文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2015.07.044
中文引用格式： 張林垚，吳涵，吳桂聯(lián)，等. 山區(qū)季節(jié)性負(fù)荷用戶接入新體系研究[J].電子技術(shù)應(yīng)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
隨著福建山區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在制茶和烤煙等季節(jié)性負(fù)荷用電高峰期，會(huì)形成“尖峰”負(fù)荷造成的季節(jié)性負(fù)荷用戶“低電壓”現(xiàn)象。“低電壓”現(xiàn)象，一般是從供電角度解決此問題，即：通過(guò)縮短低壓臺(tái)區(qū)供電半徑或增大供電線路導(dǎo)線截面的方法解決[1-2]。
本文嘗試從用戶接入角度解決此問題，即首先建立用戶的一般體系，并結(jié)合福建山區(qū)低壓配電網(wǎng)特點(diǎn)和山區(qū)負(fù)荷特性，在現(xiàn)有供電模式不變的情況下，引入負(fù)荷距理論，建立一種新的用戶接入體系，以緩解季節(jié)性負(fù)荷用戶接入的“低電壓”問題。
1 用戶接入的一般體系
供電公司接到用戶報(bào)裝后，首先會(huì)確定用戶接入容量和用戶用電負(fù)荷等級(jí)，然后確定接入的電壓等級(jí)、供電電源配置、接入位置，確定接入工程和受電工程所用設(shè)備型號(hào)，考慮用戶負(fù)荷特性，制定最佳接入方案。用戶接入電網(wǎng)的一般模式可用圖1表示。
2 福建山區(qū)配電網(wǎng)和負(fù)荷特性
2.1 福建山區(qū)配電網(wǎng)
福建山區(qū)中低壓配電網(wǎng)和用戶負(fù)荷性質(zhì)有自身特點(diǎn)，應(yīng)考慮其對(duì)接入方案的影響。目前，山區(qū)中壓配電網(wǎng)基本采用架空單聯(lián)絡(luò)和輻射狀接線模式，以輻射狀結(jié)構(gòu)為主，形成“八爪魚”式的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。福建山區(qū)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
福建山區(qū)用戶負(fù)荷特性有自身特點(diǎn)，即季節(jié)性負(fù)荷突出，持續(xù)時(shí)間短。本文所指的福建山區(qū)季節(jié)性負(fù)荷是指制茶、烤煙等季節(jié)性負(fù)荷。根據(jù)福建山區(qū)實(shí)際情況，制茶、烤煙等季節(jié)性負(fù)荷一般分布在行政村和人口較為密集的自然村，通常接入0.4 kV低壓配電網(wǎng)。制茶、烤煙季節(jié)性負(fù)荷出現(xiàn)在5、6、10月，持續(xù)時(shí)間10~15天，最大負(fù)荷一般是平時(shí)2~3倍，比較特殊的是安溪，其制茶負(fù)荷是平常負(fù)荷的10~13倍[3]。安溪制茶季節(jié)性負(fù)荷特性如圖3所示。
制茶、烤煙等季節(jié)性負(fù)荷用戶接入電網(wǎng)時(shí)，在保證電網(wǎng)安全性、可靠性的基礎(chǔ)上，用戶的電能質(zhì)量，主要是電壓質(zhì)量，應(yīng)該是著重考慮的因素。
2.2 負(fù)荷特性分析
為保證新用戶接入的經(jīng)濟(jì)性和電壓質(zhì)量，本文利用“負(fù)荷距”的理念[4]，以確定用戶接入的位置和接入導(dǎo)線截面。負(fù)荷距就是某條線路最大負(fù)荷和供電半徑的乘積，在線路導(dǎo)線截面一定的情況下，負(fù)荷距越大，線路壓降就越大，損耗也越大。
