学文网摘要： 近年来，由于电力负荷的持续增长，对配电网的供电能力提出更高的要求。本文引用了St.克雷尔（Clair）曲线的概念对电网供电能力进行了分析，在保证电能质量和热稳定极限的前提下，对目前10kV与20kV电网的供电能力进行分析。
Abstract： In recent years， because of the continuous growth of the power load， the higher requirements of the power supply capacity of power distribution network are put forward. This paper analyzes the power supply capacity of power distribution network by the concept of St. Clair curve. In the premise of guaranteeing the quality of electric energy and thermal stability limit， the power supply capabilities of the power grids of 10kV and 20kV are analyzed.
关键词： 供电能力;自然功率;热稳定极限
Key words： power supply capacity;natural power;thermal stability limit
0 引言
随着我国国民经济的不断发展，配电网负荷也随之持续增加。由于目前对于我国多数配电网来说，都存在设备陈旧等问题，造成配电网供电能力较低。因此合理的评价配电网供电能力对于电网改造和规划设计都有都很大的帮助。St.克雷尔（Clair）曲线是在输电规划工程中对输电线路迅速估计最大负荷极限的工具。此曲线能够较准确地估计无补偿的输电线路的供电能力。将此种方法运用于10kV与20kV配电网中，可以对配电线路的供电能力进行迅速的评价。本文引入线路自然功率的概念，通过计算配电线路的自然功率，以此来表达在满足电压质量的情况下，线路功率传输极限与供电距离的关系。
1 对目前配电网架空线路的参数以及自然功率SIL的计算
用自然功率来描述输电线路的供电能力，必须对输电线路的波阻抗Zc进行计算，因此需要求取输电线路的L、C、R各项参数。针对目前配电网架空线路一般使用LGJ-120、 LGJ-150、 LGJ-185、 LGJ-240四种型号的钢芯铝绞线，本文中以LGJ-240导线为例。
1.1 架空导线的对地电容。C=■
其中：ε■――真空介电常数;ε■=8.842×10-9（F/km）h――架空线对地高度（m）城市配电网的电杆高度一般在13m左右，这里取架空线高度h为10m，r――导线半径（m）。
LGJ-240导线的对地电容：C=0.0072048（μF/km）。
1.2 架空导线的电感。对与线路电感L由两部分组成L■、L■。L=L■+L■=■×ln■+■
其中：L■――导线的空气部分电感;L■――导线内电感;μ■――导体磁导率（μ■=4π×10-4）。
LGJ-240导线的电感：L=1.59711×10-3（H/km）。
1.3 架空导线的电阻。R■=K■×1000×■
其中：K■――集肤系数，其大小与电流的频率、导体的形状和尺寸有关，可以通过查集肤效应曲线得到，在大截面导体中，其影响往往不可忽略，而对于绞线，通常都可以认为K■=1;ρ――导线电阻率（ρAl-0.028（Ω・mm2/m））;a――电阻温度系数（aAl=0.0041（℃-1））;S――导线截面积;tw――导线运行温度;t0――环境温度。
对于架空线的电阻计算由于受地理位置的影响各国的标准不同，根据我国标准取环境温度t0=20℃，钢芯铝绞线的运行温度为tw=70℃。
LGJ-240导线交流电阻：0.14058（Ω/km）。
1.4 配电线路自然功率SIL的计算。SIL=■
其中：Zc――波阻抗;V0――配电线路的额定电压，当V0取线电压时所求得的自然功率为三相值，当V0取相电压时得到的是单相的自然功率。本文分别求取了在10kV和20kV下配电线路的单相自然功率。
2 对目前10kV/20kV电网供电能力分析
利用自然功率SIL的概念分析10kV与20kV配电网的供电能力。对于我国目前配电网多属于辐射状电网，所以考虑其供电能力时从热稳定极限和电压降极限两个方面的影响来进行考虑。
2.1 热稳定极限对配电线路供电能力的影响 线路的热稳定极限，为正常运行线路的最高运行温度极限，我国规定为70℃，而线路的运行温度很明显还与风速、环境温度、和导体的横截面积等因素有关。本文采用摩尔根计算公式计算线路载流量。
I=■■
其中：θ――导线的载流温升（℃）;V――风速（m/s）;D――导线外径（m）;ε――导线表面的辐射系数，新线为0.23～0.46，旧线为0.90～0.95;S――（斯蒂芬-包尔茨曼常数）;t0――环境温度℃，αS――导线吸热系数，新线为0.23～0.46，旧线为0.90～0.95;Es――日照强度W/m2;Rac――导线交流电阻Ω/m。
表2是通过摩尔根计算公式计算得到的线路载流量结果，通过载流量可以得到10kV与20kV线路的最大功率传输极限。
LGJ-240导线最大允许载流量 I=609（A）。
2.2 电压降极限对配电线路供电能力的影响 在配电网中，按电压降极限为7%计算，假设线路传输功率为S，线路功率因素按cosφ=0.9计算。根据线路电压降公式ΔU=■，利用MATLAB可以画出供电距离与线路供电能力极限的关系，在这里以LGJ-240型导线为例，分别给出了在10kV与20kV两种电压等级下供电距离与线路供电能力极限的关系曲线（电压降极限满足7%），用SIL的标幺值表示为如***1所示。
3 结果分析
通过线路功率传输极限与供电距离关系曲线的描绘，从曲线中可以清楚地得到，在满足电压降极限为7%的前提下线路输送一定功率时的可供电范围。并通过载流量的计算给出了线路可传输的功率最大值，对于10kV约为SIL的30倍，对应的供电距离为8.6km;对于20kV为SIL的15倍.，对应的供电距离为17.3km。另外，从曲线可以很容易找到不同传输功率下对应的供电距离的最大值，可以作为对线路供电能力的评价依据。
4 结论
经过计算得到的线路功率传输极限与供电距离关系曲线，可以对目前10kV与20kV配电网的供电能力进行快速有效的分析，从曲线上可以直观地查找在一定传输功率下的供电范围，其结果可以有效指导配电网规划设计和合理评价现有配电线路的供电能力，对实际工程有一定的参考作用。
参考文献：
[1]吴维韩.电力系统过电压数值计算[M].科学出版社，1989，02.
[2]胡尊张，艾欣.配电网供电能力计算研究[J].现代电力，2006，06.
[3]叶鸿声，等.提高导线允许温度增加线路输送容量的研究[D].华东电力设计院，2004.
转载请注明出处学文网 » 基于自然功率的10kV/20kV电网供电能力分析