阮永麗，彭輝，李彥杰，馬鈺林

(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，昆明 650011)

10 kV配電網(wǎng)線損理論計(jì)算模型探討

阮永麗，彭輝，李彥杰，馬鈺林

(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，昆明 650011)

根據(jù)影響10 kV配電網(wǎng)線損的九個(gè)因素，建立了七種典型負(fù)荷分布情況下的10 kV線路線損計(jì)算模型和配變損耗的理論計(jì)算模型，建立了10 kV配電網(wǎng)的線損理論計(jì)算方法，減輕了統(tǒng)計(jì)人員的工作量，準(zhǔn)確掌握排除了運(yùn)行管理因素以外10 kV配電網(wǎng)的線損范圍，為判斷配網(wǎng)損耗是否合理提供了參考依據(jù)，為超出線損范圍的配電網(wǎng)線損的修正提供了數(shù)據(jù)支撐。

配電網(wǎng)；理論線損；計(jì)算模型

0 前言

由于缺乏理論線損的計(jì)算依據(jù)和計(jì)算模型，電力企業(yè)要花費(fèi)大量的人力物力進(jìn)行線損統(tǒng)計(jì)工作，并以此判斷線損是否合理，找出降低線損的方法，制定對(duì)應(yīng)整改措施。以下探索10 kV配電網(wǎng)的線損理論計(jì)算方法，建立配電網(wǎng)理論線損計(jì)算模型，減輕統(tǒng)計(jì)人員的工作量，準(zhǔn)確掌握排除了運(yùn)行管理因素以外10 kV配電網(wǎng)的線損范圍，為判斷配網(wǎng)損耗是否合理提供參考依據(jù)，為超出線損范圍的配電網(wǎng)線損的修正提供數(shù)據(jù)支撐。

1 研究思路

10 kV配電網(wǎng)的基本組成是10 kV饋線。饋線首端經(jīng)過(guò)高壓降壓變壓器或母線與電網(wǎng)相連，末端經(jīng)低壓降壓變壓器與用戶相連。單條饋線內(nèi)的負(fù)荷波動(dòng)相對(duì)于一個(gè)地區(qū)的供電網(wǎng)來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)，故認(rèn)為饋線根節(jié)點(diǎn)的電壓是恒定的，電壓的大小由上級(jí)電網(wǎng)決定。給定饋線根節(jié)點(diǎn)的電壓及沿線各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷，則饋線的潮流分布就可完全確定。根據(jù)這一特點(diǎn)，10 kV配電網(wǎng)的線損計(jì)算以饋線為單位，這將提高計(jì)算速度。

由于每條饋線上包含有大量的配變電元件，在電能傳輸和能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)會(huì)產(chǎn)生損耗，由于每個(gè)元件上的運(yùn)行數(shù)據(jù)具有一定的隨機(jī)特性，收集這些運(yùn)行數(shù)據(jù)非常困難。為此，10 kV配電網(wǎng)理論線損計(jì)算方法就以盡量減少原始資料的收集范圍，通過(guò)合理的簡(jiǎn)化和近似方法來(lái)計(jì)算配電網(wǎng)中各元件存在的電能損耗。影響10 kV配電網(wǎng)線損的9個(gè)因素中，配變?nèi)萘拷M合情況和配變接入位置決定了變壓器的損耗；主干線路電阻情況、主干線路長(zhǎng)度、分支線路電阻情況、分支線路長(zhǎng)度、主干線路電流、分支線路電流和線路負(fù)荷分布系數(shù)決定了10 kV線路的損耗。除了負(fù)荷分布系數(shù)外，其他影響線路線損的因素，一旦導(dǎo)線型號(hào)確定，線路長(zhǎng)度確定，則相關(guān)數(shù)據(jù)就是固定值，故重點(diǎn)研究七種典型線路負(fù)荷分布情況下，負(fù)荷分布系數(shù)對(duì)10 kV線路的線損影響情況。

首先以10 kV線路和配變兩個(gè)配電網(wǎng)基本元件為著眼點(diǎn)，根據(jù)主干線路電阻組合、主干線路長(zhǎng)度、分支線路阻組合、分支線路長(zhǎng)度、主干線路電流和分支線路電流搭建不同負(fù)荷分布類型的架空線路和電纜線路損耗計(jì)算模型；根據(jù)配變?nèi)萘拷M合和配變接入位置搭建變壓器銅損和鐵損的計(jì)算模型；在此基礎(chǔ)上最終得到10 kV配電網(wǎng)的理論線損計(jì)算模型。

