（电力系统及其自动化专业论文）采用集束导线的农村低压电网改造方案及其实际应用.pdf

声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取 得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任 何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。 特此申明。 签名： 握拯日期：型兰丝! 埘t 溯 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、并向有关 部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学 位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学 位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 曰 扔歙导师签名 期：a 碰堑。 兰岁国 日期 、 华北电力大学工程硕士学位论文 第一章引言 电能做为一种清洁无污染和使用方便的能源，已经深入到各个领域，为推动全 球经济的飞速发展，正在发挥越来越重要的作用。我国的能源方针是：“开发与节 约并重”，而电力行业既是电能的生产者，又是电能的消耗者，因此，不仅要抓好 社会节电工作，更要注意电力企业的自身节能工作，加强管理，改善经营，千方百 计地做好稳发、满发、多供、少损，充分发挥每一千瓦电能的作用。电力企业自身 节约意义之所以重大，在于多节约，就意味着多为人民生活和经济建设提供有效电 能。 随着社会主义政治经济体制改革的不断深入，我国农村经济迅速发展，农村及 乡镇企业用电量的总体增长速度已达1 2 5 ，对供电质量的要求也越来越高。目前， 全国性的农村电网改造工程正在紧张而有序地进行，如何合理规划，严格工艺标准， 从根本上把农村电网线损降下来，切实地减轻农民的经济负担是摆在广大农电工作 者面前的一个重要课题。 国家投入几千亿进行城市电网和农村电网的改造，这是一项跨世纪工程。将这 大量的资金如何科学而合理地运用电网改造和建设中，是农网改造以来受到国家和 社会的举目关注，也是当今电力企业建设的热点问题。基于长期以来农村低压电网 线损率高、电压损失率高、农村电价高“三高”问题，我们研究了一种性能优越的 新型低压电气线材，提出了新型集束导线的全新供电模式和一整套改造方案。无论 从理论分析还是具体实施均表明，采用这种新型的供电模式，有效地改善了配电网 质量，降低了线路电能损耗和电压损耗，为当前我国农网改造提供了一条新路。 本项目以集束导线为设计思想，得到了同行专家的共识，并已被列为国家电力 公司农电科研项目计划。本文认真分析了我国农村低压电网的现状，探讨了低压配 电网络的各种新模式，其目的是降低用电成本，减轻农民负担，促销电力市场，推 动市场经济。 1 1 我国农网的现状及农网改造的必要性 农村电网是从6 0 、7 0 年代开始发展起来的，受到当时各方面的限制，农网多 数存在许多问题，使我国农村用电水平低，农村电网发展落后，部分农村电价奇高， 没有形成一套成熟有效的农电管理体制。目前，我国农村低压电网存在的突出问题 是： 1 供电半径大，导线细，压降大，电压质量差。 2 设备陈旧，健康水平低，安全性差。 华北电力大学：i 二程硕士学位论文 3 缺乏综合治理意识，管理落后，线损高。 4 电工素质低，忙于应付故障，缺乏长远规划。 5 对农网改造认识不足，缺乏资金，工作艰难。 正是由于农网存在的诸多缺陷，造成了农村电价高，农民负担重的问题，已经 引起了国务院领导的高度重视，农村电网建设和改造，己成为国家加大农村基础设 施建设的重点举措，关系到农村发展和国家长远利益，责任重大。对此，党中央、 国务院决定加大投入，进行农村电网建设和改造，并且明确提出了改革农电管理体 制、改造农村电网、实现城乡用电同网同价，即“两改一同价”的三大目标任务。 因此，农网改造要从两个方面入手，一方面，改革农电管理体制，减少农村供电环 节，加强农村用电管理；另一方面，是对农村电网进行建设与改造，降低农村电价， 提高农村电网供电能力和供电的经济性与可靠性，从技术上和物质上为实现城乡电 网同网同价奠定基础。农网建设与改造的目标是低电压等级配电网综合线损率降为 1 5 左右，客户端电压合格率达到9 0 以上，改造后的农网供电能力要满足农村用电 需要。 1 2 农村电网改造线损分析及本课题研究的意义 目前我国期待更新改造的农网通常是变电设施运行年久失修，造成线损率高， 电能质量差，供电可靠率低，不能适应农村经济发展和负荷增长的现实要求。