（农业电气化与自动化专业论文）20kv中压配电网的优化设计.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果 也不包含为获得沈阳农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意 研究生签名 时间 年 月f 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解沈阳农业大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权保留送 交论文的复印件和磁盘 允许论文被查阅和借阅 可以采用影印 缩印或扫描等复制手 段保存 汇编学位论文 同意沈阳农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表 传播学 位论文的内容 保密的学位论文在解密后应遵鲁 j l t 协议 研究生繇丐稔 导师签名 冶磊芝 抵j 7 年i 窍7 b ii 时间2 扣7 钳口夕日 沈阳农业大学硕七学位论文 摘要 随着我国电力负荷密度与用电量的极大增长 广泛应用于中压配电网的l o k v 电压级 已明显暴露出在输电距离 输电功率 电能损失等方面的不足 2 0 k v 电压级在中压配网 中势在必行之时 对2 0 k v 配网中的一些关键性问题进行合理规划是十分必要的 为此 本文在论证了实施2 0 k v 中压配电网的经济 技术可行性的基础上 对2 0 k v 中压配电网的 网架 中性点运行方式 配电网自动化等方面做了优化设计 主要研究内容与成果如下 1 对我国常用的六种电压制方案 根据工程经济学的观点 推导并建立了以单位面积 计算费用最小为目标函数的经济指标的计算模型 在满足技术可行性条件下 计算在不同 负荷密度时单位面积的年计算费用 从而论证了2 0 k v 中压配电网的经济 技术可行性 并用具体实例加以说明 2 从经济性和可靠性两方面 采用单位年负荷费用最小为目标函数的经济学理论和 配电网可靠性评估的传统方法 故障模式后果分析法 对2 0 k v 中压配电网的架空线路和 电缆线路的几种具有代表性的接线模式进行了分析 优化 3 通过对国内外中压配电网中性点接地方式情况的分析 对2 0 k v 中压配电网的不同 情况应采取何种接地方式进行了研究 并提出了合理化建议 4 设计了2 0 k v 中压配电网自动化方案 并对其结构 系统功能 馈线自动化 设备 技术要求 经济技术效益等方面的问题进行了论述 5 对2 0 k v 配电网中线路 变压器 开关 过电压保护 防雷保护 继电保护等方面 的问题进行了规划研究 提出了优化方案 2 0 k v 电压级在我国中压配电网中的应用不仅在经济上是优越的 而且在技术上是可 行的 为了适应日益增长的负荷需求 今后在电网改造及新电网建设过程中应大力发展 2 0 k v 中压配电网 关键词 2 0 k y 优化 接线模式 中性点 配电自动化 a b s t t a c t a b s t r a c t w i t ht h eg r e a tg r o w t ho fp o w e rl o a dd e n s i t ya n dt h ec o n s u m p t i o ni nc h i n a 1 0 k v d i s t r i b u t i o nv o l t a g el e v e lw i d e l yu s e df o rm e d i u mv o l t a g eo f h a so b v i o u s l ye x p o s e di t ss h o r t a g e a tt h ea s p e c t so f t r a n s m i s s i o nd i s t a n c e p o w e rt r a n s m i s s i o na n de n e r g yl o s s t 1 l ea p p l i c a t i o no f 2 0 k vv o l t a g el e v e li nt h em e d i u m v o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k si si m p e r a t i v e t h e r e f o r ei ti s v e r yn e c e s s a r yt oh a v ear e a s o n a b l ep l a n n i n ga b o u ts o m ek e yi s s u e si n2 0 k vd i s t r i b u t i o n n e t w o r ks ot h a tc o n s t r u c t i o ns e c t o rc o n s u l t si nt h ep r o c e s so ft h et r a n s f o r m a t i o no fp o w e r n e t w o r k s i nt h i sp a p e r o nt h eb a s i so fp r o v i n gt h ee c o n o m i ca n dt e c h n i c a