負(fù)荷距SL定義為：
其中，Pmax代表線路最大有功負(fù)荷，單位為kW；L代表線路長(zhǎng)度，單位為km。
在此處，新用戶接入滿足線路壓降時(shí)，將負(fù)荷距用于確定接入位置及接入導(dǎo)線截面。
2.2.1 負(fù)荷距與線路壓降的關(guān)系[5]
(1)0 kV、0.4 kV線路末端接帶大用戶集中負(fù)荷，線路電壓損失與負(fù)荷距的關(guān)系為：
其中，ΔU%為線路電壓損失百分?jǐn)?shù)；Un為線路額定線電壓，kV；R0為線路單位長(zhǎng)度的電阻，Ω/km；X0為線路單位長(zhǎng)度的電感，Ω/km；cosφ為功率因數(shù)；Pmax為線路最大有功負(fù)荷，kW；L為線路長(zhǎng)度，km。
(2)10 kV線路和0.4 kV線路沿線均勻接帶負(fù)荷，線路電壓損失與負(fù)荷距的關(guān)系為[6]：
2.2.2 負(fù)荷距與供電距離和線路負(fù)載率的關(guān)系
以一條10 kV線路LGJ-150型號(hào)導(dǎo)線為例，說(shuō)明供電距離與負(fù)荷矩的關(guān)系。假定線路已有無(wú)功補(bǔ)償，功率因數(shù)為1，不同線路供電距離和線路負(fù)載率的“負(fù)荷距”值如表1所示。
由表1可知，在供電距離一定的情況下，線路負(fù)載率越大，負(fù)荷距越大，線路負(fù)載率與負(fù)荷距基本成正比；在線路負(fù)載率一定的情況下，供電距離越大，負(fù)荷距越大，負(fù)荷距與供電距離基本成正比。
2.2.3 負(fù)荷距與線路功率因數(shù)的關(guān)系
以一條10 kV線路LGJ-120型號(hào)導(dǎo)線為例，在限定線路末端壓降最大不超過(guò)10%的條件下，不同線路功率因數(shù)的臨界“負(fù)荷距”值如表2所示。
從表2的結(jié)果可知，在線路導(dǎo)線截面一定、線路末端壓降最大為10%的情況下，功率因數(shù)越高，臨界“負(fù)荷距”也越大。
0.4 kV電壓等級(jí)下，架空各導(dǎo)線型號(hào)、線路壓降、供電距離、功率因數(shù)與負(fù)荷距之間的關(guān)系如表3所示。
由表3可知，在用戶接入供電距離確定、線路壓降限定值確定(如10 kV線路末端壓降不超過(guò)7%)、線路功率因數(shù)確定的情況下，可以用負(fù)荷距校驗(yàn)導(dǎo)線截面是否滿足要求；在導(dǎo)線截面選定、線路壓降限定值確定、線路功率因數(shù)確定的情況下，可以用負(fù)荷距校驗(yàn)接入點(diǎn)位置是否合理，供電距離是否滿足要求。
3 福建山區(qū)季節(jié)性負(fù)荷用戶接入新體系
(1)用戶用電容量
用戶用電容量確定方法一般有需要系數(shù)法和二項(xiàng)式法。二項(xiàng)式法不僅考慮了用電設(shè)備組最大負(fù)荷時(shí)的平均功率，而且考慮了少數(shù)容量最大的設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)對(duì)總負(fù)荷的額外影響，因此在確定設(shè)備臺(tái)數(shù)較少而容量差別懸殊的低壓干線和分支干線的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，需要系數(shù)法更加合理，且計(jì)算也較簡(jiǎn)便。
二項(xiàng)式法的基本公式為：
式(4)中，bPε為表示用電設(shè)備組的平均功率，其中Pε是用電設(shè)備組的設(shè)備總?cè)萘浚溆?jì)算方法如上文需要系數(shù)法中所述；cPx為表示用電設(shè)備組中x臺(tái)容量最大的設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)增加的附加負(fù)荷，其中Px是x臺(tái)最大容量的設(shè)備總?cè)萘?；b和c為二項(xiàng)式系數(shù)。
