(一)增设新变电站,或将变电站移至负荷中心

(1)当10kV线路的供电半径及其线路末端地区负荷密度超过经济合理范围时(见表5-9),可考虑在该地区增设新的35/10kV变电站(即：将供电半径超过合理范围的原10kV线路,从中间适当位置断开一分为二,首端为一条线路,仍然由原来的变电站供电；末端为另一条线路,改由增设的新变电站与前相反方向供电。这样线路供电半径就缩短了,该地区的负荷密度就分散了)。虽然10kV线路的供电半径尚未超过合理距离,但当线路末端地区负荷密度大于其首端地区负荷密度,并超过经济合理值时,可考虑将原35/10kV变电站移至这个地区的负荷中心。在挪移变电站时,如果该变电站是简陋型或简易型变电站,及安全水平较差的变电站,或者本县有此种类型的变电站；应该优先考虑安排将它挪移,并最好与以提高安全水平为目的技术改造结合起来。此时,新增变电站和挪移变电站,同具提前分流作用,并使供电半径不超标,有利降损节电。

表5-9　农村电网10kV配电线路经济供电半径推荐值

(2)变电站的布点对电网结构是否合理关系极大。35kV变电站设在哪里,布点多少,主要取决于供电范围内的电力负荷密度和供电半径。即首先根据该地区的综合需用系数,预测今后五年内的最大负荷,进而根据用电面积计算出面负荷密度。然后计算出相应负荷密度级下的10kV线路经济供电半径和35kV变电站的容量。最后再根据所需输送负荷,计算出35kV线路的允许供电半径,并校对初选的变电站布点是否适宜。

(3)在确定变电站的具体位置时,首先要有意识将高电压等级线路尽可能延伸,使高压直接深入至负荷中心,从而使变电站尽量靠近负荷较大的县级或乡镇企业用电户；其次要结合考虑线路进出、地形地质、交通条件及行政中心等因素。

(4)变电站的容量选择是否适当,对能否满足实际用电需要,能否使设备得以充分利用关系极大。较为可靠的选择方法,首先是根据已计算确定的10kV线路经济供电半径Lj；35kV变电站供电控制范围Sbdz及通过查表(Lj与Pjm对应表)得到的供电范围内的负荷密度Pjm,按照式(5-41)可以计算出变电站的负荷量为

式中 Pbdz——35kV变电站的供电负荷,kW；

Sbdz——35kV变电站供电控制面积,km2；

Pjm——供电范围内的平均负荷密度,kW/km2；

ΔPs%——10kV线路的功率损耗率(即线损率)。

然后,根据变电站应达到的功率因数的要求,按式(5-42)计算确定变电站的主变压器的容量为结合我国农村用电水平较发达地区的实际情况,以及用电初期和农业用电比例较大地区用电负荷较低的现实,35kV变电站的最大容量一般不应超过1.0万～1.2万kVA,最小容量也不应小于1000kVA。

(5)由于农电负荷季节性强、波动较大等特点,变电站主变压器的台数,一般宜选择两台为好。考虑到具有并列运行的可能性,两台变压器容量可以相同。在负荷峰谷差较大的地区(如有的竟达8∶1),则宜选择一大一小容量不同的变压器。其中小容量主变压器的选择,应满足低谷时最小负荷(kVA值)不低于其额定容量的50%左右为宜。即小主变压器的容量(kVA)不宜超过最低负荷(kW)的2.5倍(按cosφ≈0.8计算)。

(6)变电站10kV出线回路数,一般不宜超过六回路。这是因为这种回路数方案与其它出线回路数方案相比,具有最佳或较好的技术经济指标。

综上所述,变电站的布点和容量选择,应遵循：“小容量、密布点,近电不远送,有电能送出”的原则。

(7)电网结构的合理比例。各种电压等级的变电站,特别是35kV级变电站的布点是否合理,很大程度上影响到电网结构是否合理。电网结构配置比例应该协调合理,这是电网实现安全运行、经济运行,以及具有较高可靠性的重要技术保证和基本条件。经有关资料分析,其合理比例见表5-10。

表5-10　电网结构比例

需要说明的是,表5-10中电网结构合理比例是在一定设备容量下和一定线路长度下的事故率不超过国家规定值、电网线损率符合国家规定要求值、电网运行可靠性满足国家规定要求值等的情况下,经过分析计算求得的。因此,具有一定的借鉴参考价值。

(二)改造走径迂回曲折且供电半径超过经济合理值的线路

由于线路走径迂回曲折造成其输送负荷的距离超过经济合理长度时,应采取去弯取直的办法进行改造,使线路供电半径符合经济合理值。这一改造方法与上述增设新的变电站,将原供电半径超长的线路从中间适当位置断开,一分为二分别由两个变电站供电的方法相比,其投资节省多得多,工程量也少得多,但效益不会差得很多。因此,这是我们优先或首选采用的方法。

