10kv线路负载率计算_配电设计之配变选址定容计算

1 配电设计之配变选址定容计算

1.1 配电设施位置选择

(1)按负荷中心计算

根据台区选择的基本原则，以位于负荷中心为目标，可采用较为粗略的方法确定负荷中心，估计台区的位置。这种方法一般是在供电区域总平面图上，按适当的比例K(kW/mm²)作出各建筑物及居民区的负荷圆，圆心通常设在村或居民区的中央，圆半径(mm)按照下式计算：

         (1-1)

式中：P_js——村或居民区的计算负荷，单位kW。

较为精确的方法是将地块信息映射到X-Y平面坐标下，再根据各主要负荷在坐标系上分布情况，作出坐标系的示意图，然后按下式计算负荷中心在坐标系中的坐标(x，y)，从而近似确定负荷中心的位置。

             (1-2)

式中：x_i——第i个负荷的横坐标；

y_i——第i个负荷的纵坐标；

P_i——第i个负荷的有功功率(kW)。

(2)按电压损耗计算

在电力系统中，网络元件的电压降落分为纵分量和横分量，计算电压损耗时往往需要根据潮流计算，确定各负荷点的电压向量，从而确定各点得电压损耗。按电压损耗最小确定配变位置时，电压损耗的计算公式一般为：

      (1-3)

式中：P_i、Q_i——第i个负荷的有功功率(kW)和无功功率(kVar)；

R_i、Q_i——第i个负荷的对应配电线路上的电阻(Ω)和电抗(Ω)；

U_ix、U_iy——第i个负荷的电压的实部与虚部。

为了简化计算，一般可以以电压降落的纵分量作为电压损耗。

(3)按功率损失计算

同电压损耗的计算，有功功率损耗也需要经过潮流计算，才能确定首末节点之间的有功功率损失情况。按功率损失最小确定配变位置时，功率损失计算公式如下：

         (1-4)

上述各种方法中，主要应考虑负荷中心和功率损耗最小两种方法，而导线总长度最小与导线总重量最小两者之间往往是相通的。

(4)应用实例

ABCDE分别为五个集中负荷点，其有功功率和坐标如图1-1所示。A点有功功率为135kW，坐标为(10，10)；B点有功功率为50kW，坐标为(70，30)；C点有功功率为30kW，坐标为(120，75)；D点有功功率为40kW，坐标为(40，90)；E点有功功率为63kW，坐标为(25，60)。各点负荷功率因数均为0.85，试确定其负荷中心O位置，并按功率损耗最小方案、导线总重量最小方案确定配变安装位置。

图1-1负荷分布与台区位置选择

1)确定各负荷点供电导线型号

额定电压按照0.38kV考虑，计算ABCDE各点的载流量要求如下：

参照表16-6，根据LGJ导线最高允许温度70℃的载流量，确定各负荷点对应的导线截面，本例中各型号导线的电阻和电抗值按如下参数计算(实际应参照《工业与民用电设计手册》)：