用電設(shè)備組的平均功率因數(shù)為cosφ，則用電設(shè)備組的用電容量為：
(2)用戶負(fù)荷等級(jí)
福建山區(qū)季節(jié)性負(fù)荷一般為三級(jí)負(fù)荷。
(3)接入電壓等級(jí)
福建山區(qū)季節(jié)性負(fù)荷用戶一般接入0.4 kV配電網(wǎng)。
(4)供電電源配置
福建山區(qū)季節(jié)性負(fù)荷一般采用單電源供電。
(5)接入位置
為保證接入電網(wǎng)后用戶的電壓質(zhì)量，利用負(fù)荷距來(lái)確定接入位置。用戶接入容量為S，接入線路所在10/0.4 kV配電變壓器的額定容量為SN，該配電變壓器采用樹干式接線方式供電，分支線路共n條，各分支導(dǎo)線型號(hào)相同，各分支線路功率因數(shù)相同。各分支常規(guī)負(fù)荷容量為S常i，季節(jié)性負(fù)荷容量為S季i，配變至各分支線路公共接入點(diǎn)供電距離為L(zhǎng)i，用戶至各分支線路最近接入距離為L(zhǎng)近i，其中，i∈{1，…，n}。
則用戶接入各分支線路最小負(fù)荷距分別為：
將求得的接入各線路的負(fù)荷距與允許負(fù)荷距比較，選取滿足負(fù)荷距要求的接入分支。
(6)接入導(dǎo)線截面
接入電網(wǎng)的導(dǎo)線截面可根據(jù)負(fù)荷距確定。不同導(dǎo)線截面，其輸送電能的大小不同，輸送距離不同。在已知用戶接入線路距離和用戶允許電壓損失時(shí)，可根據(jù)線路負(fù)荷距選擇相應(yīng)的導(dǎo)線截面。
季節(jié)性負(fù)荷用戶在確定用電容量、接入電壓等級(jí)、接入電網(wǎng)導(dǎo)線截面、并運(yùn)用負(fù)荷距確定最佳接入位置后，可據(jù)此制定最佳接入方案。福建山區(qū)季節(jié)性負(fù)荷用戶接入體系如圖4所示。
4 應(yīng)用典型案例
某家庭制茶廠申請(qǐng)用電35 kW，其中三相動(dòng)力設(shè)備：殺青機(jī)1臺(tái)（6 kW），揉捻機(jī)1臺(tái)（2.4 kW），解塊分篩機(jī)1臺(tái)（1.4 kW），瓶式烘干機(jī)1臺(tái)（7.5 kW），雙鍋炒干機(jī)1臺(tái)（2.3 kW），圓篩機(jī)1臺(tái)（0.9 kW），風(fēng)力選別機(jī)1臺(tái)（4.8 kW），三相空調(diào)1臺(tái)（2.7 kW）；照明用電等其他設(shè)備共4 kW。
經(jīng)勘查，其中原裝動(dòng)力設(shè)備最大負(fù)荷25.2 kW；照明設(shè)備最大負(fù)荷3.6 kW，各三相動(dòng)力設(shè)備功率因數(shù)為0.92。
利用式(5)計(jì)算該用戶用電容量：
該戶屬一般普通工業(yè)用戶，對(duì)供電可靠性無(wú)特殊要求。根據(jù)核定的用戶用電容量和用戶用電負(fù)荷等級(jí)，確定該家庭制茶廠可單回路“T”接在0.4 kV線路上。
經(jīng)勘查，就近0.4 kV線路2回。一回線路為A，線路全長(zhǎng)500 m，接帶普通負(fù)荷容量11 kVA，接帶季節(jié)性負(fù)荷容量67 kVA；一回線路為B，線路全長(zhǎng)400 m，接帶普通負(fù)荷容量51 kVA，線路A、B導(dǎo)線型號(hào)均為JKLGYJ-1×70。
現(xiàn)有2個(gè)接入位置可供選擇，接入位置一為線路A第X桿，距線路A的配電變壓器距離100 m，距制茶廠50 m；接入位置二為線路B第Y桿，距線路B的配電變壓器150 m，距制茶廠100 m。如圖5所示。
