农网改造中导线经济截面的优化选择

摘要：对农网改造中导线经济截面的优化选择方法进行了探讨，在传统的以经济电流密度值选择导线截面的基础上，提出考虑线损率的因素等优化方案，以利进一步节省能源，提高运行可靠性。
关键词：农网 改造　导线 截面　  　　目前，国家正在进行农网改造，在农网运行管理中的普遍问题是线损很大，问题出现的原因之一是在线路建设中没有顾及导线电能的损耗问题。一般的导线截面选择方法是用经济电流密度值或允许电压损失作为控制条件，但对于最大负荷利用小时数比较低的农电线路，往往不能满足允许的电能损耗值。本文在选择导线截面中，就如何顾及线损率的问题，提出按照线损率选择导线截面的方法，并以此结合经济电流密度值提出综合选择方法，简称j→K→S法。并分别以线路上负荷集中和线路上负荷均匀分布，这两种情况下列出推导的计算公式。

1　负荷集中于线路末端时的计算

　　(1)　按允许线损率计算导线截面：

　　负荷集中于线路末端，全线采用同一截面(见图1)。

图1　负荷集中于线路末端潮流计算图

　　年损耗电能：A=PmTm(1)

　　设年允许线损率为K%

　　则ΔA允=K%PmTm(2)

　　用损耗小时数τ和年最大负荷计算线路的实际损耗为：

ΔA=3I2mRτ×10-3

=(P2m+Q2m)÷U2×τ×(ρL÷S)×10-3(3)

　　根据要求：ΔA≤ΔA允，设ΔA=ΔA允，则：

PmTmK%=(P2m+Q2m)÷U2×τ×(ρL÷S)×10-3

　　则S=τρL(P2m+Q2m)÷10KPmTmU2(4)

　　将Qm=Pmtgφ代入(4)式，则变为：

S=τρL(P2m + Q2m)÷10KPmTmU2

=τρLPm(1+tg2φ)÷10KPmTmU2(5)

　　式中　τ——年损耗小时数，h

　　　Tm——年最大负荷利用小时数，h

　　　Pm、Qm——年最大有功及无功负荷，kW、kvar

　　　K——线路允许线损率

　　　U——线路平均电压，kV

　　　ρ——导线电阻率，Ω·mm2/km

　　　tgφ——年最大负荷时的功率因数角正切值

　　　L——线路长度，km

令：Sk=τρ(1+tg2φ)÷10KTmU2(6)

则S=SkPmL(7)

　　(5)式是按照线路允许线损率K值选择导线截面的计算公式。很明显S和K是成反比例关系。

当U=35kV，cosφ=0.8时，Sk值如表1。

表1　电压为35kV的Sk值表

KSk(mm2/kW·km)  Tm=4000Tm=700012.199×10-32.686×10-321.100×10-31.343×10-337.328×10-48.960×10-445.499×10-46.716×10-454.399×10-45.373×10-463.660×10-44.477×10-473.142×10-43.837×10-482.750×10-43.357×10-4

　　当U=10kV，cosφ=0.8时，Sk值如表2。例1：一条35kV线路输送最大负荷Pm+jQm=1500+j1000，线路长度50km，Tm=4000h，设K%=4%，计算满足线损率的导线截面。

　　计算过程如下：

　　按要求：cosφ=0.8，

　　查表：Sk=5.499×10-4，

　　所以：S=1500×50×5.499×10-4=41.24(mm2)。

　　故选取导线为LGJ－50。

　　同样上述情况，如果用经济电流密度法选取导线截面：

则：

　　相当于K%=6%时，按线损率计算导线截面：

S=1500×50×3.660×10-4=27.45(mm2)

　　综合上述两者，需取LGJ－35导线。

　　此例说明，用经济电流密度法所选取的导线截面在最大负荷情况下的线损率要比通常允许的线损率大。

表2　电压为10kV的Sk值表

KSk(mm2/kW·km)  Tm=4000Tm=7000126.948×10-332.907×10-3213.474×10-316.452×10-338.938×10-310.969×10-346.737×10-38.227×10-355.389×10-36.581×10-364.491×10-35.484×10-373.850×10-34.669×10-383.368×10-34.113×10-3

　　(2)　按经济电流密度运行时的线损率计算：

　　在上面例题中可以看出满足j值，即线路在经济电流密度运行时一定有一个对应的线损率。

　　因此，如果结合经济电流密度来确定允许线损率的计算式可由下式推导出：

 (8)

　　比较(8)和(5)式可得出：

(9)

　　设 (10)

则Kj=Kj0L(11)

　　例2：一条35kV线路输送6000kW负荷，功率因数0.8，Tm=4000h，τ=3500h，送电60km，试选择导线截面。

　　采用j→K→S法：

故Kj=Kj0L=0.1959×60=11.75。将Kj代入(5)式：S=3500×31.5×60×6000(1+0.752)÷(10×11.75×4000×352)=107.54(mm2)

故选取导线为LGJ－120。

　　用j→K→S程序选择导线截面和采用j值法所得结果相同。也可以在设计中知道线损率(本题中11.75%)，如果认为这个线损率较大，可按当地允许线损率进行修正，最后用修正值选择导线截面。因此用这种方法是满足经济电流密度的最低线损率法。

2　负荷沿线路均匀分布时的计算

　　负荷沿线路的均匀分布这种情况在农村还是比较多的，此时线损率仅是同样负荷集中于末端时线损率的1/3，如在这种情况下采用同一截面导线，则在使用式(5)时，K值做相应变化即可，从(5)式可以看出，在这种情况下，在同样线损率的情况下，均匀分布负荷时导线截面仅是集中负荷时的1/3。

　　如果导线采用不等截面，则需要将负荷适当集中在某几段，然后按段选取从大到小不同的导线截面，见图2。

图2　负荷沿线路均匀分布潮流计算图

　　因线损率一定时，各段导线电流密度相等，线路最经济。

Si=Ii/j

　　使用上述公式，可以分段计算出每段导线的截面。

3　结论和建议

　　(1)　沿着j→K→S，再利用K来控制导线截面是降低线损率的有效办法。但在目前的情况下，应适当降低线损率来选择导线截面，以利节省能源。

　　(2)　计算公式中K值是指线路上的损耗率，在整个电网损耗中占有一定比例，K值取得过小时，虽对管理部门收效较大，但投资会增加，所以建议综合考虑这个问题。

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