20kV配電設(shè)備選型的研究

1、20kV配電設(shè)備選型的研究 20kV配電設(shè)備選型的研究 摘要：本文對(duì)20kV應(yīng)用面臨的幾個(gè)關(guān)鍵問題，即配網(wǎng)主要組成局部的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析研究，并通過不同負(fù)荷密度下的理論計(jì)算進(jìn)行證明。 關(guān)鍵詞：20kV，設(shè)備，選型 ABSTRACT: In this paper, the application of 20 kV faced several key problems, that is the main component of distribution network of standard equipment is studied and analyzed, and through diffe

2、rent load density and the theoretical calculation are verified. Key words: 20kV，equipment， Selection 中圖分類號(hào)：G267文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 通過20kV相關(guān)研究性參考資料可知，隨著負(fù)荷密度的增大，10kV與20kV配電網(wǎng)之間可靠性指標(biāo)差距越來越小，而經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)差距越來越大： 1負(fù)荷密度較小時(shí)，中壓配電網(wǎng)采用10kV的優(yōu)勢(shì)比擬明顯； 2負(fù)荷密度較大時(shí)，中壓配電網(wǎng)采用20kV的優(yōu)勢(shì)比擬明顯，特別是對(duì)于現(xiàn)狀配電網(wǎng)線路較少的地區(qū)或新區(qū)，用戶過渡也相對(duì)簡單。 1 邊界條件 本次研究中不再針對(duì)10

3、kV、20kV電壓等級(jí)進(jìn)行比擬，而針對(duì)20kV配電網(wǎng)中設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行理論分析計(jì)算，設(shè)定邊界條件如下： 負(fù)荷密度考慮2.0，5.0，10.0，20.0，40.0，60.0MW/km2； 變電站按110/20kV考慮，負(fù)載率取為高負(fù)載率，即兩臺(tái)主變的變電站負(fù)載率取為65%，三臺(tái)主變的變電站負(fù)載率取為87%； 變電站功率因數(shù)統(tǒng)一取為0.95，線路功率因數(shù)統(tǒng)一取為0.90； 根據(jù)20kV應(yīng)用調(diào)研，20kV導(dǎo)線接線選取YJV22-3240、YJV22-3300、YJV22-3400三種進(jìn)行比擬三種電纜的載流量分別為400A、468A和522A，選取總的線路年運(yùn)行費(fèi)用最小的作為推薦的導(dǎo)線截面； 考慮不同接線

4、模式，線路負(fù)載率取為50%75%； 負(fù)荷額定電流取為3000A；最大功率損失時(shí)間為4500h；平均綜合電價(jià)取為0.6元/kWh； 根據(jù)國務(wù)院發(fā)布的?國營企業(yè)固定資產(chǎn)折舊條例?, 鐵塔水泥桿線路的折舊年限為40a，即折舊率為2.5%；線路參數(shù)如表1所示。 表1 線路參數(shù)表 2 理論計(jì)算 2.1研究方法 1變電站規(guī)模 在中國電力出版社出版的?配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)?一書中指出：市區(qū)變電站的最優(yōu)密度和最優(yōu)容量可以用以下公式進(jìn)行估計(jì)：Ssk11/3 式中Ss高壓/中壓變電站的最優(yōu)容量MVA； k1與當(dāng)?shù)刭M(fèi)用和中壓接線方式有關(guān)的系數(shù)，k150； 區(qū)域負(fù)荷密度MW/km2。 表2 不同負(fù)荷密度下適宜的變電站容

5、量 由上表可以看出，在負(fù)荷密度比擬低的情況下，如為210MW/km2時(shí)，選用23臺(tái)31.5MVA的110/10變壓器是適宜的。當(dāng)負(fù)荷密度比擬高的情況下，如大于20MW/km2的時(shí)候，再采用31.5 MVA的變壓器已經(jīng)適應(yīng)不了容量的需求。如果直接用大容量的110/10變壓器，那么中壓側(cè)短路電流會(huì)過大。 最好的解決方法就是中壓側(cè)采用20kV電壓等級(jí)，變壓器容量采用23臺(tái)63MVA、80MVA、90MVA或100MVA的110/20變壓器。 對(duì)于如何確定變電站內(nèi)單臺(tái)主變的容量的大小，可以通過負(fù)荷額定電流的大小來限制。計(jì)算公式如下： 式中,變電站內(nèi)單臺(tái)主變的最大容量(MVA)；U配電線路電壓(kV)；