下面運(yùn)用負(fù)荷距確定接入位置。
假設(shè)接入選用導(dǎo)線型號(hào)為JKLGYJ-1×70，線路A、B功率因數(shù)取0.95，則此時(shí)線路A、B的臨界負(fù)荷距為20 kW·km。
計(jì)算接入線路A第X桿時(shí)，線路A的負(fù)荷距：
經(jīng)與臨界負(fù)荷距比較，接入線路A第X桿能滿足負(fù)荷距要求。即該家庭制茶廠接入線路A第X桿后，其電壓質(zhì)量和該線路其他用戶電壓質(zhì)量均滿足不低于額定電壓7%的國(guó)標(biāo)要求。
下面運(yùn)用負(fù)荷距確定接入導(dǎo)線截面。
現(xiàn)計(jì)算其他型號(hào)的導(dǎo)線，接入線路A第X桿，能否滿足負(fù)荷距要求。選用其他導(dǎo)線型號(hào)的導(dǎo)線，接入線路A第X桿，線路A的負(fù)荷距為：
依據(jù)表3導(dǎo)線型號(hào)為JKLGYJ-1×50的導(dǎo)線，功率因數(shù)為0.95時(shí)，其臨界負(fù)荷距為15 kW·km。經(jīng)與導(dǎo)線型號(hào)為JKLGYJ-1×70的臨界負(fù)荷距12.6 kW·km比較，選用該型號(hào)導(dǎo)線接入線路A第X桿，能滿足負(fù)荷距要求。
導(dǎo)線型號(hào)為JKLGYJ-1×35的導(dǎo)線，功率因數(shù)為0.95時(shí)，其臨界負(fù)荷距為11 kW·km。經(jīng)與導(dǎo)線型號(hào)為JKLGYJ-1×70的臨界負(fù)荷距12.6 kW·km比較，選用該型號(hào)導(dǎo)線接入線路A第X桿，不能滿足負(fù)荷距要求。
因此，該家庭制茶廠接入電網(wǎng)，接入位置選擇0.4 kV線路A第X桿，導(dǎo)線選用JKLGYJ-1×50，三相四線制低壓架空線路供電。
5 結(jié)論
福建山區(qū)配電網(wǎng)和季節(jié)性負(fù)荷有其自身特點(diǎn)，依據(jù)用戶接入的一般體系，不能解決在季節(jié)性負(fù)荷高峰期的低電壓現(xiàn)象。本文將負(fù)荷距運(yùn)用到福建山區(qū)季節(jié)性負(fù)荷用戶接入中，優(yōu)化接入位置和接入導(dǎo)線截面確定的計(jì)算方法，簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，既能保證用戶接入后的電壓質(zhì)量，又能保證用戶接入的經(jīng)濟(jì)性，適合在福建山區(qū)季節(jié)性負(fù)荷新用戶接入中使用。
參考文獻(xiàn)
[1] 潘少華.基于農(nóng)村低電壓現(xiàn)象的綜合治理研究[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)，2011（11）：63-65.
[2] 路洪岐.農(nóng)村配網(wǎng)低電壓現(xiàn)象分析及綜合治理[J].農(nóng)村電工，2014，22（2）：35-36.
[3] 福建省電力科學(xué)研究院.基于負(fù)荷分布特性和地域特性的中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)研究[R].2011.
[4] 任元會(huì)，卞鎧生，姚家祺，等.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.
[5] 唐明琪.基于線路末端損耗的簡(jiǎn)單核算法[J].電氣技術(shù)，2013（11）：109-112.
[6] 秦富昌.負(fù)載分布與線路供電能力[J].農(nóng)村電工，1995(01).