2 線損等值理論計(jì)算模型

2.1 線損等值理論計(jì)算模型建立

假定10 kV架空線路出口電流相同、沿線額定電壓相等、導(dǎo)體電阻率相同，找出7種典型負(fù)荷分布情況下的10 kV饋線負(fù)荷分布系數(shù)，建立7種典型負(fù)荷分布情況下的10 kV饋線線損等值理論計(jì)算模型。其中，L是架空線路長(zhǎng)度 (km)；p是負(fù)荷沿線均勻分布情況下，各負(fù)荷點(diǎn)三相功率 (即三相負(fù)荷密度)(kW/km)；p′是負(fù)荷沿線非均勻分布情況下，各負(fù)荷點(diǎn)功率 (即負(fù)荷密度)(kW/km)；Pi(i=1，2，…，7)是7種負(fù)荷分布對(duì)應(yīng)的線路始端傳輸三相有功功率(kW)；Ii(i=1，2，…，7)是7種負(fù)荷分布對(duì)應(yīng)的是沿線電流 (A)；U是沿線額定電壓 (kV)；cosφ是功率因數(shù)；Psi(i=1，2，…，7)是7種負(fù)荷分布對(duì)應(yīng)的是線路功率損失 (kW)；R是導(dǎo)線的電阻 (Ω)；r是單位長(zhǎng)度電阻 (Ω/km)；Ksi(i=1，2，…，7)是7種負(fù)荷分布系數(shù)；I是線路出口單相電流有效值 (A)。