6、負(fù)荷額定電流(A)；cos線路功率因數(shù)；變壓器負(fù)載率。 2配電線路最正確供電半徑 1根據(jù)最優(yōu)變電站容量和負(fù)荷密度計(jì)算供電半徑 假設(shè)變電站供電面積為圓面積，那么： 最大供電半徑R為： 變電站最大負(fù)荷Pmax=Sncos 式中，D平均負(fù)荷密度MW/km2； Sn變電站中變壓器額定容量之和； cos變電站功率因數(shù)，取0.95； 變壓器負(fù)載率，兩臺(tái)主變?nèi)?.65，三臺(tái)主變?nèi)?.87； 線路曲折系數(shù)，一般為1.21.5，計(jì)算中取1.2。 2根據(jù)電壓降作為控制條件,校驗(yàn)供電半徑是否合理 三相交流線路的電壓損失U包括兩局部：電阻中的電壓損失UR和電抗的電壓損失UX。 U = UR+UX =3IRcos+3I

7、 Xsin*10-3kV 式中R配電線路每相導(dǎo)線電阻()； X配電線路每相導(dǎo)線電抗()； cos線路功率因數(shù)。 UX =3I X0Lsin*10-3kV UR=U-3I X0Lsin*10-3kV =3IR0cos10-3kV L=U*10-3/3IR0cos+3I X0Lsinkm 式中, U 總的允許電壓損失根據(jù)?城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)那么?,20kV或10kV線路電壓損失為24%，計(jì)算中取上限4%； R0每公里線路導(dǎo)線的電阻,可由手冊(cè)查出； X0每公里線路導(dǎo)線的電抗, 可由手冊(cè)查出； I配電線路的輸送電流(A)。 3最正確導(dǎo)線截面與出線間隔 這里以電力線路的投資和電能損失兩個(gè)方面計(jì)算配電線

8、路的最正確導(dǎo)線截面積。 在工程設(shè)計(jì)中，經(jīng)常有配電線路的設(shè)計(jì)。選擇導(dǎo)線截面是接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)一項(xiàng)很重要的任務(wù)，選擇的導(dǎo)線截面應(yīng)該能保證供電質(zhì)量及平安、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，在這個(gè)前提下應(yīng)本著節(jié)約有色金屬材料的消耗量以及線路投資的原那么來設(shè)計(jì)配電線路。 電力線路的年運(yùn)行費(fèi)用包括線路投資的折舊維護(hù)費(fèi)和年電能損消耗兩局部： F=KZL+A H；A =3I2R0LT10-3(kWh) 出線間隔 = ； W=F*N 式中,F電力線路的年運(yùn)行費(fèi)用(萬元)； Z電力線路每公里綜合投資(萬元/ km)； K線路折舊率( %)； A配電線路的年電能損失量(kWh)； H平均綜合電價(jià)(萬元/kWh)； L配電線路長度(km)； T

9、最大功率損失時(shí)間。 線路的負(fù)載率。 W總的線路年運(yùn)行費(fèi)用 用此方法計(jì)算不同導(dǎo)線截面的總的線路年運(yùn)行費(fèi)用，比擬其大小，選取總的線路年運(yùn)行費(fèi)用最小的作為推薦的導(dǎo)線截面。 2.2 計(jì)算結(jié)果 根據(jù)上述的分析思路和邊界條件，得出計(jì)算結(jié)果如下： 1變電站規(guī)模 根據(jù)調(diào)研可知，20kV配網(wǎng)中110/20變電站單臺(tái)變壓器的容量可選范圍為63 MVA、80 MVA、90 MVA、100 MVA和120 MVA。 經(jīng)過計(jì)算，當(dāng)變電站有2臺(tái)主變時(shí)，考慮變壓器負(fù)載率為65%，變壓器的單臺(tái)最大容量為151.09MVA；當(dāng)變電站有3臺(tái)主變時(shí)，考慮變壓器負(fù)載率為87%，變壓器的單臺(tái)最大容量為112.88MVA。 結(jié)合計(jì)算得出

10、的變電站容量和不同臺(tái)數(shù)組合情況下單臺(tái)最大容量，可以得出最優(yōu)的變電站容量組合如表3所示。 表3 變電站容量計(jì)算結(jié)果 由表3中計(jì)算結(jié)果可知：當(dāng)負(fù)荷密度小于10MW/km2時(shí)，適合采用小容量變電站，20kV電壓等級(jí)優(yōu)勢(shì)不明顯。 2供電半徑 表4 供電半徑計(jì)算結(jié)果 經(jīng)過校驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果電壓降均滿足電能質(zhì)量要求。 由表4中數(shù)值可知：隨著負(fù)荷密度的增大，變電站供電半徑逐漸減小。 3出線間隔 當(dāng)線路的負(fù)載率為75%時(shí)，計(jì)算得出變電站出線間隔數(shù)如表5所示。 表5 變電站出線間隔計(jì)算結(jié)果 4線路年運(yùn)行費(fèi)用 單條線路的年運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算結(jié)果如表6所示。 表6 單條線路的年運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算結(jié)果 從上表可以看出： 1相同條件下，隨著負(fù)荷密度的增大，單條線路的年運(yùn)行費(fèi)用整體呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)； 2負(fù)荷密度和變電站臺(tái)數(shù)相同時(shí)，導(dǎo)