1.10kV配电线路的经济供电半径

10kV配电线路经济供电半径的确定原则,是在这一供电半径控制下,单位供电面积所承担的总计算费用为最小。所谓总计算费用是指35kV送变电工程投资,10kV线路工程投资,以及这两项工程的年运行费用(包括折旧维护费和电能损耗费)。

根据35/10kV变电站10kV出线为六回路的条件,可推导出10kV配电线路的经济供电半径与电力负荷的函数关系式为

式中 Pjm——供电范围内的平均电力负荷密度,kW/km2；

Lj——10kV配电线路的经济供电半径,km。

根据式(5-43)的函数式,可绘制出Lj=f(Pjm)的曲线,如图5-4所示。

为了便于计算,必须将上面的函数式进行简化。为此,先引入一个计算函数,并根据供电范围内的平均电力负荷密度,分段对系数取常数,则可导出10kV配电线路经济供电半径的直接计算公式为

图5-4　10kV线路经济供电半径与负荷密度的关系曲线

式中 Kjl——10kV配电线路经济供电半径计算系数,见表5-11。

表5-11　10kV配电线路经济供电半径计算系数表

由经济供电半径的直接计算公式,可求出农村电网10kV配电线路的经济供电半径的推荐值。

在运用经济供电半径的实践中,经验算,10kV配电线路的末端电压降约为线路额定电压的7%～9%,可见一般均能满足线路的电压要求。

当10kV线路的经济供电半径按照上述方法确定后,35/10kV变电站相应的供电控制范围亦可确定,其计算式为

式中 Sbdz——35kV变电站的供电控制范围,km2；

Lj——10kV配电线路的经济供电半径,km。

2.35kV输电线路的允许供电半径

35kV输电线路的允许供电半径应按允许电压降确定,进而确定线路所需导线的截面积及其经济电流密度。若能满足上述要求,则可认为是符合送电线路的技术经济条件。

当35kV输电线路无分支路,仅有末端集中负荷时,其允许供电半径可按下式计算确定为

式中 Pzd——35kV输电线路的最大供电负荷,MW；

cosφ——35kV输电线路的负荷功率因数；

tgφ——35kV线路功率因数角的正切值。

根据式(5-46),在一定的输送功率和功率因数下,即可计算出35kV输电线路的允许供电半径,其值见表5-12。

表5-12　35kV线路允许供电半径与输送功率关系表

(三)改造导线截面过细且输送负荷较重的“卡脖子”线路

这就要求必须正确合理地选择导线的截面积。

1.选择导线截面的基本原则

(1)选择导线截面的计算负荷,应该是线路建成(改建)后5～10年的线路最大负荷。此最大负荷不只是在个别年份中出现,而是在相当长一段时期内具有一定代表性的负荷。

(2)对于10(6)kV线路,以及负荷不大、供电距离较远、最大负荷利用小时很低、又没有任何调压措施的35kV线路,一般按允许电压损耗选择导线截面,用机械强度和发热条件校验。10(6)kV线路导线截面积的选择有一个实际情况需考虑,那就是：更换导线比更换配电变压器要费时费力,较为麻烦,所以,10kV线路导线截面积的选择宜大不宜小,宽裕度可适当留大一些,即按其10年(长于配电台区规划期2～4年)最大负荷作为计算负荷,这样既能延长导线的更换周期,又能保障满足其机械强度和发热条件的校验。

(3)35～110kV架空线路的导线截面,一般按经济电流密度选择,用允许电压损耗、发热条件、电晕和机械强度进行校验。当允许电压损耗不能满足时,一般不提倡采用加大导线截面的办法来降低电压损耗。这是因为导线截面大的架空线路,其电压损失起决定作用的是电抗而不是电阻,所以选用大的导线截面以降低线路电压损失,效果是不显著的。不如采用另外一些调压措施。

(4)当计算所得导线截面在两个相邻标称截面之间,一般选取大一号的标称截面。(www.daowen.com)

(5)应考虑发展余地和过渡的可能性。

2.导线截面选择的计算方法

农村电网一般负荷密度不大,比较分散,输配电线路往往较长,电压损失常常成为决定导线截面的首要条件。现就选择导线截面常用两种方法分述如下：

(1)按允许电压损耗选择导线截面。在没有特殊调压设备的电网中,尤其是农村的10(6)kV线路,一般都是按电压损耗的允许值来选择导线截面。线路电压损耗的计算式为

可见,导线中的电压损耗是由两部分组成。导线电阻中的电压损耗为

导线电抗中的电压损耗为

但是,导线截面积对架空线路电抗的影响很小,由架空线路构成的农村电网,电抗值都在0.36～0.42Ω/km,近似计算可采取0.4Ω/km。因此,即使在导线截面积尚未确定的时候,可以先假定线路电抗值,计算出电抗部分中的电压损耗,且当给出了线路允许电压损耗ΔUyx%之值后,则由导线电阻决定的电压损耗也能计算出来了。即

