文献标识码: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2015.07.044
中文引用格式: 张林垚,吴涵,吴桂联,等. 山区季节性负荷用户接入新体系研究[J].电子技术应用,2015,41(7):158-161,166.
英文引用格式: Zhang Linyao,Wu Han,Wu Guilian,et al. The new system of seasonal load user access grid in mountainous area[J].Application of Electronic Technique,2015,41(7):158-161,166.
0 引言
随着福建山区经济发展,在制茶和烤烟等季节性负荷用电高峰期,会形成“尖峰”负荷造成的季节性负荷用户“低电压”现象。“低电压”现象,一般是从供电角度解决此问题,即:通过缩短低压台区供电半径或增大供电线路导线截面的方法解决[1-2]。
本文尝试从用户接入角度解决此问题,即首先建立用户的一般体系,并结合福建山区低压配电网特点和山区负荷特性,在现有供电模式不变的情况下,引入负荷距理论,建立一种新的用户接入体系,以缓解季节性负荷用户接入的“低电压”问题。
1 用户接入的一般体系
供电公司接到用户报装后,首先会确定用户接入容量和用户用电负荷等级,然后确定接入的电压等级、供电电源配置、接入位置,确定接入工程和受电工程所用设备型号,考虑用户负荷特性,制定最佳接入方案。用户接入电网的一般模式可用图1表示。
2 福建山区配电网和负荷特性
2.1 福建山区配电网
福建山区中低压配电网和用户负荷性质有自身特点,应考虑其对接入方案的影响。目前,山区中压配电网基本采用架空单联络和辐射状接线模式,以辐射状结构为主,形成“八爪鱼”式的电网结构。福建山区配电网结构如图2所示。
福建山区用户负荷特性有自身特点,即季节性负荷突出,持续时间短。本文所指的福建山区季节性负荷是指制茶、烤烟等季节性负荷。根据福建山区实际情况,制茶、烤烟等季节性负荷一般分布在行政村和人口较为密集的自然村,通常接入0.4 kV低压配电网。制茶、烤烟季节性负荷出现在5、6、10月,持续时间10~15天,最大负荷一般是平时2~3倍,比较特殊的是安溪,其制茶负荷是平常负荷的10~13倍[3]。安溪制茶季节性负荷特性如图3所示。
制茶、烤烟等季节性负荷用户接入电网时,在保证电网安全性、可靠性的基础上,用户的电能质量,主要是电压质量,应该是着重考虑的因素。
2.2 负荷特性分析
为保证新用户接入的经济性和电压质量,本文利用“负荷距”的理念[4],以确定用户接入的位置和接入导线截面。负荷距就是某条线路最大负荷和供电半径的乘积,在线路导线截面一定的情况下,负荷距越大,线路压降就越大,损耗也越大。
负荷距SL定义为:
其中,Pmax代表线路最大有功负荷,单位为kW;L代表线路长度,单位为km。
在此处,新用户接入满足线路压降时,将负荷距用于确定接入位置及接入导线截面。
2.2.1 负荷距与线路压降的关系[5]
(1)0 kV、0.4 kV线路末端接带大用户集中负荷,线路电压损失与负荷距的关系为:
其中,ΔU%为线路电压损失百分数;Un为线路额定线电压,kV;R0为线路单位长度的电阻,Ω/km;X0为线路单位长度的电感,Ω/km;cosφ为功率因数;Pmax为线路最大有功负荷,kW;L为线路长度,km。
(2)10 kV线路和0.4 kV线路沿线均匀接带负荷,线路电压损失与负荷距的关系为[6]:
2.2.2 负荷距与供电距离和线路负载率的关系
以一条10 kV线路LGJ-150型号导线为例,说明供电距离与负荷矩的关系。假定线路已有无功补偿,功率因数为1,不同线路供电距离和线路负载率的“负荷距”值如表1所示。
由表1可知,在供电距离一定的情况下,线路负载率越大,负荷距越大,线路负载率与负荷距基本成正比;在线路负载率一定的情况下,供电距离越大,负荷距越大,负荷距与供电距离基本成正比。
2.2.3 负荷距与线路功率因数的关系
以一条10 kV线路LGJ-120型号导线为例,在限定线路末端压降最大不超过10%的条件下,不同线路功率因数的临界“负荷距”值如表2所示。
从表2的结果可知,在线路导线截面一定、线路末端压降最大为10%的情况下,功率因数越高,临界“负荷距”也越大。
0.4 kV电压等级下,架空各导线型号、线路压降、供电距离、功率因数与负荷距之间的关系如表3所示。
由表3可知,在用户接入供电距离确定、线路压降限定值确定(如10 kV线路末端压降不超过7%)、线路功率因数确定的情况下,可以用负荷距校验导线截面是否满足要求;在导线截面选定、线路压降限定值确定、线路功率因数确定的情况下,可以用负荷距校验接入点位置是否合理,供电距离是否满足要求。
3 福建山区季节性负荷用户接入新体系
(1)用户用电容量