lf e a s i b i l i t yo f2 0 k v m e d i u mv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k t h eo p t i m a ld e s i g ni ss t u d i e da b o u t2 0 k vm e d i u mv o l t a g e d i s t r i b u t i o ns t r u c t i o n n e u t r a lm o d eo f o p e r a t i o n d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o na n ds oo n 1 1 1 ec o n t e n t a n dm a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s 1 a c c o r d i n gt ot h ea t t i t u d eo fe n g i n e e r i n ge c o n o m i c s t h e r e 黜u s u a l l ys i xv o l t a g e p a t t e r n si nm yc o u n t r y c a l c u l a t i o nm o d e li se s t a b l i s h e dw h o s eo b j e c t i v ef u n c t i o nm a k e su n i t a 嘲c a l c u l a t i o nc o s tl e a s t i ns a t i s f y i n gt h ec o n d i t i o no f t e c h n i c a lf e a s i b i l i t y c a l c u l a t i n gt h eu n i t a r e a sy e a rf e ei nd i f f e r e n tl o a dd e n s i t y s ot h ee c o n o m i ca n dt e c h n i c a lf e a s i b i l i t yo f2 0 k v m e d i u mv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ka r ed e m o s t m t e dw i t hs p e c i f i ce x a m p l e st oi l l u s t r a t et h i s 2 u s i n ge c o n o m i c st h e o r yw i mt h eo b j e c t i v ef u n c t i o nw h o s eu n i ty e a rl o a di sm i n i m u m a n dt r a d i t i o n a lm e t h o df o rd i s t r i b u t i o nn e t w o r kr e l i a b i l i t ya s s e s s m e n t f a u l tm o d e c o n s e q u e n c e a n a l y s i s f r o mt w oa s p e c t si ne c o n o m i ca n dr e l i a b i l i t y s e v e r a lr e p r e s e n t a t i v ec o n n e c t i o nm o d e s f o r2 0 k vm e d i u mv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k a e r i a ll i n ea n dc a b l el i n ea l ea n a l y s i s e da n d o p t i m i z e d 3 b a s e do na n a l y s i st h em o d e so fd i s t r i b u t i o nn e t w o r kn e u t r a lg r o u n d i n ga th o m ea n d a b r o a d r a t i o n a l i z a t i o np r o p o s a l sa r eb r o u g h tf o r w a r da b o u tw h i c hm o d es h o u l db et a k e nt ot h e d i f f e r e n tc i r c u m s t a n c e si n2 0 k vm e d i u mv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k 4 2 0 k vm e d i u mv o l t a g ed i s t r i b u t i o na u t o m a t i o np r o g r a mi sd e s i g n e d s o m ep