A：LGJ-120，电阻0.335Ω/km，电抗0.27Ω/km。

B：LGJ-35，电阻0.38Ω/km，电抗0.91Ω/km。

C：LGJ-16，电阻0.404Ω/km，电抗1.96Ω/km。

D：LGJ-25，电阻0.39Ω/km，电抗1.27Ω/km。

E：LGJ-35，电阻0.38Ω/km，电抗0.91Ω/km。

2)按负荷中心选址计算位置

根据式(1-2)，确定负荷中心位置，计算过程如下：

3)根据式(1-3)计算各线路的电压损耗，结果如表1-1所示。

4)根据式(1-4)计算各线路的有功功率损耗，结果如表1-1所示。

5)计算各线路的导线重量，导线重量按照每1mm²截面导线重量为0.004kg/m(本例中导线重量按该标准计算，实际应参照《工业与民用电设计手册》)计算。

将台区位置分别选A、B、C、D、E、O的六种方案进行对标，得到如下表所示计算结果。

表5-1各方案比选

位置	参数	A	B	C	D	E	合计
O	l	39.50	34.70	90.78	50.87	23.76	239.61
	ΔU	7.05	4.31	3.77	6.30	2.66	—
	ΔP	6.71	0.96	1.26	1.12	1.04	11.09
	W	18.96	4.86	5.81	5.09	3.33	38.04
A	l	0.00	63.25	127.77	85.44	52.20	328.66
	ΔU	0.00	8.94	20.85	12.66	9.29	—
	ΔP	0.00	5.47	4.77	6.33	7.48	24.05
	W	0.00	8.85	8.18	8.54	7.31	32.88
B	l	63.25	0.00	67.27	67.08	54.08	251.68
	ΔU	12.07	0.00	10.98	9.94	9.63	—
	ΔP	8.97	0.00	4.26	5.61	7.69	26.53
	W	30.36	0.00	4.31	6.71	7.57	48.94
C	l	127.77	67.27	0.00	81.39	96.18	372.61
	ΔU	24.38	9.51	0.00	12.06	17.13	—
	ΔP	17.84	5.73	0.00	6.19	11.75	41.50
	W	61.33	9.42	0.00	8.14	13.46	92.35
D	l	85.44	67.08	81.39	0.00	33.54	267.46
	ΔU	16.30	9.48	13.28	0.00	5.97	—
	ΔP	12.05	5.72	4.43	0.00	5.18	27.39
	W	41.01	9.39	5.21	0.00	4.70	60.31
E	l	52.20	54.08	96.18	33.54	0.00	236.00
	ΔU	9.96	7.64	15.69	4.97	0.00	—
	ΔP	7.42	4.84	4.57	3.67	0.00	20.51
	W	25.06	7.57	6.16	3.35	0.00	42.14

注：l为线路长度(m)；ΔP为功率损耗(kW)；ΔU为电压降(V)；W为导线重量(kg)。

对上述结果进行分析：配变台区位置在C点时，负荷A的电压损失最大，为24.38V，，各位置的电压损失率均在允许范围内；线路总长度最小的方案是在配变台区位置设在E点，；功率损耗最小的方案是配变台区位置设在O点，kW；导线总耗量最小的方案是配变台区位置设在A点，kg。

可以看出，按负荷中心确定配变台区位置，仅是满足功率损耗最小的条件，而不是综合比较的唯一条件。

1.2 配电变压器及其容量选定

1.2.1 配电变压器选择

(1)配电变压器型式选择

配电变压器的型式按照表1-2所示选择。

表1-2配电台区型式选择

类型	特点	适用范围
柱上变	经济、简单，运行条件差	容量小(400kVA及以下)
箱式变	占地少，造价居中，运行条件差	用地紧张，有景观要求地区
配电室	运行条件好，扩建性好，占地面积大，造价高	小区配套，商业办公，企业

(2)配电变压器的台数

供电可靠性要求较高电力用户及住宅配套配电室一般选择不低于两台配电变压器，单台容量不大于800kVA。

(3)变压器连接组别的选择

柱上变压器满足三相负荷基本平衡，其低压中性线电流不超过绕组额定电流25%且供电系统中谐波干扰不严重时，可选用Y,y0接法的变压器。

三相负荷不平衡，造成中性线电流超过变压器低压绕组额定电流25%或供电系统中存在着较大的“谐波源”时，应选用D,yn11接法的变压器。

1.2.2 负载率选定

(1)负载率计算

配电变压器的容量应结合其负载率综合选定。配电变压器负载率是指配电变压器实际最大负荷与变压器额定容量的比值，它是衡量配电变压器运行效率和运行安全的重要指标，对变压器容量选择、台数确定和电网结构具有重要影响，计算公式如下：

              (1-5)