2.1.1 負(fù)荷沿線均勻分布

圖1 負(fù)荷沿線均勻分布示意圖

當(dāng)0≤Lx＜L時(shí)，線路傳輸?shù)挠泄β室约熬€損表達(dá)式如下所示：

在Lx處，線路傳輸?shù)挠泄β适牵?/p>

線路全長(zhǎng)有功損耗是：

通過(guò)分析可知，負(fù)荷沿線均勻分布情況下，負(fù)荷分布系數(shù)Ks1取1。

2.1.2 負(fù)荷沿線分布均勻減少

圖2 負(fù)荷沿線分布均勻減少示意圖

當(dāng)0≤Lx＜L時(shí)，線路傳輸?shù)挠泄β室约熬€損如下所示：

當(dāng)Lx=0時(shí)，要有P2=P1，則需：

通過(guò)分析可知，負(fù)荷沿線分布均勻減少情況下，負(fù)荷分布系數(shù)Ks2取3/5。

2.1.3 負(fù)荷沿線分布均勻增加

圖3 負(fù)荷沿線分布均勻增加示意圖

當(dāng)0≤Lx＜L時(shí)，線路傳輸?shù)挠泄β室约熬€損如下所示：

當(dāng)Lx=0時(shí)，要使P3=P1(出口功率相同)，則需：

通過(guò)分析可知，負(fù)荷沿線分布均勻增加情況下，負(fù)荷分布系數(shù)Ks3取8/5。

2.1.4 負(fù)荷分布前半段增加、后半段減少

圖4 負(fù)荷沿線分布前半段均勻增加，后半段均勻減少示意圖

當(dāng)0≤Lx＜L/2時(shí)，不計(jì)后半段負(fù)荷的有功功率時(shí)，在Lx處線路傳輸有功功率：

當(dāng)2/L≤Lx≤L時(shí)，在Lx處線路傳輸有功功率是：

當(dāng)0≤Lx＜L/2時(shí)，考慮線路后半段有功負(fù)荷時(shí)，在Lx處線路傳輸有功功率是：

前半段的線路有功損耗是：

當(dāng)L/2≤Lx≤L時(shí)，

通過(guò)分析可知，負(fù)荷沿線分布前半段均勻增加而后半段均勻減少情況下，負(fù)荷分布系數(shù)Ks4取23/20。

2.1.5 負(fù)荷分布前半段減少、后半段增加

圖5 負(fù)荷沿線分布前半段均勻減少，后半段均勻增加示意圖

當(dāng)0≤Lx＜L/2時(shí)，不計(jì)線路后半段負(fù)荷有功功率時(shí)，在Lx處線路傳輸?shù)挠泄β适牵?/p>

當(dāng)2/L≤Lx≤L時(shí)，在Lx處線路傳輸?shù)挠泄β剩?/p>

當(dāng)0≤Lx＜L/2時(shí)，考慮線路后半段的負(fù)荷時(shí)，在Lx處線路傳輸有功功率是：

當(dāng)Lx=0時(shí)，欲使P′5=P1，則需：p′=2p

線路前半段有功損耗是：

通過(guò)以上的分析，負(fù)荷沿線分布前半段均勻減少而后半段均勻增加情況下，負(fù)荷分布系數(shù)Ks5取9/10。

2.1.6 負(fù)荷分布先均勻增加后減少

圖6 負(fù)荷沿線分布先均勻增加，后均勻減少示意圖

當(dāng)0≤Lx＜ηL時(shí)，不考慮ηL到L這一段線路的負(fù)荷，在Lx處線路傳輸?shù)挠泄β剩?/p>

當(dāng)ηL≤Lx≤L時(shí)，在Lx處線路傳輸?shù)挠泄β适牵?/p>

當(dāng)0≤Lx＜ηL時(shí)，考慮ηL到L這一段線路的負(fù)荷，在Lx處線路傳輸有功功率是：

當(dāng)Lx=0時(shí)，欲使P′6=P1，則需：p′=2p

線路前段 (0到ηL)消耗的有功功率是：

線路后段 (ηL到L)消耗的有功功率是：

線路全長(zhǎng)消耗的有功功率是：

通過(guò)分析可知，負(fù)荷沿線分布先均勻增加后均勻減少情況下，負(fù)荷分布系數(shù) Ks6取

2.1.7 負(fù)荷分布先均勻減少后增加

圖7 負(fù)荷沿線分布先均勻減少，后均勻增加示意圖

當(dāng)0≤Lx＜ηL時(shí)，不考慮ηL到L這一段線路的負(fù)荷，在Lx處線路傳輸?shù)挠泄β剩?/p>

當(dāng)ηL≤Lx≤L時(shí)，在 Lx處線路傳輸?shù)挠泄β剩?/p>

當(dāng)0≤Lx＜ηL時(shí)，考慮ηL到L這一段線路的負(fù)荷，在Lx處線路傳輸有功：

當(dāng)Lx=0時(shí)，欲使P′7=P1，則需：p′=2p

線路從0到ηL這一段的有功損耗是：

當(dāng)ηL≤Lx≤L時(shí)，

線路從ηL到L這一段的有功損耗是：

線路全長(zhǎng)有功損耗是：

通過(guò)分析可知，負(fù)荷沿線分布先均勻減少而后均勻增加情況下，負(fù)荷分布系數(shù) Ks7取

2.2 損耗等值理論計(jì)算模型建立

2.2.1 銅損等值理論計(jì)算模型

變壓器銅損分為基本銅耗和附加銅耗兩部分，前者指電流在一次繞組和二次繞組中引起的電阻損耗，后者是由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)而額外增加的一部分損耗，數(shù)值較小，忽略不計(jì)。銅耗PCu可以表示為原副邊線圈的電阻引起的損耗值之和，如下所示：

其中，mT是線路配變總臺(tái)數(shù)；ΔPki是第i臺(tái)配變短路損耗功率 (kW)；Ipi是流過(guò)第i臺(tái)配變的電流 (A)；Iei是第i臺(tái)配變額定電流 (A)。

2.2.2 鐵損等值理論計(jì)算模型

變壓器鐵損可分為基本鐵損和附加鐵損，前者指正常情況下主磁通在鐵芯中引起的磁滯和禍流損耗；后者包括因?yàn)楣桎撈^緣損傷在鐵芯中引起的局部渦流損耗和在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等，忽略不計(jì)。則鐵損PFe如下所示：

其中，mT是線路配變總臺(tái)數(shù)；ΔP0i是第i臺(tái)配變空載損耗功率 (kW)；Ufi是第i臺(tái)配變分接頭電壓 (kV)；Uavi是第i臺(tái)配變接入點(diǎn)電壓 (kV)。