此时,若全线路选用一种型号导线时,则有

又因导线单位长度电阻(ro)=导线电阻率(ρ)/导线截面积(S)

式中 Ue——线路额定电压,kV；

P,Q——线路输送的有功功率,kW,无功功率,kvar；

R、X——线路导线的电阻、电抗,Ω；

ΔUr、ΔUx——线路导线电阻、电抗的电压损耗,V；

ΔUyx——线路的允许电压损耗,V；

l——线路导线长度,km；

S——线路导线的截面积,mm2；

ro——导线单位长度电阻,Ω/km；

ρ——导线的电阻率,Ω·mm2/m；银：0.016,铜：0.0172,金：0.023,铝：0.0283,锰：0.051,钨：0.053,锌：0.061,锡：0.113,钢：0.13～0.25,铁：0.13～0.3,铅：0.208,水银：0.958,镍铬合金：1.0,石墨：8.0,碳：13.75。

(2)按经济电流密度选择导线截面。经济电流密度值是根据节省建设投资和年运行费用,以及节约有色金属等因素,由国家经过分析和计算规定的。我国现行的电流密度值,见表5-13。

表5-13　架空铝线和钢芯铝绞线的经济电流密度j值　单位：A/mm2

按经济电流密度选择时,首先必须确定电力网的输送负荷量(功率和电流),以及相应的最大负荷利用时间,然后才能确定导线截面。

1)最大输送负荷电流Izd的计算为

式中 P——计算输送功率,kW；

Ue——线路额定电压,kV；

cosφ——线路负荷功率因数。

2)确定输电线路的最大负荷利用小时数为

式中 A——输电线路年输送的电量,kW·h；

Pzd——输电线路输送的最大有功负荷,kW。

农村35kV输电线路的最大负荷利用时间一般为1500～3000h,110kV输电线路的最大负荷利用时间一般为3000～5000h。

3)确定导线截面为

式中 Izd——线路的最大负荷电流,A；

j——经济电流密度值,A/mm2。

按照上述计算方法求得导线截面积后,必须根据国家目前生产的导线标称面积选择一种与计算结果相近的标准导线。其后,按照所选定的实际导线截面积,计算求出实际的电压损耗,验算电压损耗是否符合要求；如果不符合要求,就另选一邻近的标称截面积；再验算电压损耗,直至满足要求为止。

(3)按照上述计算方法选择导线截面积后,还需要按正常工作的条件作下列校验：

1)导线机械强度校验。为了保证架空线路导线具有必要的机械强度,避免由于强度不够而发生断线事故,必须进行机械强度校验。要求各种电压等级的线路采用不同材料制成的导线时,其最小截面(或直径)不得小于表5-14中所列出的数值。

表5-14　架空线路导线的最小允许截面积或直径　单位：mm2、mm__

2)导线的正常发热校验。为了保证运行中的线路导线温度不超过其最高允许值(对裸导线为70°C),必须进行正常发热的校验。

为了使用方便,工程上都预先根据各类导线允许持续工作的最高温度,制定了各类导线的持续允许电流Iyx,表5-15为各类导线的持续允许电流值。

表5-15　裸铜、铝及钢芯铝线的持续允许电流(周围空气温度为25°C时)

在选择导线时,应使导线的最大工作电流Izd小于其持续允许电流Iyx,即Izd＜Iyx。对于作为备用的线路,导线最大工作电流应该是：考虑到非备用线路故障时,需要它起到备用作用的最大工作电流。

表5-15所列的数值是周围空气温度在最炎热月份的平均最高温度为25°C时各类导线的持续允许电流值。如果最炎热月份空气平均最高温度不是25°C,则导线的持续允许电流应乘以表5-16中的系数。

表5-16　在不同周围空气温度下的修正系数

在这里说明一下,上述选择导线截面的计算方法,适宜于新建线路的规划,也就是说,在进行电网规划时,要做到规划合理、准确,其中一个重要环节,必须按照上述选择导线截面的计算方法,正确而合理地选择确定线路导线。对于“卡脖子”的旧线路调整改造来说,也应该按照上述选择导线截面的计算方法,合理选定线路导线。一般来说,多数线路特别是10(6)kV线路,它们的负荷是前重后轻,呈递减状态(或者前后一样重,基本呈均衡状态)。此时,当线路具有两种及以上型号的导线时,就其截面而言,应该是：首端线大于(或等于)主干线、大于分支线(或末端线)。

(四)农村电网建设改造参考价格

我国国土面积较大,地域辽阔,地形复杂,各地经济发展水平不一,甚至极不平衡。因此,农村电网建设改造价格不仅东、西、中或南、北、中各不相同,而且即使在同一个省,平原地区与丘陵地区、沼泽地区、荒漠地区、山区之间也各不相同,甚至差异较大。下面仅以地处我国中原腹地的河南省农村电网建设改造价格(也是大概值)作一简单介绍,见表5-17,供参考。

表5-17　农村电网建设改造参考价格