設(shè)臺(tái)區(qū)電網(wǎng)的額定電壓為U,且各計(jì)算線段及首端的負(fù)荷形狀系數(shù)相等,即: k=ki

        則有:

        則,臺(tái)區(qū)的等值電阻為:

        式中: Ai為臺(tái)區(qū)各條 380/220 V 客戶電能表抄見電量;Ai∑為由某計(jì)算線段供電的低壓客戶電能抄見電量之和; Ri為某計(jì)算線段導(dǎo)線電阻; Ni為某計(jì)算線段線路結(jié)構(gòu)常數(shù),取值方法與N相同。

        4 基于三相負(fù)荷不平衡的等值電阻法計(jì)算臺(tái)區(qū)線路電能損耗實(shí)例

        4.1 計(jì)算步驟

        等值電阻法計(jì)算低壓臺(tái)區(qū)的理論線損,可歸納其計(jì)算步驟大致如下:

        (1)繪制出網(wǎng)絡(luò)的接線圖, 并將線路的主干線和分支線的計(jì)算線段劃分出來,接著逐段計(jì)算出負(fù)荷電量。

        (2)計(jì)算線路各分段電阻、線路等值電阻。

        (3)測(cè)算出線路首端的平均負(fù)荷電流。

        (4)實(shí)測(cè)各計(jì)算線段的三相電流, 并據(jù)此計(jì)算各線段的不平衡損失系數(shù) αi。

        (5)實(shí)測(cè)出線路的負(fù)荷曲線特征系數(shù)。

        (6)從用電或運(yùn)行的記錄中查取配電變壓器向低壓線路的實(shí)際供電時(shí)間、實(shí)抄供電電量。

        (7)將上面通過測(cè)定、 查取和計(jì)算求得的各個(gè)參數(shù)值代人公式,計(jì)算低壓配電網(wǎng)線路的理論線損電量。

        4.2 計(jì)算實(shí)例

        某低壓臺(tái)區(qū)的 1 條 380/220 V 配電線路, 某月運(yùn)行 402 h, 有功供電量為 9 760 kWh, 測(cè)算得負(fù)荷曲線特征系數(shù)為 1.16, 負(fù)荷功率因數(shù)為 0.85,臺(tái)區(qū)接線如圖1所示,其結(jié)構(gòu)參數(shù)已標(biāo)出,有3條支路的單相生活用電負(fù)荷、4條支路的三相動(dòng)力負(fù)荷的用電量已標(biāo)出,圖中線段⑦和⑩導(dǎo)線的電阻率為 0.92 Ω /km, 其余線段導(dǎo)線的電阻率為1.98 Ω /km,各線段三相電流值和不平衡損失系數(shù)計(jì)算值如表1所示,對(duì)該低壓臺(tái)區(qū)進(jìn)行線損理論計(jì)算。

        (1)計(jì)算線路首端的平均負(fù)荷電流:

        (2)等值電阻計(jì)算:

        圖1 低壓臺(tái)區(qū)接線示意圖

        表1 各線段三相電流值和不平衡損失系數(shù)計(jì)算值

        (3)低壓線路的理論線損電量:

        (4)低壓線路的理論線損率:

        (5)本臺(tái)區(qū)統(tǒng)計(jì)線損率:

        統(tǒng)計(jì)線損比理論線損高出 2.11%, 說明本臺(tái)區(qū)還有一定的降損潛力。

        上例中如采用傳統(tǒng)粗估計(jì)算法計(jì)算,則本臺(tái)區(qū)中所有三相四線制線段④, ⑦, ⑩及式(6)與(8)的結(jié)構(gòu)常數(shù) N 均取 3.5,計(jì)算方法與步驟與上述相同,等值電阻 Rdz的計(jì)算值為 0.22 Ω,兩種算法相差 15.45%, 臺(tái)區(qū)理論線損率為 8.04%, 兩種算法相差 6.22%。

        5 結(jié)語

        傳統(tǒng)的粗估計(jì)算方法中,對(duì)低壓三相四線制線路的理論線損計(jì)算式(6)與(8)中的結(jié)構(gòu)參數(shù) N值統(tǒng)一取 3.5,此計(jì)算方法是基于假設(shè)零線的損耗為相線損耗的一半這一前提得出,這一假設(shè)與實(shí)際低壓電網(wǎng)運(yùn)行特性顯然存在較大的差異,直接影響理論線損計(jì)算的精度?;谌嘭?fù)荷不平衡的低壓電網(wǎng)等值電阻和功率損耗計(jì)算,將三相不平衡損耗系數(shù)α直接引入低壓臺(tái)區(qū)線路的等值電阻和功率損耗計(jì)算中,使計(jì)算原理和數(shù)學(xué)模型更接近低壓電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行特性,有利于提高計(jì)算的精度。通過某供電所部分臺(tái)區(qū)的實(shí)測(cè)計(jì)算分析,基于三相負(fù)荷不平衡的低壓臺(tái)區(qū)線路理論線損計(jì)算法的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際線損更為接近。

        [1]方向暉. 供電所“三率”管理基礎(chǔ)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2010.

        [2]廖學(xué)琦.農(nóng)網(wǎng)線損計(jì)算分析與降損措施[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2003.

        [3]王抒祥.供電所管理[M].北京:中國(guó)電力出版社,2000.

        (本文編輯:楊 勇)

        Calculation of Line Loss for Public Low-voltage Transformer Areas Based on Unbalanced Three-phase Load

        FANG Xiang-hui
        (Zhejiang Electric Power Corporation Training Center, Jiande Zhejiang 311600, China)

        Based on the operation characteristics of the rural public low-voltage distribution transformer areas,this paper puts forward the theoretical calculation math model and the equivalent resistance calculation method of line loss in low-voltage transformer areas,in which the unbalanced three-phase load loss coefficient is considered as themain factor.Compared to the traditional estimation method, it greatly improves the accuracy of theoretical calculation of the line loss in these areas.

        load; balance;transformer area; power loss; calculation

        TM714.3

        : A

        : 1007-1881(2011)09-0057-04

        2011-02-11

        方向暉(1967-), 男, 浙江建德人, 副教授, 高級(jí)技師,長(zhǎng)期從事配電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)技術(shù)培訓(xùn)和教學(xué)研究工作。

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