用户用电容量确定方法一般有需要系数法和二项式法。二项式法不仅考虑了用电设备组最大负荷时的平均功率,而且考虑了少数容量最大的设备投入运行时对总负荷的额外影响,因此在确定设备台数较少而容量差别悬殊的低压干线和分支干线的计算负荷时,需要系数法更加合理,且计算也较简便。
二项式法的基本公式为:
式(4)中,bPε为表示用电设备组的平均功率,其中Pε是用电设备组的设备总容量,其计算方法如上文需要系数法中所述;cPx为表示用电设备组中x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷,其中Px是x台最大容量的设备总容量;b和c为二项式系数。
用电设备组的平均功率因数为cosφ,则用电设备组的用电容量为:
(2)用户负荷等级
福建山区季节性负荷一般为三级负荷。
(3)接入电压等级
福建山区季节性负荷用户一般接入0.4 kV配电网。
(4)供电电源配置
福建山区季节性负荷一般采用单电源供电。
(5)接入位置
为保证接入电网后用户的电压质量,利用负荷距来确定接入位置。用户接入容量为S,接入线路所在10/0.4 kV配电变压器的额定容量为SN,该配电变压器采用树干式接线方式供电,分支线路共n条,各分支导线型号相同,各分支线路功率因数相同。各分支常规负荷容量为S常i,季节性负荷容量为S季i,配变至各分支线路公共接入点供电距离为Li,用户至各分支线路最近接入距离为L近i,其中,i∈{1,…,n}。
则用户接入各分支线路最小负荷距分别为:
将求得的接入各线路的负荷距与允许负荷距比较,选取满足负荷距要求的接入分支。
(6)接入导线截面
接入电网的导线截面可根据负荷距确定。不同导线截面,其输送电能的大小不同,输送距离不同。在已知用户接入线路距离和用户允许电压损失时,可根据线路负荷距选择相应的导线截面。
季节性负荷用户在确定用电容量、接入电压等级、接入电网导线截面、并运用负荷距确定最佳接入位置后,可据此制定最佳接入方案。福建山区季节性负荷用户接入体系如图4所示。
4 应用典型案例
某家庭制茶厂申请用电35 kW,其中三相动力设备:杀青机1台(6 kW),揉捻机1台(2.4 kW),解块分筛机1台(1.4 kW),瓶式烘干机1台(7.5 kW),双锅炒干机1台(2.3 kW),圆筛机1台(0.9 kW),风力选别机1台(4.8 kW),三相空调1台(2.7 kW);照明用电等其他设备共4 kW。
经勘查,其中原装动力设备最大负荷25.2 kW;照明设备最大负荷3.6 kW,各三相动力设备功率因数为0.92。
利用式(5)计算该用户用电容量:
该户属一般普通工业用户,对供电可靠性无特殊要求。根据核定的用户用电容量和用户用电负荷等级,确定该家庭制茶厂可单回路“T”接在0.4 kV线路上。
经勘查,就近0.4 kV线路2回。一回线路为A,线路全长500 m,接带普通负荷容量11 kVA,接带季节性负荷容量67 kVA;一回线路为B,线路全长400 m,接带普通负荷容量51 kVA,线路A、B导线型号均为JKLGYJ-1×70。
现有2个接入位置可供选择,接入位置一为线路A第X杆,距线路A的配电变压器距离100 m,距制茶厂50 m;接入位置二为线路B第Y杆,距线路B的配电变压器150 m,距制茶厂100 m。如图5所示。
下面运用负荷距确定接入位置。
假设接入选用导线型号为JKLGYJ-1×70,线路A、B功率因数取0.95,则此时线路A、B的临界负荷距为20 kW·km。
计算接入线路A第X杆时,线路A的负荷距:
经与临界负荷距比较,接入线路A第X杆能满足负荷距要求。即该家庭制茶厂接入线路A第X杆后,其电压质量和该线路其他用户电压质量均满足不低于额定电压7%的国标要求。
下面运用负荷距确定接入导线截面。
现计算其他型号的导线,接入线路A第X杆,能否满足负荷距要求。选用其他导线型号的导线,接入线路A第X杆,线路A的负荷距为:
依据表3导线型号为JKLGYJ-1×50的导线,功率因数为0.95时,其临界负荷距为15 kW·km。经与导线型号为JKLGYJ-1×70的临界负荷距12.6 kW·km比较,选用该型号导线接入线路A第X杆,能满足负荷距要求。
导线型号为JKLGYJ-1×35的导线,功率因数为0.95时,其临界负荷距为11 kW·km。经与导线型号为JKLGYJ-1×70的临界负荷距12.6 kW·km比较,选用该型号导线接入线路A第X杆,不能满足负荷距要求。
因此,该家庭制茶厂接入电网,接入位置选择0.4 kV线路A第X杆,导线选用JKLGYJ-1×50,三相四线制低压架空线路供电。
5 结论
福建山区配电网和季节性负荷有其自身特点,依据用户接入的一般体系,不能解决在季节性负荷高峰期的低电压现象。本文将负荷距运用到福建山区季节性负荷用户接入中,优化接入位置和接入导线截面确定的计算方法,简化计算过程,既能保证用户接入后的电压质量,又能保证用户接入的经济性,适合在福建山区季节性负荷新用户接入中使用。
参考文献
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