盧嘉 劉嶸

【摘要】在配電系統(tǒng)中，電流通過(guò)電纜和設(shè)備到達(dá)末端時(shí)，總會(huì)有一定的電壓損失。電壓損失的產(chǎn)生會(huì)造成電能的損失和電能利用率的降低，因此電壓損失的大小對(duì)供電企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益有著重大的影響，電壓損失越低，經(jīng)濟(jì)效益就越好。本文的研究對(duì)象是10kV配電系統(tǒng)，探究了10kV配電系統(tǒng)電壓損失產(chǎn)生的原因，如何計(jì)算電壓損失以及如何最大程度地降低電壓損失等內(nèi)容，以期為相關(guān)人士提供參考。

【關(guān)鍵詞】10kV配電系統(tǒng)；電壓損失；計(jì)算方法；解決方法

1、前言

10kV配電系統(tǒng)是一種高壓配電系統(tǒng)，常用于大型工廠、區(qū)域配電或遠(yuǎn)距離電力傳輸。無(wú)論在高壓配電還是低壓配電過(guò)程中，都會(huì)出現(xiàn)電力沿電纜傳輸時(shí)其電壓隨著傳輸距離增加而逐漸下降的現(xiàn)象，我們稱其為電壓損失。若電壓損失過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)或設(shè)備端電壓不足，設(shè)備欠壓運(yùn)行乃至無(wú)法運(yùn)行，造成使用不便和經(jīng)濟(jì)損失。因此在配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，都要注意計(jì)算或測(cè)量電壓損失，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電壓損失過(guò)大時(shí)，要分析出壓降的主要原因，并及時(shí)采取措施控制壓降，從而減少經(jīng)濟(jì)損失。

2、電壓損失的原因

電壓損失的根本原因是系統(tǒng)中的電纜或電氣設(shè)備存在阻抗，導(dǎo)致電流在傳輸過(guò)程中總會(huì)損失一部分變?yōu)闊崮堋?/p>

2.1線路太長(zhǎng)

電力的傳輸是沿著電纜進(jìn)行的，無(wú)論電纜芯是什么材質(zhì)，其本身總具有一定的電阻和電抗。因此當(dāng)有電流通過(guò)電纜時(shí)，就會(huì)消耗一部分電能，進(jìn)而導(dǎo)致電壓下降。電纜越長(zhǎng)，其電阻、電抗就越大，傳輸時(shí)電壓損失就越多。這部分損失是無(wú)法徹底消除的，但可以采取一些方法減少損失。

與低壓配電系統(tǒng)電阻造成大部分的電壓損失不同，在高壓配電系統(tǒng)中，電纜電抗造成的電壓損失較為明顯。特別是在特高壓配電中，無(wú)功功率在電抗上產(chǎn)生的壓降占電壓損失的很大部分。

2.2電纜截面

除了電纜長(zhǎng)度，電纜的截面積也影響電壓損失的程度。同樣長(zhǎng)度的電纜，其截面越小，電纜的電阻就越大。因此在電力傳輸時(shí)，所用電纜的截面越小，電壓損失的就越多。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，截面越小的電纜越便宜，所以出于經(jīng)濟(jì)的角度我們會(huì)選擇截面盡量小的電纜。但其截面小也有一個(gè)底線，就是要保證配電系統(tǒng)在正常甚至過(guò)壓運(yùn)行狀態(tài)下，電纜的發(fā)熱程度和電壓損失百分比都符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.3其他原因

除了以上兩個(gè)原因，電壓損失還可能是受沖擊性負(fù)荷或三相負(fù)載不平衡影響而產(chǎn)生的。沖擊性負(fù)荷指短時(shí)間內(nèi)超出額定負(fù)荷的負(fù)荷。例如大功率電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，其電流會(huì)達(dá)到額定電流的數(shù)倍。沖擊負(fù)荷會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生明顯的諧波影響，其表現(xiàn)就包括電壓損失。三相負(fù)載不平衡是指三相系統(tǒng)有初相位差或幅值差。三相負(fù)載不平衡現(xiàn)象也會(huì)產(chǎn)生諧波影響，導(dǎo)致電壓下降。

另外，電氣設(shè)備功率因數(shù)不高也會(huì)導(dǎo)致壓降，因?yàn)楣β室驍?shù)低證明電路的無(wú)功功率大，相應(yīng)的電壓損失也多。

3、電壓損失計(jì)算方法

不同配電系統(tǒng)對(duì)電壓損失的底線要求是不同的，一般我們要求配電線路的末端電壓損失不超過(guò)5%，若超過(guò)規(guī)定值我們就有必要查明壓降的主要原因，并加以控制。目前常用的電壓損失計(jì)算方法有電壓損失法和負(fù)荷力矩法兩種，這兩種方法有著不同的適用范圍，算出的電壓損失不完全相同。為了分析方便，我們一般把電壓損失表示為系統(tǒng)所損失電壓占輸入端電壓的百分比。