为了 使我国农网电力紧张的局面得到基本缓解，不论是送电网，还是配电网的规划设计， 必须把降低线路损耗放在重要的地位。长期以来，人们对线损的认识绝大多数在 i o k v 以上电网，对低压电网的线损关心不多，很多地区呈现以包带管的现象。 据有关部门调查和测算表明：配电网线损在整个总线损中占主导地位，我国部 分农村地区线损率超过2 0 。这主要反映在i o k v 电力网中。而低压网线损又是配电 网线损的重点，通常，低压网占整个网损的6 0 左右，而我国农网有的地区低压损 耗更为严重，线损率高达7 0 左右。因此，降低低压电网线损是线损管理工作的核 心。 造成农村低压电网线损率高的主要原因有： 1 农村电网结构不合理。由于变电所布局不合理，迂回和t 接供电线路较多， 供电半径大，加之电力线路不合格，导线线径过小，瓶颈现象严重。因此，线路损 耗也大。 2 无功严重不足。在农村用电设各中，感应电机的比例较大，无功需求较多， 而农网无功补偿设施比较落后，功率因数低，线路末端电压过低。 3 负荷不平衡。农村供电单相负荷较多，由于三相负荷不平衡，零线电流大， 2 华北电力大学工程硕士学位论文 损耗增大。 4 负荷率低。农村用电主要以照明为主，一些经济还不太发达的地区负荷很 小，但配电变压器容量较大，许多变压器近似空载运行。因此，负载率低，变压器 空载损耗较大。 5 管理不严。抄表人员估抄、漏抄现象较为严重，窃电现象也很严重，线路 不明损失较多。 针对以上原因，本文提出，在农村低压配电网和低压敷设线路中，以集束导线 取代现有的常规导线的方案。通过理论分析和各种实验数据表明，此导线束具有优 越的电气和机械性能，具有线路损耗小，电压损失低，无功需求少等的特点，并且 能够有效地防止窃电现象的发生，是一种非常有发展前途的新型电气线材。电压质 量有所改善，电费大幅度下降，此导线束的优越性在实践中得到了证实。因此，本 项目开发研制的意义在于，一方面是研制出一种性能优越的新型电气线材，另一方 面是带动了低压配电网结构形式的革新，同时也为l o k v 配电网改造提供了新的思 路。 1 3 国内外发展状况及本文研究的内容 从8 0 年代开始国外有些国家研究集束导线结构，如法国电力公司开发的绝缘 导线索系统( a b c 系统) ，是以零线为中线，将三相导线围绕在其周围绞合而成，到 目前已有8 0 多个国家实验和推广这种导线。 “基于绝缘导线束的低压配电网新模式的研究”是基于集束导线的电气机理和 国外及我国城网采用的绞合式绝缘导线低压供电模式的启发，于9 0 年代末开始着 手研究绝缘导线束的新线材。历经两年多的反复试制，认为这种新线材与常规架空 导线相比具有显著的优越性。于2 0 0 1 年率先应用于沈阳市东陵区农电局网改，现 已安全稳定运行了3 年。新线材、新工艺、新模式的研究属电气技术学科领域。 该模式在国电公司的大力支持和指导下，在辽宁、山东、河南、安徽、陕西、 内蒙等地得到了大面积推广。比如在沈阳市东陵区农电局推广实施了绝缘导线束 5 3 0 多公里，河南省推广实施了4 0 0 0 多个变电台区。 本文在详细调查和分析了目前我国农村电网中存在的弊端后，提出了针对农村 低压配电网改造的一种新方法。为了探索这种新型供电模式的可行性，本论文主要 开展以下几个方面的研究工作： 1 导线束设计方案的确定。设计了四芯正方形集束导线束和三芯三角形集束 导线束两种导线结构。 2 导线束电气参数及机械特性的计算与分析。针对以上两种结构的导线束分 别进行电抗、电纳与载流量等电气参数的分析与计算，并确定了导线束在沈阳地区 3 华北电力大学工程硕士学位论文 不同档距下的应力与弧垂。 3 示范区的选定及论证。对沈阳市东陵区几个需待改造的农村低压网络进行 调查，了解该网络的原始状态，分析了改造的必要性，并对原始数据进行统计。 4 网络改造方案的确定。根据几个村子的自然状况设计了两种改造方案，一 个是按常规模式进行改造，另一个是按新型的低压网络模式进行改造，并论证其可 行性。 5 现场施工。重新设计与新型导线束配套的各种金具，重新排定杆位，重新 设计线路布局。 6 经费预决算及经济效益比较。针对两种改造方案分别进行工程经费的预决 算及理论线损分析，并对其进行综合经济效益的比较。 第二章新型导线束电气参数和机械特性 2 1 集束导线的设计理念 在高压和超高压输电技术中，由于采用了集束导线使导线周围的磁场分布改 变，从而增大了导线的等效半径，减少了电抗；同时，也改变了导线周围的电场分 布，使导线的电纳也相应增大。若将集束导线的这一特性应用在中低压电网上，可 克服电压损耗大，无功需求多的弊端，从而改善了中低压电网的电能质量。这就是 研究和探讨低压配电网新模式的基本设计思路。 