r o b l e m s s u c h 嬲i t ss t r u c t u r e f u n c t i o n f e e d e ra u t o m a t i o n e q u i p m e n tt e c h n i c a lr e q u i r e m e n t s e c o n o m i c a n dt e c h n o l o g i c a lb e n e f i t sa n do t h e ri s s u e sa r ed i s c u s s e d 5 n l ep r o b l e m so f2 0 k vd i s t r i b u t i o nn e t w o r kl i n e s t r a n s f o r m e r s s w i t c h e s o v e r v o l t a g e p r o t e c t i o n l i g h t n i n gp r o t e c t i o n r e l a yp r o t e c t i o na r cs t u d i e d t h eo p t i m a lp r o g r a mi sp u t f o r w a r d 1 1 1 eu s eo f2 0 k vm e d i u mv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ki n m yc o u n t r yi s n o to n l y s u p e r i o r i t yi ne c o n o m y b u ta l s oi sf e a s i b i l i t yi nt e c h n o l o g y w mt h ei n e r e u s i n gd e m a n do ft h e l o a d w es h o u l dd e v e l o p2 0 k vm e d i u mv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kd e e p l yi nt h ep r o c e s so f e l e c t r i cn e t w o r kr e f o r ma n dn e wn e t w o r kr e b u i l d k e y w o r d s 2 0 k v o p t i m i z a t i o n c o n n e c t i o nm o d e n e u t r a ld o t d i s t r i b u t i o np o w e r a u t o m a t i o n 2 沈阳农业大学硕士学位论文 第一章前言 1 1 中压配电网的概念及电网电压制现状 电力系统是由发电厂 变电所 输配电线路和用户的电气装置连接而成的一个整体 包括电能的生产 输送 分配和消费 它由发电系统 输电系统 配电系统三个环节组 成的 其中配电系统担当着电能的分配和消费功能 具体是将变电站或小型发电厂的电 力输送给每一个用户 并在必要的地方转换成适当的电压等级 王锡凡 1 9 9 4 本论文 所研究的中压配电网是指配电系统的中压部分 它主要指l o 3 5 k v 配电网络 电网电压等级是不断演变的 大都随着用电水平及工业化程度的提高 以及全系统 发电量的增长而相应的逐级增高 由于每个国家的具体情况不同 随着经济建设及工业 化程度的发展 各国都先后建立了不同电压的电网 按其在电网中的主要功用 通常可 分为超高压输电电压 高压输电电压 高压配电电压 简称高配电压 中压配电电压 简 称中配电压 也称一次配电电压 低压配电电压 简称低配电压 也称二次配电电压 世界各国普遍认为 减少变电层次 提高配电网电压是增大配网输送能力和供电半径 减少配电网损耗 改善电压质量的最有效 最经济的办法 例如 英国将原有七级电网电压等级 4 0 0 2 7 5 1 3 2 6 6 3 3 l i 0 4 1 s k y 改造为 4 0 0 1 3 2 3 3 0 4 1 5 k v 4 级 法国将原有电压等级为两个系列计八级 3 8 0 2 2 5 1 5 0 9 0 及 6 3 2 0 5 0 3 8 k v 改造为3 8 0 2 2 5 9 0 及6 3 2 0 0 3 8 k v 两系列计六级 且将来准备用 7 5 0 k v 替代3 8 0 k v 美国各地的配电电压近几十年来也正在逐步改造为3 4 5 k v 2 3 k v 据悉一些经济比较发达的国家早已将2 0 k v 左右的电压正式作为中压配电网的一个 电压等级 如美国 加拿大 巴西 法国 德国 匈牙利 保加利亚 日本 韩国 新 加坡 印尼 泰国和马来西亚等国家 并取得了很好的经济效益 例如 早在6 0 年代 初期韩国城网的线损率高达2 9 4 经采取提高输电电压 加强监测 防盗电等活动之 后 到7 0 年线损仍保持在1 1 以上 继续采取上述措施再降低线损似乎已不起作用 连续多年仅使线损率下降了0 5 8 0 年代初韩国进一步采取提高一次配电电压的措施 将原有3 3 6 6 k v 配电线升高为2 2 9 k v 之后 1 9 8 5 年线损率才从1 1 降低到5 