3.1電壓損失法

電壓損失法較為簡(jiǎn)單，其適用范圍為計(jì)算電流滯后電壓的電路的電壓損失，這種電路多為電感電路。

計(jì)算公式如下：

式中：——電壓損失百分比，%；

U1——首端電壓，V；

U2——末端電壓，V。

在設(shè)計(jì)階段，我們不知道末端電壓。這時(shí)可以根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，使用以下公式計(jì)算電壓損失：

式中：——電壓損失百分比，%；

Ue——額定電壓，V；

P——線路負(fù)荷，kW；

L——電纜長(zhǎng)度，km；

r0——電纜單位長(zhǎng)度電阻，Ω/km；

x0——電纜單位長(zhǎng)度電抗，Ω/km；

——線路功率因素角的正切值。

需注意該公式不可用于電流超前電壓的電路，而且只可用在10kV以上線路的壓降運(yùn)算中。大多數(shù)10kV配電系統(tǒng)的電壓損失都是按電壓損失法來(lái)計(jì)算的。

3.2負(fù)荷力矩法

負(fù)荷力矩法適用于電流超前電壓的電路的電壓損失，此類電路可能為電容電路或某些特殊電路，如長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)的10kV鐵路自閉貫通配電系統(tǒng)等。

其具體計(jì)算步驟如下：

①計(jì)算總用電最大負(fù)荷；②計(jì)算最大負(fù)荷的等效距離L；③計(jì)算最大負(fù)荷力矩；④依照電纜芯材質(zhì)查負(fù)荷力矩表，計(jì)算電壓損失1%時(shí)的負(fù)荷力矩MC；⑤計(jì)算電壓損失。

4、降低電壓損失的方法

4.1減少系統(tǒng)阻抗

通過(guò)上面的分析，我們可以知道，系統(tǒng)中電纜和其它電氣設(shè)備的電阻和電抗是產(chǎn)生壓降的主要原因。對(duì)于10kV配電系統(tǒng)這樣的高壓系統(tǒng)而言，我們要格外注意系統(tǒng)的電抗。如：減少配電系統(tǒng)的變壓次數(shù)，適當(dāng)增大電纜的截面大小等。該方法一般用于設(shè)計(jì)階段，當(dāng)配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)初步完成后，驗(yàn)算電壓損失是否達(dá)標(biāo)，若不達(dá)標(biāo)，再修改電纜截面大小等參數(shù)。如果配電系統(tǒng)已經(jīng)建成，再使用該方法的話，可能不得不更換電纜或元件，造成大量的人力和資金浪費(fèi)。

4.2調(diào)整變壓器

通常日間配電系統(tǒng)中負(fù)荷較重，致使配電系統(tǒng)內(nèi)電壓較低。此時(shí)發(fā)電廠工作人員會(huì)把變壓器的高壓線圈分接頭接在-5%附近位置。但夜間沒(méi)有工人值班，系統(tǒng)內(nèi)負(fù)荷變小，電壓升高，但分接頭還在原位。為了解決這一問(wèn)題，可以安排夜班人員在夜間調(diào)整變壓器或?qū)⒆儔浩髑袛?，改為采用和它相通的低壓?lián)絡(luò)線。這樣不僅能防止電壓過(guò)高，還能減少電壓損失。

4.3無(wú)功功率補(bǔ)償

配電系統(tǒng)中常有較多的感性負(fù)荷，這些負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生大量相位滯后的無(wú)功功率。無(wú)功功率的產(chǎn)生導(dǎo)致電氣設(shè)備的功率因素降低，進(jìn)而導(dǎo)致電壓損失。為了控制無(wú)功功率，我們可以采用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備對(duì)其加以補(bǔ)償，如專門(mén)用來(lái)補(bǔ)償無(wú)功功率的并聯(lián)電容器和同步補(bǔ)償機(jī)。這些無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備可以生成相位超前的無(wú)功功率，與系統(tǒng)中存在的相位滯后的無(wú)功功率進(jìn)行中和。這一方法對(duì)于降低電壓損失，提高設(shè)備功率因素有著顯著的效果，而且相對(duì)第一種方法而言，無(wú)功功率補(bǔ)償具有更高的性價(jià)比。

5、結(jié)束語(yǔ)

為了遠(yuǎn)距離輸送大容量的電力，電力公司通常會(huì)采用升高電壓、降低電流的方法來(lái)減少線纜的經(jīng)濟(jì)投入。在電力輸送時(shí)，若電壓損失過(guò)大，將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。但由于配電系統(tǒng)內(nèi)的電阻電抗是客觀存在的，我們無(wú)法徹底消除電壓損失，只能通過(guò)一些方法來(lái)減少損失。電壓損失計(jì)算的公式還有很多，本文只介紹了兩種常用的適合10kV配電系統(tǒng)的方法，希望對(duì)相關(guān)人員計(jì)算壓降有所幫助。在選擇方法時(shí)，應(yīng)從電壓損失率的大小和系統(tǒng)實(shí)際情況出發(fā)，選擇能使效益最大化的方案。

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