式中：k_fz——配电变压器的负载率；

S_max——变压器的实际最大负荷(kVA)；

S_e——变压器的额定容量(kVA)。

负载率是评估元件供电能力的重要指标。通常，在正常运行方式的最大负荷下，当配电变压器负载率低于20%则称为轻载运行，设备利用率偏低；当配电变压器负载率高于80%则称为重载运行，设备的运行风险增加。规划设计中，应尽可能改善配变变压器的轻载或重载情况，保持配电变压器能够长期运行在经济安全的状态。同样，对于中压线路以及110(66)kV、35kV的变压器和线路，均可按照该方式分为轻载元件和重载元件，且应避免设备长期处于轻载或重载状态。

(2)按经济负载率选定

通常，配电变压器的负载率可按照经济负载率确定。经济负载率方案是根据变压器有功损耗(铜损和铁损)，对变压器最高效率时负载系数求微分计算，确定变压器最高效率发生在时，依此可将效率η对负载率k_fz微分并令其等于零，便可求得经济负载率k_zj如下：

                 (1-6)

式中：P₀——配电变压器的空载损耗(kW)；

P_k——配电变压器额定负载损耗(kW)。

在运行中，考虑到变压器磁化过程中的空载无功损耗及变压器绕组电抗中的短路无功损耗的原因，导致在供给这部分无功损耗时又增加了变压器的有功损耗，则计及该部分损耗的经济负载率计算公式如下：

     (1-7)

式中：P₀——配电变压器的空载损耗(kW)；

Q₀——配电变压器的空载无功损耗(kvar)；

P_k——配电变压器额定负载损耗(kW)；

Q_k——额定负载漏磁功率(kvar)；

I_0(%)——变压器空载电流百分比；

U_k(%)——短路电压百分比；

S_n——变压器额定容量(kVA)；

K_Q——无功经济当量(kW/kvar)，，其值见表1-3。

表1-3变压器无功经济当量值

变压器位置	KQ(kW/kvar)
	最大负载	最小负载
变压器直接由发电厂母线供电	0.02	0.02
工、企、城市6-10kV直接由发电机母线供电	0.07	0.04
工、企、城市6-10kV由系统电网供电	0.15	0.10
区域电网有电力电容器补偿	0.08	0.05

(3)应用实例

设有一台10kV变压器，其参数为kVA、、、、，试确定该变压器经济负载率。

如果只计算有功功率损耗时，则按以下公式计算：

考虑综合损耗时，参照表1-3，按照工、企、城市10kV系统电网供电的最小负载率考虑，。

1.2.3 容量确定

(1)基本原则

应考虑电力用户用电设备安装容量、计算负荷，并结合用电特性、设备同时系数等因素后确定用电容量。

对于用电季节性较强、负荷分散性大的中压电力用户，可通过增加变压器台数、降低单台容量来提高运行的灵活性，解决淡季和低谷负荷期间变压器经济运行的问题。

(2)配置方法

电力用户变压器容量的配置公式如下：

         (1-8)

式中：S——变压器总容量确定参考值(kVA)；

conψ—— 功率因数； Kfz—— 所带配电变压器的负载率。

1)普通电力用户变压器总容量配置。P_js表示最大计算负荷，单路单台变压器供电时，负载率Kfz可按70%~80%计算，双路双台变压器时，可按50~70%计算。

2)重要电力用户和有足够备用容量要求的电力用户变压器容量配置。P_js表示最大计算负荷，参照《无功补偿配置标准》部分中有关规定执行，功率因数取0.95，Kfz可按低于50%计算。

3)居民住宅小区变压器总容量配置。P_js为住宅、公寓、配套公建等折算到配电变压器的用电负荷(kW)，功率因数可取0.95，Kfz负载率为所带配电变压器的负载率，配电室一般可取50％~70%。

配电变压器容量的确定，应参照配电变压器容量序列向上取最相近容量的变压器，确定后按两台配置，一般公用配电室单台变压器容量不超过1000kVA。

(3)评估指标

户均配变容量是评价中压配电网公用变压器供电能力的重要指标，其计算公式如下：

 (1-9)

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