9 国外许多学者研究认为 在选择电压等级和确定电网电压制时 要在一定的发展水 平和速度条件下 新增输电电压与原有电压之间 通常要按2 5 3 5 倍考虑 除输电容 量和距离两个实际条件外 一般在发展速度较快时 趋向于加大等级间的跨距 倍数 在新的一级输电电压出现后 原有电压等级则需按照发展水平与速度相应地分期进行简 前言 化 原输电电压将逐步退为高压供电电压 简化原则是使低压到最高输电电压之 白j 总共 不超过4 5 级 具体做法则是分别而逐步地分期实行升压改造 曾鼎刚 1 9 9 6 姜祥生 1 9 9 9 在我国目前已初具规模的城乡电网中 超高压输电电压等级有3 3 0 k v 5 0 0 k v 除以 2 2 0 k v 作为高压输电电压外 我国大部分地区都采用3 5 k v 与1 l o k y 东北地区用6 6 k v 为高压配电电压 以l o k v 为中压配电电压 2 2 0 3 8 0 v 为低压配电电压 除东北地区实 行2 2 0 6 6 1 0 o 4 k v 四级电压制外 全国大部分地区都采用2 2 0 1 1 0 3 5 1 0 0 4 k v 五级 电压制 现阶段我国中压配电网电压大都采用l o k v 它在采用初期时 我国电网的发展过程 确实起过重要的促进作用 电力工业部在1 9 5 6 2 2 曾以设计刘字第1 3 1 号文向全国发布 了 关于在大的城市推行l o k v 高压配电的命令 明确提到 因为原有配电线路容量 的利用渐达极限 电压质量也难以保证 出线回数的增加也给设计和施工带来很大的问 题 推行l o k v 电压并不排斥其他电压的合理使用 特别是在大的城市目前采用3 5 k v 电压 环路的必要性和今后选择较l o k v 更高的配电电压的可能性 事物的不断发展都有它一 定的内在规律 当达到另一更高阶段与层次时 它会逐渐地向反面转化并日益显出其消 极 不利或限制作用 如l o k v 配电电压 过去宜于我国建国初期较小的电力负荷密度 较低水平的经济建设与发展需要 而7 0 年代后期 我国转入经济建设轨道 实行改革开 放以来 国民经济大幅度增长 人民生活水平普遍提高 电力负荷相应地增长几倍 几 十倍甚至上百倍 如果配电网还停留在l o k v 供电肯定是难以胜任了 不适合性问题会 同益明显 孙西骅等 1 9 9 6 出现上述情况 就发展过程是符合实际的也是难免的 关键是在跨步不大 又显繁 多的电压等级出现后 要正确而适时的进行筛选并对电网电压制进行合理改造 以实施 优化组合方案 将当时颇具价值其后失去积极意义的电压等级舍弃 剔出于标准等级外 或与淘汰 过去曾对2 0 k v 被淘汰 与6 6 k v 列为非标准等级 这样做了 但在2 2 0 k v 出 现并获得广泛发展 成为全中国绝大部分地区主网电压的情况下 究竟该如何处置呢 是肯定它而将1l o k v 和3 5 k v 简化为6 6 k v 还是否定它使之将为ll o k v 再继续发展3 3 0 k v 应该看到 在我国当时并不高的负荷密度与用电水平下 确立l o k v 中压配电电压等级无 疑是较为适合的 此前提下 以l o k v 为基础向上采用3 5 k v 与1 l o k v 电压级 合乎 几何 均值 规律与 求3 舍2 原则 是经济合理的 但是再向前发展 上一级却选择 2 2 0 k v 4 沈阳农业大学硕士学位论文 即成了2 2 0 i l o 3 5 l o k v 电压制 今日看来不是非常合理 首先 1 l o k v 与2 2 0 k v 问不合乎上述规律与原则 3 5 k v 与3 3 0 k v 的几何均值方为i l o k v 若肯定l l o k v 则其后应发展3 3 0 k v 尤其是2 2 0 k v 仅为i l o k v 的二倍 当在 舍 之列 这样的电压制 必然导致两级电压所覆盖的供电面积重叠过多 造成变送电设备的容量 重复 网损率与无功损耗增大 不能有效的发挥各级电压的应有作用等问题 如今实践 中虽已采用多种措施 但仍然造成电网供配电能力不足 电压质量差 网损率高 电网 经济运行差等问题 这在一定程度上加剧了整个电网供电的被动局面 延缓电网自身发 展 影响到国家建设事业的突飞猛进 分析起来 2 2 0 k v 和1 l o k v 两级间的跨距过小将很 难否认是一种 先天性 的缺陷 其次 2 2 0 k v 与6 6 k v 及2 0 k v 之间很好地遵循了 几何均值 规律与 求3 舍2 原则 故决策采用2 2 0 k v 级时 如果是考虑国民经济的发展 用电水平和负荷密度的提高而欲 抬高中压配电电压为2 0 k v 则宜在建立2 2 0 k v 级后适时面有计划的将原1l o k v 和3 5 k v 简化 为6 6 k v 级 减少变电层次 同时将l o k v 升压改造为2 0 k v 而避免出现2 2 0 i 1 0 3 5 1 0 k v 这种四级电压制 在肯定2 0 k y 为配电电压的基础上 向上建立6 6 k v 是十分合理的 这种 2 2 0 6 6 2 0 k v 电压制确属优化方案 它不但提高中压配电电压使之适应较高负荷密度的 要求 还同时简化了电压等级 减少变电层次 这有利于提高电网运行的经济性 结合 我国目前各地电网负荷的实际及其发展趋势 以l o k v 作为配电电压实己显出偏低 因其 