文獻標識碼： 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)性負荷用戶接入新體系研究[J].電子技術應用，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)濟發(fā)展，在制茶和烤煙等季節(jié)性負荷用電高峰期，會形成“尖峰”負荷造成的季節(jié)性負荷用戶“低電壓”現(xiàn)象?！暗碗妷骸爆F(xiàn)象，一般是從供電角度解決此問題，即：通過縮短低壓臺區(qū)供電半徑或增大供電線路導線截面的方法解決[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，并結合福建山區(qū)低壓配電網(wǎng)特點和山區(qū)負荷特性，在現(xiàn)有供電模式不變的情況下，引入負荷距理論，建立一種新的用戶接入體系，以緩解季節(jié)性負荷用戶接入的“低電壓”問題。
1 用戶接入的一般體系
供電公司接到用戶報裝后，首先會確定用戶接入容量和用戶用電負荷等級，然后確定接入的電壓等級、供電電源配置、接入位置，確定接入工程和受電工程所用設備型號，考慮用戶負荷特性，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)和用戶負荷性質有自身特點，應考慮其對接入方案的影響。目前，山區(qū)中壓配電網(wǎng)基本采用架空單聯(lián)絡和輻射狀接線模式，以輻射狀結構為主，形成“八爪魚”式的電網(wǎng)結構。福建山區(qū)配電網(wǎng)結構如圖2所示。
福建山區(qū)用戶負荷特性有自身特點，即季節(jié)性負荷突出，持續(xù)時間短。本文所指的福建山區(qū)季節(jié)性負荷是指制茶、烤煙等季節(jié)性負荷。根據(jù)福建山區(qū)實際情況，制茶、烤煙等季節(jié)性負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)性負荷出現(xiàn)在5、6、10月，持續(xù)時間10~15天，最大負荷一般是平時2~3倍，比較特殊的是安溪，其制茶負荷是平常負荷的10~13倍[3]。安溪制茶季節(jié)性負荷特性如圖3所示。
制茶、烤煙等季節(jié)性負荷用戶接入電網(wǎng)時，在保證電網(wǎng)安全性、可靠性的基礎上，用戶的電能質量，主要是電壓質量，應該是著重考慮的因素。
2.2 負荷特性分析
為保證新用戶接入的經(jīng)濟性和電壓質量，本文利用“負荷距”的理念[4]，以確定用戶接入的位置和接入導線截面。負荷距就是某條線路最大負荷和供電半徑的乘積，在線路導線截面一定的情況下，負荷距越大，線路壓降就越大，損耗也越大。
負荷距SL定義為：
其中，Pmax代表線路最大有功負荷，單位為kW；L代表線路長度，單位為km。
在此處，新用戶接入滿足線路壓降時，將負荷距用于確定接入位置及接入導線截面。
2.2.1 負荷距與線路壓降的關系[5]
(1)0 kV、0.4 kV線路末端接帶大用戶集中負荷，線路電壓損失與負荷距的關系為：
其中，ΔU%為線路電壓損失百分數(shù)；Un為線路額定線電壓，kV；R0為線路單位長度的電阻，Ω/km；X0為線路單位長度的電感，Ω/km；cosφ為功率因數(shù)；Pmax為線路最大有功負荷，kW；L為線路長度，km。
(2)10 kV線路和0.4 kV線路沿線均勻接帶負荷，線路電壓損失與負荷距的關系為[6]：
2.2.2 負荷距與供電距離和線路負載率的關系
以一條10 kV線路LGJ-150型號導線為例，說明供電距離與負荷矩的關系。假定線路已有無功補償，功率因數(shù)為1，不同線路供電距離和線路負載率的“負荷距”值如表1所示。
由表1可知，在供電距離一定的情況下，線路負載率越大，負荷距越大，線路負載率與負荷距基本成正比；在線路負載率一定的情況下，供電距離越大，負荷距越大，負荷距與供電距離基本成正比。
2.2.3 負荷距與線路功率因數(shù)的關系
以一條10 kV線路LGJ-120型號導線為例，在限定線路末端壓降最大不超過10%的條件下，不同線路功率因數(shù)的臨界“負荷距”值如表2所示。
從表2的結果可知，在線路導線截面一定、線路末端壓降最大為10%的情況下，功率因數(shù)越高，臨界“負荷距”也越大。
0.4 kV電壓等級下，架空各導線型號、線路壓降、供電距離、功率因數(shù)與負荷距之間的關系如表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7%)、線路功率因數(shù)確定的情況下，可以用負荷距校驗導線截面是否滿足要求；在導線截面選定、線路壓降限定值確定、線路功率因數(shù)確定的情況下，可以用負荷距校驗接入點位置是否合理，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)法和二項式法。二項式法不僅考慮了用電設備組最大負荷時的平均功率，而且考慮了少數(shù)容量最大的設備投入運行時對總負荷的額外影響，因此在確定設備臺數(shù)較少而容量差別懸殊的低壓干線和分支干線的計算負荷時，需要系數(shù)法更加合理，且計算也較簡便。