本文所研究的集束导线的结构，是由四根或三根导线由防老化绝缘导线相互平 行连接在一起。从断面看，四根导线成正方形对称布置或以零线为中一l i , - - 根导线对 称三角形布置，如图2 一l 所示。断面图( a ) 、( b ) 适用三相四线或单相两线双回 路供电模式；断面图( c ) 适用三相四线供电模式；断面图( d ) 适用三相三线或单 相变压器低压侧中间抽头两火一零供电模式。 搦霭菇品 f i 9 2 1 ( a )( b ) ( c )( d ) 图2 - 1集柬导线的结构断面图 4 华北电力大学工程硕士学位论文 2 2 集束导线电气参数的计算及试验检测 2 2 1 三相四线制集束导线电抗参数的计算 单芯4 根集束导线对角并联时，是指一条集束导线供单相负荷的情况，用磁链 叠加原理分析电抗值，如图2 2 所示。 设第2 导线位于第1 导线d ，：处，第3 导线位于距第1 导线d 。处，第4 导线位于距第1 导线d 。处，每根导线电流为j 2 ，则半径为dh ，长度为1 m 的圆柱体内由第1 线电流 产生的总磁链为： d 1 4 图2 - 2一根集束导线束供单相负荷时的磁场 f i 9 2 - 2 c o l l e c t i o ni sb o u n dt h ew i r ea n di sb o u n dw h e ns u p p l y i n gt h es i n g l e p h a s el o a d m a g n e t i cf i e l d 扎= ( 2 1 n 争+ 一a , j i 1 0 7 ( w b m ) ( 1 ) 内外半径分别为d 1 2d 2 。，长度为l m 的第2 线电流交链到第1 导线的磁链为 = 2 l n 景( 一i i ) 1 0 - 7 ( m m ) ( 2 ) 同理可得巾3 i x 和中4 1 ，于是，第1 导线的总磁链中1 。应为上述项的合成 小卜糌+ 郜枷- 7 ( m ，m ， 当x 线位于无限远处时，上式就表示交链每米第1 线的总线磁链。因而这时 d 】2 固1 4 ，d l3 矩d m 所以，每米第1 导线的申感为 5 华北电力大学工程硕士学位论文 l = ( 2 1 n 老+ 了, u r ) l 。( h ( 4 ) 式中：r 为单芯导线的半径，m m ：d ：为第1 线与第2 线间的距离，m m ：u ，为相 对导磁系数。 将自然对数换算为常用对数，每米换算为每千米，设单芯截面s = 6 m m 2 ，则 r = 1 3 8 m m ，d , 2 = 7 m m ，u ，= l ，代入上式可得： x l = 3 1 4 ( 4 6 l g 赢+ i 1 ) 1 0 一4 = o 0 9 5 8 ( f 2 k m ) ( 5 ) 每相电抗为第1 导线和第3 导线( 或第2 导线和第4 导线) 的并联值。故 x = o 0 9 5 8 2 = 0 0 4 7 9 ( 0 公里)( 6 ) 同理，若4 根集束导线平行线并联对，所得出的电抗值略大于对角线并联时的 数值。 2 2 2 三相四线制集束导线电纳参数计算 当一条集柬导线供单相负荷时司运用叠加原理，第2 、3 、4 线不带电荷时， 第1 线本身电荷q 。产生电场形成的第1 线表面与远处x 点之间的电位差为： u 。，：1 8 9 。l n 盟1 0 1 。( 矿)( 7 ) 同理可得出o m ，u m ，u 一考虑每根导线承担的电流相同，且q 。= q 。= 一q ：= 一q ；则 u l ：= u i i 。十u 2 i t + u 3 l i + u ix 3 1 8 咖生堡丛生。1 0 ，。( 矿)( 8 )4 r d 2 z d l 3 d 4 f 一一 设x 点位于无限远，u ，就是经第l 导线的绝对电位u ；，又因为dlx m d 2 x t d ，。 u 一同时计及各线对第1 线之间的电位差u 。u 。u 。时，可得各线间每米的电容为 c 1 2 = c ，a 。q u - z 2 ；：i ：j i l l ：。：石f m ) ( 9 ) 2 r 如将c 。和c 。分别视作1 和2 线对中点的电容，则 c i o = c ：o = 2 c t 2 = i l 一( f m ) ( 1 0 ) 1 8 h a 三垦l o ” 2 r 这样，第l 线总的电容c 为2 个c 。的并联值，并换算为常用对数，每千米电容为 华北电力大学工程硕士学位论文 印 霉枷。 ( f 公里 ( 1 1 ) 一相总的电纳为c 与c 。的并联值，再乘以u = 2 nf 可得一相电纳为 庐莠枷_ 6 ( 淞马 ( 1 2 ) 仍以s = 6 m m 2 代入得b ：5 4 5 6 x1 0 4 ( s 公里) 。用同样的方法可得出一条集束导 线供三相9 - 荷时的情况。 