供电半径短 输送能力不足 配电损失过高 现在世界上许多国家都已改用2 0 k v 左右的 电压等级作为中压配电电压 因为它能够适应较高的负荷密度及其进一步增长的需要 针对我国绝大部分地区的2 2 0 1 1 0 3 5 1 0 k v 四级电压制所存在的缺陷 东北电网早 已采用了简化电压等级 减少变电层次 降低网络损耗及扭转被动局面的明智措施 果 断采用2 2 0 6 6 1 0 k v 三级电压制 虽然它尚不完全符合 几何均值 规律 但却很好的 遵从了 求3 舍2 原则 减少变电层次 较上述四级电压制存在优势 当然也未尽善尽 美 配电电压偏低的弊病会随着负荷密度的增加日益突出 引起供电被动和配电网损耗 难降 电压质量差等问题 因此 2 2 0 6 6 1 0 k v 电网尚不属最优方案 有待迸一步优化 谈文华 万载扬 2 0 0 2 1 2 我国现行1o k v 中压配电网存在的主要问题 1 输变电工程用地约束 改革开放以来 随着经济建设的飞速发展 以及居民生活水平的不断提高 用电水 前苦 平以空前的速度增长 越来越明显地暴露出我国现有供配电网络已不适应经济发展和城 市现代化建设的需要 目前 在我国的一些大中城市 负荷密度已达3 0 5 0 姗 k 一甚至 更高 在这种情况下 继续采用l o k v 配电网供电显得勉强 首先 若采用l l o k v 降压至l o k v 配电 受负荷密度大小与供电半径约束 每平方公里需要建1 2 座1l o k v 降压变电所 如果将2 2 0 k v 直接降压为l o k v 配电 则l o k v 出线回路数多达数十回 导线截面和电缆截 面大为加粗 形成出线难以布置 出线或电缆数过多 必然产生通道路径困难的问题 同时使造价大大提高 自身损耗也难以降低 其次 受供电电压与导线截面约束 l o k v 配电线路数目巨大 因而在设备投资 基建占地 线路走廊 网架结构 运行管理以及 降损节能等方面都不可避免地出现许多难题 在大城市里要寻觅高压变电所的所址 其 难度之大更甚于集资 2 短路容量 网损居高不下 随着城乡居民用电增加 变 配电设施和负荷密度大幅度增加 致使l o k v 电网线路 损失增加 虽然近几年国家加大了城乡电网建设 很多大中城市1 l o k v 和2 2 0 k v 高压电源 直接引入负荷中心 这些措施虽然对增强电网的供电能力 提高可靠性 降低线损有重 要的作用 也使l o k v 电网的短路容量大大增加 一些地区在将高压引入到了负荷中心之 后 在l o k v 侧屡屡发生大范围开关爆炸着火事故 究其原因 就是在城市电网和农村电 网的建设和改造中 偏重于提高输电电压 而不注重中低配电网的升压改造 用电高峰 时段 向用户直接配电的l o k v 电网的负荷电流很大 电压水平低 中 低压往往出现配 电设备 用电设备的热稳定不够而烧坏的故障 同时 一次侧电源容量加大 当二次侧 发生短路故障时 短路电流超过了断路器的开断能力 必然造成开关的无选择性动作 甚至发生爆炸 所以不提高配电俱n 二次电压 即使把2 2 0 k f 变电站线路引入市中心 充 其量只不过是增强了配电电源的供电能力 对降低线损来说是作用不大的 总之 1 0 k v 配电网已日益显示出的不适应性主要表现在 作为中压配电电压 电压 明显偏低 供电半径不长 输送能力不足 配电损失过高 不利于不断增长的负荷密度 的需要 容易造成供电被动等 6 婆塑奎些奎堂堡主堂堡垒塞 第二章2 0 k v 中压配电网的经济技术可行性分析 最优电压制的选择 决定于三个因素 电网规划的合理性 经济指标的合理性和技 术可行性 本文给出屯网的优化规划方法和经济指标计算模型 电网的优化规划与负荷 密度分布有关 本文建立了负荷均匀分布情况下 各种配电电压等级等经济供电负荷与 经济供电半径计算的数学模型 对各种电压制下的经济指标 本文根据工程经济学的观 点 提出了以单位供电面积的年计算费用为目标函数 年计算费用最小的方案作为优化 方案的计算模型 谈文华 万载扬 2 0 0 2 最优电压制的选择 理论上取决于负荷密度大小和变电站分布密度 因此 由我国 现行电压制出发 基于目前各地大多建立了以2 2 0 k v 为主网架的事实 可供优选的高压 组合方案有6 种 2 2 0 i l o l o k v 2 2 0 1 1 0 2 0 k v 2 2 0 1 1 0 3 5 k v 2 2 0 1l o 3 5 l o k v 墨 2 2 0 6 6 1 0 k v 查 2 2 0 6 6 2 0 k v 对以上各方案进行优选时 采用了尽可能结合实际的前提条件 并满足相同的需求 情况下 以求各方案的可比性 必要性与合理性 前提条件主要是 均以2 2 0 k v 为总电源侧电压 不考虑该电压等级设置的合理性 低压侧以0 4 k v 为标准 这符合我国现行规定和国际电工委员会关于低压标准的意见 各方案电网均采用统一布局方式 按最佳布局规律 均由变电所出主干线6 回且 相互阀隔6 0 及供电面积呈六边形考虑 结合我国国情 计算时所取负荷密度变化范围分别选在1 0 0 6 5 4 0 k w k 2 以下 且按均布负荷与集中负荷分别计算 优选是在技术合理性得到满足的基础上 据各方案经济指标的高低来选取的 分 析计算中以国家规定的允许电压降和经济电流密度等为约束条件 选出的方案既有最好 的经济性 