2.3 線損理論計(jì)算模型

10 kV配電網(wǎng)線損 Ploss理論計(jì)算模型如下所示：

其中，Ploss，主干是 10 kV 主干線路損耗；Ploss，分支是10 kV分支線路損耗；Ploss，銅損是配變銅損；Ploss，鐵耗是配變鐵耗；Ks是負(fù)荷分布系數(shù)；I主干是主干線路電流；R主干是主干單位長(zhǎng)度電阻；L主干是主干長(zhǎng)度；I分支是分支線路電流；R分支是分支線路單位長(zhǎng)度電阻；L分支是分支線路長(zhǎng)度；mT是線路所含公變的臺(tái)數(shù)；ΔPki是第i臺(tái)公變的額定負(fù)載損耗；Ipi是流過(guò)第i臺(tái)配變的電流；Iei是第i臺(tái)配變額定電流；ΔP0i是第i臺(tái)公變的鐵耗；Ufi是第i臺(tái)配變分接頭電壓；Uavi是第i臺(tái)配變接入點(diǎn)電壓。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析，找到影響10 kV配電網(wǎng)線損的9個(gè)因素：配變?nèi)萘拷M合、配變接入位置、主干電阻組合、主干線路長(zhǎng)度、分支電阻組合、分支線路長(zhǎng)度、主干線路電流、分支線路電流和負(fù)荷分布系數(shù)，建立了7種典型負(fù)荷分布情況下的10 kV線路線損計(jì)算模型和配變損耗的理論計(jì)算模型，建立了10 kV配電網(wǎng)的線損理論計(jì)算方法。

采用以上模型的計(jì)算結(jié)果與傳統(tǒng)方式計(jì)算結(jié)果比較，差值小于±5%，而且由于此理論計(jì)算算法的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)規(guī)模減少，計(jì)算效率提高，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度較高，計(jì)算方法操作性強(qiáng)，簡(jiǎn)便易行。但因?yàn)檠芯刻岢龅挠?jì)算模型是僅考慮3～5個(gè)主要影響因素的簡(jiǎn)化模型，因此計(jì)算結(jié)果與實(shí)際數(shù)值有一定的偏差，所以制定模型驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)的偏差范圍為0～10%。

[1] 廖學(xué)琦.線損理論計(jì)算與線損計(jì)算 [M].河南：科學(xué)教育出版社，1990.

[2] 中國(guó)南方電網(wǎng).線損理論計(jì)算技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) [S].Q/CSG 1 1301-2008.

[3] 余旭陽(yáng).中低壓配電網(wǎng)理論線損計(jì)算方法探討 [J].湖南電力，2008(28)：38-39.

Discussion on Establishment of Theoretical Line Loss Calculation Model for 10 kV Distribution Network

RUAN Yongli，PENG Hui，LI Yanjie，MA Yulin
(Kunming Power Supply Bureau，Yunnan Power Grid Co.，Ltd.，Kunming 650011，China)

Based on nine factors that influence 10 kV Power Distribution Line Loss，established line loss calculation model 10 kV line seven typical case load distribution and distribution transformer loss theoretical calculation model，the establishment of a theoretical line loss calculation method of 10 kV distribution network，reducing the workload of statisticians，accurately grasp the scope of the exclusion of the line loss than 10 kV distribution network operation and management factors to determine whether it is reasonable loss distribution network provides a reference for the amended distribution network line loss is beyond the scope of line loss data provided support.

power distribution network；theoretical line loss；calculation model

TM74

B

1006-7345(2015)06-0065-06

2015-09-02

阮永麗 (1973)，女，高級(jí)工程師，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，從事電網(wǎng)規(guī)劃、供電方案制定、配網(wǎng)項(xiàng)目可研方面的研究工作 (e-mail)516671889＠qq.com。

彭輝 (1985)，男，工程師，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，從事電網(wǎng)規(guī)劃、節(jié)能環(huán)保等方面的研究工作 (e-mail) ph95598＠qq.com。

李彥杰 (1983)，男，工程師，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，從事電網(wǎng)規(guī)劃、供電方案制定、配網(wǎng)項(xiàng)目可研方面的研究工作 (e-mail)135348412＠qq.com。