張林垚，吳 涵，吳桂聯(lián)，李 明，榮振中，王宗禮，劉 軍

（1.國網(wǎng)福建省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，福建 福州350012；2.國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院，福建 福州350012；3.山東國研電力技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南250101）

山區(qū)季節(jié)性負(fù)荷用戶接入新體系研究

張林垚1，吳 涵2，吳桂聯(lián)1，李 明3，榮振中3，王宗禮3，劉 軍3

（1.國網(wǎng)福建省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，福建 福州350012；2.國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院，福建 福州350012；3.山東國研電力技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南250101）

遵循“安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理”的原則，建立福建山區(qū)用戶接入的一般體系。通過分析福建山區(qū)中低壓配電網(wǎng)特點(diǎn)和福建山區(qū)負(fù)荷特性，結(jié)合用戶接入的一般體系，運(yùn)用負(fù)荷距理論，提出適用于福建山區(qū)季節(jié)性負(fù)荷的用戶接入體系，以緩解季節(jié)性負(fù)荷用戶帶來的“低電壓”問題。

用戶接入；季節(jié)性負(fù)荷；負(fù)荷距

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?！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(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，首先會確定用戶接入容量和用戶用電負(fù)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(shè)備型號，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。

圖1 用戶接入一般模式示意圖

圖2 福建山區(qū)配電網(wǎng)“八爪魚”結(jié)構(gòu)

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)該是著重考慮的困素。

圖3 安溪季節(jié)性負(fù)荷情況

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為線路單位長度的電阻，Ω/km；X0為線路單位長度的電感，Ω/km；cosφ為功率困數(shù)；Pmax為線路最大有功負(fù)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(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型號導(dǎo)線為例，說明供電距離與負(fù)荷矩的關(guān)系。假定線路已有無功補(bǔ)償，功率困數(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。

表1 不同線路供電距離和線路負(fù)載率的“負(fù)荷距”值（MW·km）

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型號導(dǎo)線為例，在限定線路末端壓降最大不超過10%的條件下，不同線路功率困數(shù)的臨界“負(fù)荷距”值如表2所示。

表2 對應(yīng)不同線路功率因數(shù)的臨界負(fù)荷距指標(biāo)值

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，功率困數(shù)越高，臨界“負(fù)荷距”也越大。

0.4 kV電壓等級下，架空各導(dǎo)線型號、線路壓降、供電距離、功率困數(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7%)、線路功率困數(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、線路功率困數(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。

表3 0.4 kV架空絕緣線的臨界負(fù)荷距指標(biāo)

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)對總負(fù)荷的額外影響，困此在確定設(shè)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(jì)算負(fù)荷時(shí)，需要系數(shù)法更加合理，且計(jì)算也較簡便。

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?，其?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臺最大容量的設(shè)備總?cè)萘浚籦和c為二項(xiàng)式系數(shù)。

用電設(shè)備組的平均功率困數(shù)為 cosφ，則用電設(shè)備組的用電容量為：

(2)用戶負(fù)荷等級

福建山區(qū)季節(jié)性負(fù)荷一般為三級負(fù)荷。

(3)接入電壓等級

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)線型號相同，各分支線路功率困數(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(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。

現(xiàn)有編號為 p、q、k、m的分支線路滿足負(fù)荷距要求，其中{p、q、k、m}?{1，…，n}。

令 L=min{L近p、L近q、L近k、L近m}，則 L為滿足用戶電壓質(zhì)量要求最短接入距離和最佳接入位置。

(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、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。

圖4 福建山區(qū)季節(jié)性負(fù)荷用戶接入體系

4 應(yīng)用典型案例

某家庭制茶廠申請用電 35kW，其中三相動力設(shè)備：殺青機(jī) 1臺（6kW），揉捻機(jī) 1臺（2.4kW），解塊分篩機(jī) 1臺（1.4kW），瓶式烘干機(jī) 1臺（7.5kW），雙鍋炒干機(jī) 1臺（2.3kW），圓篩機(jī) 1臺（0.9kW），風(fēng)力選別機(jī)1臺（4.8kW），三相空調(diào) 1臺（2.7kW）；照明用電等其他設(shè)備共4kW。

經(jīng)勘查，其中原裝動力設(shè)備最大負(fù)荷25.2kW；照明設(shè)備最大負(fù)荷3.6kW，各三相動力設(shè)備功率困數(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(fù)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 500m，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400m，接帶普通負(fù)荷容量51 kVA，線路A、B導(dǎo)線型號均為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 100m，距制茶廠50m；接入位置二為線路B第Y桿，距線路B的配電變壓器150m，距制茶廠100m。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)線型號為 JKLGYJ-1×70，線路 A、B功率困數(shù)取0.95，則此時(shí)線路A、B的臨界負(fù)荷距為20kW·km。

圖5 制茶廠接入示意圖

計(jì)算接入線路A第X桿時(shí)，線路A的負(fù)荷距：

SLA=(11+67+32)×(0.1+0.05)=16.5kW·km

計(jì)算接入線路B第Y桿時(shí)，線路B的負(fù)荷距：

SLB=(51+32)×(0.15+0.1)=20.75kW·km

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)線型號的導(dǎo)線，接入線路A第X桿，線路A的負(fù)荷距為：

SLA=(11+67+32)×0.1+32×0.05=12.6kW·km

依據(jù)表3導(dǎo)線型號為JKLGYJ-1×50的導(dǎo)線，功率困數(shù)為0.95時(shí)，其臨界負(fù)荷距為 15kW·km。經(jīng)與導(dǎo)線型號為JKLGYJ-1×70的臨界負(fù)荷距12.6kW·km比較，選用該型號導(dǎo)線接入線路A第X桿，能滿足負(fù)荷距要求。

導(dǎo)線型號為 JKLGYJ-1×35的導(dǎo)線，功率困數(shù)為0.95時(shí)，其臨界負(fù)荷距為11kW·km。經(jīng)與導(dǎo)線型號為JKLGYJ-1×70的臨界負(fù)荷距 12.6kW·km比較，選用該型號導(dǎo)線接入線路A第X桿，不能滿足負(fù)荷距要求。

困此，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，簡化計(jì)算過程，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。

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[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.

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The new system of seasonal load user access grid in mountainous area

Zhang Linyao1，Wu Han2，Wu Guilian1，Li Ming3，Rong Zhenzhong3，Wang Zongli3，Liu Jun3

（1.Power Economic Research Institute of Fujian Electric Power Company Limited，F(xiàn)ujian 350012，China；2.Electric Power Research Institute of Fujian Electric Power CO.，LTD，F(xiàn)ujian 350012，China；3.Shandong Guoyan Electric Power Technology CO.，LTD，Jinan 250101，China）

This paper first follow the″safe，reliable，economic，reasonable″principle，and then through the analysis of the characteristics of low-voltage distribution grid in the mountainous areas of Fujian and Fujian mountain load characteristics，combined with the general system of user access，use the load distance theory，proposed user access system suitable for the Fujian mountainous area of the seasonal load，in order to alleviate seasonal load of users of the″low voltage″problem.

user access；seasonal load；load distance

TM71

A

10.16157/j.issn.0258-7998.2015.07.044

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.

張林垚（1980-），男，碩士，高級工程師，主要研究方向：配電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)。