又具良好的技术性 鉴于不同方案的合理供电范围不尽相同 故采用单位供电面积所需年计算费用 f j 为指标对比 考虑到国民经济的发展速度 且为能确切地反映投资与年费用的价值 效果 均按动态法计及年复利 所需数据包括4 类 负荷参数 负荷密度值 网络结构参数 变电站及配电点 数 线路长度 供电面积 运行参数 年最大负荷利用小时和损失小时 功率因数 允许电压降 经济参数 电价 工程投资标准 设备折旧维护率等 计算时依据 县 级农村电气化规划编制方案要点 中的推荐值 并参照 电力系统规划设计手册 等资 7 2 0 k v 中压配电网的经济技术可行性分析 料进行选取 各方案的经济技术指标计算 都依据经严密推导所得公式 编程后在计算机上运行 且按不同负荷密度和电价进行两层循环运算 得其计算结果 2 1 供电半径的确定 1 送电电压级线路的供电半径 以线路功率损失作为控制条件确定11 0 k v 或6 0 k v 线路供电半径 以现有线路的统 计资料为依据 其值约在3 4 的范围内 由此确定送电电压级的供电半径 线路的功率损失按 2 1 确定为 p u a p p h a p e 4 3 u 1 w 瞄妒 3 b 旦丛 2 1 s 式中 a p 功率损失百分数 巩 肘级额定电压 k v h m 级电匿线路通过电流 a p 导线电阻率 q m m 2 k m 肌 肘级电压线路的供电半径 s 肘级电压线路的导线截面积 m m 2 因此 m 级电压送电线路的供电半径为 舭 挚4 3 p 詈 警j 2 z l hq 3 p 上式中j 为经济电流密度 一 聊 2 2 0 k v 配电电压的供电半径 当已知线路参数和通过的功率时 其供电半径与线路电压损失表示关系如下式 肌业1 0 0 u e 1 0 0 0 掣 如 睁 式中 a u 线路电压损失百分数 阢 线路额定电压 k v p 通过线路的有功功率 k w 矿 功率因数角 8 线路单位电阻 q b 啊 知 线路单位电抗 o b 僻 且 肘级电压线路的供电半径 翩 考虑到负荷中心位于线路供电面积 三角形 的重心处 因而在计算电压损失时 分布负荷相当于全部集中于线路长度的2 3 处 而不是集中在线路末端 体现在公式 2 3 中的2 3 系数 另外 考虑网络中各电压级线路的合理供电半径 舶 j b 霄 亦可由导线经济电 流密度和允许电压降等约束条件建立下式 o 1 7 3 0 t g q 商 0 1 7 3 0 t g 矿 2 佐l 尼k 1 7 3 j p u e o s 刚朋孵伊 卜姚州 4 式中 盯 负荷密度 后形 肼2 m 指变压级数 p 导线电阻率 q 珊m 2 h u n j 导线经济电流密度 a m m 2 够 线路负荷功率因数角 玑 线路额定电压 k v a u 线路允许电压降 j 含m 级变压时较高电压等级线路的合理供电半径 白霄 日 基础级电压线路的合理供电半径 b 竹 若指配电线路则用以表示 这里与依据中国电机工程学会农电委员会推荐公式惑 1 0 x 口或凡 4 4 仃 土 拥 及前苏联技术科学博士查哈林提出的公式见 1 2 1 4 5 n a u u r o d r j b 1 的 计算结果进行了核对 结果基本吻合 谈文华 万载扬 2 0 0 2 上式公式中 k 按负荷密度分段的取值系数 r o 每公里导线电阻值i 疗 变电站出线回路数 假定线路供电面积为等腰三角形 由6 2 4 条出线供电面积构成一正多边形 线路 允许电压降5 干线线损率控制在4 以下 各种供电方式变电站出线条数如下表 9 2 0 k v 中乐配电网的经济技术可行性分析 表2 1 各种供电方式出线条数 t a b l e 2 1 n u m b e r o f o u t g o i n g f o r e a c h p o w e rs u p p l y m o d e 供电方式 k v 1 1 0 3 5 1 0 西面而 1 1 0 j 矿 1 1 0 压 出线条敷6 6 1 2 1 82 4 66 按照上述假定条件和计算模型进行供电半径的计算 l o k v 2 0 k v 与3 5 k v 的合理供 电半径计算结果见下表 寰2 2 三种配电电压供电半径 t s b l e2 2r e l a t i v ep a r a m e t e rf o rt h r e ek i n d so f v o l t a g eg r a d e sd i s t r i b u t i o nn e t w o r k 从表2 2 可以看出 l o k v 供电半径短 损耗大 供电负荷小 负荷密度大时更为明 显 2 0 k v 供电半径较长 损耗小 供电负荷大 而3 5 k v 供电半径长 损耗最低 2 2 六种电压组合方案的经济技术分析 1 六种电压组合方案的经济比较 i o 婆里壅兰竺盔堂堡主兰篁丝茎 在满足技术可行性的前提下 计算在不同负荷密度时单位面积的年计算费用 年计 算费用最小的方案为电压等级的最佳组合方案 各种电压组合的单位供电面积年计算费 用计算程序是相同的 现以1 1 0 2 0 0 4 k v 电压组合 六角型供电方案 如图1 为例来 讨论其计算步骤 所计算的费用包括基建投资费用和年运行费用 朴在林 1 9 9 5 1 t c eih e x a g o np o w e rs u p p l ym o d e 1 变电所的投资 