0 引言

    隨著福建山區經濟發展，在制茶和烤煙等季節性負荷用電高峰期，會形成“尖峰”負荷造成的季節性負荷用戶“低電壓”現象。“低電壓”現象，一般是從供電角度解決此問題，即：通過縮短低壓臺區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，并結合福建山區低壓配電網特點和山區負荷特性，在現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。用戶接入電網的一般模式可用圖1表示。

2 福建山區配電網和負荷特性

2.1 福建山區配電網

    福建山區中低壓配電網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，山區中壓配電網基本采用架空單聯絡和輻射狀接線模式，以輻射狀結構為主，形成“八爪魚”式的電網結構。福建山區配電網結構如圖2所示。

    福建山區用戶負荷特性有自身特點，即季節性負荷突出，持續時間短。本文所指的福建山區季節性負荷是指制茶、烤煙等季節性負荷。根據福建山區實際情況，制茶、烤煙等季節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。制茶、烤煙季節性負荷出現在5、6、10月，持續時間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]。安溪制茶季節性負荷特性如圖3所示。

    制茶、烤煙等季節性負荷用戶接入電網時，在保證電網安全性、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，P_max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；U_n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；P_max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 福建山區季節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，bP_ε為表示用電設備組的平均功率，其中P_ε是用電設備組的設備總容量，其計算方法如上文需要系數法中所述；cP_x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P_x是x臺最大容量的設備總容量；b和c為二項式系數。

    用電設備組的平均功率因數為cosφ，則用電設備組的用電容量為：

    (2)用戶負荷等級

    福建山區季節性負荷一般為三級負荷。

    (3)接入電壓等級

    福建山區季節性負荷用戶一般接入0.4 kV配電網。

    (4)供電電源配置

    福建山區季節性負荷一般采用單電源供電。

    (5)接入位置

    為保證接入電網后用戶的電壓質量，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S_N，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相同。各分支常規負荷容量為S_常i，季節性負荷容量為S_季i，配變至各分支線路公共接入點供電距離為L_i，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

    接入電網的導線截面可根據負荷距確定。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，可根據線路負荷距選擇相應的導線截面。

    季節性負荷用戶在確定用電容量、接入電壓等級、接入電網導線截面、并運用負荷距確定最佳接入位置后，可據此制定最佳接入方案。福建山區季節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用戶，對供電可靠性無特殊要求。根據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：

    依據表3導線型號為JKLGYJ-1×50的導線，功率因數為0.95時，其臨界負荷距為15 kW·km。經與導線型號為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，功率因數為0.95時，其臨界負荷距為11 kW·km。經與導線型號為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，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

    福建山區配電網和季節性負荷有其自身特點，依據用戶接入的一般體系，不能解決在季節性負荷高峰期的低電壓現象。本文將負荷距運用到福建山區季節性負荷用戶接入中，優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濟性，適合在福建山區季節性負荷新用戶接入中使用。

參考文獻

[1] 潘少華.基于農村低電壓現象的綜合治理研究[J].中國農業，2011（11）：63-65.

[2] 路洪岐.農村配網低電壓現象分析及綜合治理[J].農村電工，2014，22（2）：35-36.

[3] 福建省電力科學研究院.基于負荷分布特性和地域特性的中壓網架結構研究[R].2011.

[4] 任元會，卞鎧生，姚家祺，等.工業與民用配電設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2005.

[5] 唐明琪.基于線路末端損耗的簡單核算法[J].電氣技術，2013（11）：109-112.

[6] 秦富昌.負載分布與線路供電能力[J].農村電工，1995(01).