二項式法的基本公式為：
式(4)中，bPε為表示用電設備組的平均功率，其中Pε是用電設備組的設備總容量，其計算方法如上文需要系數(shù)法中所述；cPx為表示用電設備組中x臺容量最大的設備投入運行時增加的附加負荷，其中Px是x臺最大容量的設備總容量；b和c為二項式系數(shù)。
用電設備組的平均功率因數(shù)為cosφ，則用電設備組的用電容量為：
(2)用戶負荷等級
福建山區(qū)季節(jié)性負荷一般為三級負荷。
(3)接入電壓等級
福建山區(qū)季節(jié)性負荷用戶一般接入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)后用戶的電壓質量，利用負荷距來確定接入位置。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，各分支導線型號相同，各分支線路功率因數(shù)相同。各分支常規(guī)負荷容量為S常i，季節(jié)性負荷容量為S季i，配變至各分支線路公共接入點供電距離為Li，用戶至各分支線路最近接入距離為L近i，其中，i∈{1，…，n}。
則用戶接入各分支線路最小負荷距分別為：
將求得的接入各線路的負荷距與允許負荷距比較，選取滿足負荷距要求的接入分支。
(6)接入導線截面
接入電網(wǎng)的導線截面可根據(jù)負荷距確定。不同導線截面，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，可根據(jù)線路負荷距選擇相應的導線截面。
季節(jié)性負荷用戶在確定用電容量、接入電壓等級、接入電網(wǎng)導線截面、并運用負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)性負荷用戶接入體系如圖4所示。
4 應用典型案例
某家庭制茶廠申請用電35 kW，其中三相動力設備：殺青機1臺（6 kW），揉捻機1臺（2.4 kW），解塊分篩機1臺（1.4 kW），瓶式烘干機1臺（7.5 kW），雙鍋炒干機1臺（2.3 kW），圓篩機1臺（0.9 kW），風力選別機1臺（4.8 kW），三相空調1臺（2.7 kW）；照明用電等其他設備共4 kW。
經(jīng)勘查，其中原裝動力設備最大負荷25.2 kW；照明設備最大負荷3.6 kW，各三相動力設備功率因數(shù)為0.92。
利用式(5)計算該用戶用電容量：
該戶屬一般普通工業(yè)用戶，對供電可靠性無特殊要求。根據(jù)核定的用戶用電容量和用戶用電負荷等級，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500 m，接帶普通負荷容量11 kVA，接帶季節(jié)性負荷容量67 kVA；一回線路為B，線路全長400 m，接帶普通負荷容量51 kVA，線路A、B導線型號均為JKLGYJ-1×70。
現(xiàn)有2個接入位置可供選擇，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。
下面運用負荷距確定接入位置。
假設接入選用導線型號為JKLGYJ-1×70，線路A、B功率因數(shù)取0.95，則此時線路A、B的臨界負荷距為20 kW·km。
計算接入線路A第X桿時，線路A的負荷距：
經(jīng)與臨界負荷距比較，接入線路A第X桿能滿足負荷距要求。即該家庭制茶廠接入線路A第X桿后，其電壓質量和該線路其他用戶電壓質量均滿足不低于額定電壓7%的國標要求。
下面運用負荷距確定接入導線截面。
現(xiàn)計算其他型號的導線，接入線路A第X桿，能否滿足負荷距要求。選用其他導線型號的導線，接入線路A第X桿，線路A的負荷距為：
依據(jù)表3導線型號為JKLGYJ-1×50的導線，功率因數(shù)為0.95時，其臨界負荷距為15 kW·km。經(jīng)與導線型號為JKLGYJ-1×70的臨界負荷距12.6 kW·km比較，選用該型號導線接入線路A第X桿，能滿足負荷距要求。
導線型號為JKLGYJ-1×35的導線，功率因數(shù)為0.95時，其臨界負荷距為11 kW·km。經(jīng)與導線型號為JKLGYJ-1×70的臨界負荷距12.6 kW·km比較，選用該型號導線接入線路A第X桿，不能滿足負荷距要求。
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，導線選用JKLGYJ-1×50，三相四線制低壓架空線路供電。
5 結論
福建山區(qū)配電網(wǎng)和季節(jié)性負荷有其自身特點，依據(jù)用戶接入的一般體系，不能解決在季節(jié)性負荷高峰期的低電壓現(xiàn)象。本文將負荷距運用到福建山區(qū)季節(jié)性負荷用戶接入中，優(yōu)化接入位置和接入導線截面確定的計算方法，簡化計算過程，既能保證用戶接入后的電壓質量，又能保證用戶接入的經(jīng)濟性，適合在福建山區(qū)季節(jié)性負荷新用戶接入中使用。
參考文獻
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