依图1 供电方式可得总的供电面积为 蜥陋代 争代 竽 蚶 式中r r z 分别为2 0 k v 0 4 k v 的合理供电半径 k m 同理 每个2 0 k v 配电点的供电面积为 屯 半r 在i l o k v 变电所的供电范围内 2 0 k v 配电变压器的个数为 n 3 n n 1 l 式中 n 为每条干线的配电点个数 于是供电面积相等即a n 氏 即警 r r 2 2 警r 3 n n t 1 恐 丽 r t 而 r 2 粼 n z r r 0 o 面 2 5 2 6 2 7 争8 2 9 2 1 0 2 0 k v 中压配电网的经济技术可行性分析 电压为2 0 k v 的每台变压器容量 应该等于该变压器供电面积磊 乘以负荷密度盯除 以功率因数 即s2 c j 车 2 1 1 c o s 中i 式中 c o s 平均功率因数 一般按考核标准选取 取0 8 5 一台电压为11 0 k v 的变压器供给2 0 k v 变压器的容量显然应为 s l n s 2 2 1 2 一条2 0 k v 线路的供电容量为 s3 si 2 13 o 一台1 1 0 k v 变压器供电范围内2 0 k v 变压器的投资为 z r c s 2 1 4 式中 c 2 0 k v 变压器单位容量的投资 元 千伏安 取1 0 0 2 线路投资 一台11 0 k v 变压器供电范围内2 0 k v 线路的总长度为 l 6 r n n i 2 1 5 2 n l 线路的投资z c l 2 1 6 式中c 广2 0 k v 线路单位长度的综合投资 元 千米 取1 8 0 0 0 0 3 变压器运行费 一台l1 0 k v 变压器供电范围内2 0 k v 变压器的运行费为 f t z t x l 4 a p ox 8 7 6 0 a p k t x c x s x l o 4 2 一1 7 式中 a p o p k 2 0 k v 变压器单位容量的空载损耗和短路损耗 k w 1 4 2 0 k v 变压器的折旧维护率 g 为电价 元 千瓦 取0 5 卜2 0 k v 变压器年利用小时数 取8 7 6 0 4 线路的运行费 线路的电能损耗为 a 3 1 2 r r 1 0 3 2 1 8 其中8 p 詈 2 1 9 如果负荷密度均匀则可按沿线路递增 垫里壅些盔堂堡主兰垡丝壅 总电流为 y 划 一 j l d j 1 x 处的电流为 图2 负荷递增分布围 f 龟u n2t b ec u r v eo f l o a di n c r e a s e dh yd e g r e e 圭出 卜扛一三苦 x 牛 唯吁矧2 啦尹8 而电流i 盟当蠡 叫矧2 雾 3 7 4 r 蒯 o o p r j 旷 躺新费用f t z l k a a c o z l k 塑警 2 2 0 2 2 1 2 2 2 2 2 3 2 2 4 2 2 5 2 2 6 2 2 7 2 0 k v 中压配电网的经济技术可行性分析 式中 k 一线路折旧维护率 取3 8 f 最大年负荷损耗小时数 取5 4 0 0 j 电流密度 a r a m 2 取3 2 如此可得 年运行费 n ff t f l 基建投资 z z z 年计算费用可用下式确定z 寻z 誊 善芝 n 2 2 8 2 2 9 2 3 0 式中 卜基建总投资o i 折现率 一般取l0 9 6 n 年运行费用 n 经济使用年限 一般考虑2 5 年 单位供电面积年计算费用 f j 万元 年 平方千米 在各项经济指标中具有代表性 因为它包含了该方案工程投资在经济使用年限内每年所占投资数及电网年运行费等 综 合了方案的工程投资和运行费用 且计及年复利 一 生 兰蹬 兰 协 f i 生 垒 二 2 3 1 式中 z 平均分布在m 1 到m n 年期间的年计算费 万元 供电面积 k m 2 n 工程经济使用年限 a i 电力工业投资回收率 折算到第n 1 年的总投资为z 万元 其值为 z z 1 i 广 2 3 2 电网折算年运行费为n 万元 其值为 怍将舄隆 0 柚 幕n 寿 s 上两式中 r 施工年数 年 t 开工年份 t 工程部分投产年份 1 4 沈阳农业大学硕士学位论文 z 第t 年的投资 万元 若考虑工程一年建成 1 并取n 2 5 i l o 时 算式可简化为 f i 一z f 0 1 1 z 1 0 n 2 3 4 a 各方案的经济技术指标计算结果见表 囊2 3 各方案单位供电面积计算费用单位 元 a i o t a b l e c a k u l a t l i o n a le z p e n s e o f u n n p o w e rs u p p l y i i l 目l f o re a c hs e e n m i ou n i t y u a u a k m l 2 经济性分析结果 通过对上表进行分析 可对各方案经济性进行如下评价 各方案尤以l l o 2 0 k y 电压制为最优 尤其在负荷密度 5 0k w k m 2 时 其优越 性则更为明显 在集中负荷下 l l o 3 5 k v 电压制具有良好的性能 一般在线路分布较少 用电又 较为集中的地区宜采用此电压制 重 6 6 l o k y 与6 6 2 0 k v 制的经济性良好 但一般为了提高配电网供电能力和增大供 电距离 在负荷密度较大时宜采用后者 l l o l o k v 电压制虽不如1 l o 2 0 k v 电压制优越 但在负荷密度不是很大时两者的 经济性相差不大 故仍适于小城市或县城及周边地区 7 现行的l l o 3 5 l o k v 电压制经济性最差 所以在今后新发展的电网中应尽量避免 采用 应大力发展l l o 2 0 k v 电压制 2 3 2 0 k v 中压配电网的技术优越性 1 增加供电能力 2 0 k v 中压配电网的经济技术可行性分析 输送相同的功率 应用相同截面的导线 在保证电压质量条件下 由图3 可看出 2 0 k v 在负荷密度为3 0 6 0k w k m 2 时 其经济供电半径可达到1 5 1 9 k m 而1 0 k v 经济 供电半径只有7 l l k m 即输送距离可以远大约1 倍 即供电半径大1 倍 2 0 k v 1 0 k v 一 h dl d 加卯呻 r 0 负葡敬 蜡 h 2 田31 0 k v 与2 0 k y 线路经济供电半径 f i g u r e3e c o n o m i cp o w e fs u p p l yr a d i u so f1 0k va n d 邪k vl i n e sf o rd i f f e r e n tl o a dd e n s i t y 另外 从下表2 4 更可以看出2 0 k v 线路的经济负荷矩可约增大为1 0 k v 的4 倍 考 虑到输送负荷增加了一倍 供电距离还可以提高一倍 例如 l g j 一7 0 导线 当a v 5 时 1 0 k y 的负荷矩为7 7 6 5 k w p a n c o s y 0 9 在相同条件下 当电压为2 0 k v 时 负 荷矩可以提高到3 1 0 6 0 k w k m 对于1 0 k v 电压 输送1 3 2 0 k w 输送5 9 k m 而采用2 0 k v 后 可以输送2 6 4 0 k w 输送1 1 6 k m 表2 41 0 k v 和2 0 k y 线路在电压降为1 0 时的经济负荷矩 h t a b l e2 4e c o n o m i c l o a d m o m t o jo f l o k v a n d2 0 k v l i n e s w i t h l 0 v o l t a g e d r o p m w k m l g j 2 5 l g j 3 5 l g 5 0 l g j 7 0 l g j 9 53 0 32 2 62 0 21 8 51 7 t 1 5 91 4 81 2 1 9 0 4 鲫 8 7 4 0鹊t 46 3 t 65 9 2 l g j 1 2 03 7 0 2 6 32 3 22 1 01 9 21 7 61 6 41 4 8 1 0 5 9 2 88 4 07 6 8 7 0 46 5 6 2 保证电压质量 一 一 一 高科技企业用户对电压质量有着严格的要求 保证电压质量是电力部门对用户服务 的基本条件之一 巧 培m s o j v掣井智长蟋掰 l o om 孔柏卯 8 2 o 8m 抡鸵鸵正五j 口 铂 5 o 4 4拍 拍配 4 6 2 4矩托粗 6 4 2 o 勰勰 加 j d 石墨 引 髂 m 册 6 7 l i配跚m 兰 m砣册 6 8 l l似啪阱 m 皇 2 7 9 1螂 勉 7 l l 2 沈阳农业大学硕士学位论文 2 0 k v 与l o k v 相比 电压提高了一倍 则由公式 p r q x 1 0 0 6 容易看出 u 在输送相同功率及设备不变的条件下 采用2 0 k v 电压则电压损失是l o k v 电压损失 的l 4 3 降低电网的电能损耗 全国电网的线损率 线路电能损耗占输送容量的百分比 最近几年呈上升趋势 据有 关部门研究分析 线损升高主要是因为l o k v 及以下配电网线损的增加 产生高网损的主 要受负荷密度 功率因数 电压水平等诸多方面因素的影响 降低网损的主要方向应是 着重于配电网的降损 如将中压配电网电压由l o k v 升为2 0 k v 在输送同样功率条件下 线路电流可减少 5 0 则线路电能损耗可降低7 5 电网有功损耗的比较 假定电网升压前后输送功率 不变 有功损耗a p 3 1 2 r 三 r r 电网电压升高 电流减小 有功损耗与1 2 成 u c o s 2 0 正比 与u 2 成反比 功率损耗呼低的百分数 p 1 等 0 0 1 一等 1 0 0 4 7 5 口 ij 式中 p p 电网升压前后的有功功率损耗 k w 5 u 电网升压前的电压 1 0 k v u 电网升压后的电压 2 0 k v 4 节省电网的建设费用 自2 0 世纪9 0 年代以来 城镇电力负荷增长很快 市区负荷密度大幅度增加 一些 城镇的市区繁华地区最大负荷密度己达3 0 5 0 m w k m 2 一些城镇在进行电网建设与改造 规划中 预计城镇中心地区负荷密度到2 0 1 0 年可达4 0 5 0 m w k m 2 为满足城镇的用电 需求 必然要修建更多的降压变电所 例如 在市区建一座l l o l o k v 配电用变电所 设变压器3 1 5 m v a 3 总量为 9 4 5 m v a 正常负载率按6 5 计 为保证供电可靠性 还需要满足n 1 准则 即在变电 所内任何设备在停运一台的情况下 不影响正常供电 变电所可供容量为6 3 m v a 功率 因数按0 8 5 计 可带负荷5