2 2 3 三相四线制集束导线载流量的分析 载流量分析的前提条件匝是集束导线总截面积相同，即s d _ s 。+ s ，：且s ，。= s 。则 s 。= 2 s ，式中： s 。为常规单根相线的截面积：s ，s ，：为集束导线单根的截面积。 导体的载流量与导体的散热能力成正比，而散热能力又与导体的表面积有关。 两种导线的表面积之比为： 生；! 堡! ! 竺! ；压( 1 3 ) l 62 a t d 这说明在相同的总面积下，分裂导线的散热面积为单根相线表面积的2 倍。 不难推出在相同截面单位长度下，n 根集束导线散热表面积与单根裸导相线散 厂- 热表面积之比为l ，。l d - ”；导体的允许载流量可由下式确定： 毕摆= 孚 ( 1 4 ) 式中q 为载流导体的散热能力；a ，为载流导体的散热系数；l 为载流导体的散热 表面积；f 为温升；r 为载流导体的电阻。 若不同导线均处在同一环境条件，则分裂导线与常规裸导线的载流量之比为： 生：! 竺! 丝! 垒：， 一= = ：= = = = = = = = = 一= h i 啦 口| l n z r ( 1 5 ) 式中：n 一一集束导线的根数；s ，。一一集束导线单芯截面积；s 。一常规裸线的截面 7 磊 ，iy 华北电力大学工程硕士学位论文 积；r d - - - - 常规裸线的电阻；r ，一一集束导线单芯线的电阻。 若导线的材质相同，且s 。= n s ，时，则集束导线与常规裸线的载流量之比为： 苦= 拓 ， 2 2 4 单相三线制集束导线的结构及电气性能 在不断总结三相四芯集束导线供电模式的同时，针对负荷分布广、密度小，特 别是针对山区农村用电，提出低压侧中间抽头的单相配电变压器采用三线三角型平 行集柬导线两火一零供电新模式，并在朝阳建平地区实施了3 个试点村。实践表明， 网络结构新颖、节能效果显著，为今后农村低压网的改造探索了一条新路子。 三芯集束导线的结构是由三根防老化绝缘导线相互平行连接在一起，从断面 看，三根导线三角形对称布置。导线规格为( 3 x 1 6 ) m m 2 或( 2 x 1 6 + 1 l o ) m m 2 。 利用上述理论可分析出平行三芯集束导线电抗、电纳及载流量参数。 2 2 5 电气参数的比较分析 前面对四芯正方形结构的集束导线各项电气参数进行了计算，应用同样的计算 方法可求出四芯三角形集束导线、三芯三角形集束导线的电气参数，三种结构的集 束导线与常规导线的电气参数计算结果比较如表2 1 所示。 表2 1集束导线与常规导线电气参数计算表 t a b l e2 - iw i r ea n dc o n v e n t i o nw i r ee l e c t r i cp a r a m e t e rd e s i g nc h a r tc o l l e c t sb i n d i n g t h ei n s u l a t i o n 导体 单相供电三相供电载流量 导线截面 型式m m 2 电抗电纳电抗电纳 0 t 公里1s 公里。10 公里。1s - 公里4 6 0 3 70 3 x 1 0 50 3 83 1 1 1 0 。61 常规架空1 00 3 60 3 2 xl o 3o 3 53 2 6 x 1 0 0 l 导线1 6 0 3 40 3 3 x 1 0 00 3 43 4 1 l o 曲l 2 50 3 30 3 5 x 1 0 5o - 3 23 5 6 x1 0 5 1 8 华北电力大学工程硕士学位论文 60 0 4 7 95 4 5 6 x1 0 6o 1 3 39 3 3 x 1 旷 1 1 8 9 四芯正方 1 00 0 4 46 0 2 7 x 1 0 - 6o 1 3 l9 4 9 x 1 0 61 1 8 9 形导线束 1 60 0 46 70 3 x l o 6o 1 2 89 7 7 x i 0 6 1 1 8 9 2 50 0 3 77 5 8 1 0 60 1 2 31 0 1 6 x 1 0 61 1 8 9 四 一b 60 0 4 7 94 4 7 x 1 0 6o 1 3 49 2 7 x 1 0 61 1 8 9 三角 形导线束 6o n 7 62 1 。4 6 1 0 61 ，1 8 9 4 5 ,1 0o 1 1 7 62 3 1 9 1 0 6l ，1 8 9 三角 1 6o 1 0 7 0 2 52 2 x 1 0 61 ，1 8 9 形导线束 2 5o ，1 0 0 0 2 7 5 3 1 0 南1 1 8 9 _ 通过计算可知平行集束导线电抗显著小于常规架空裸导线的电抗，可以降低线 路损耗。由于集束导线可使导线周围磁场分布改变，使导线电纳显著大于常规架空 裸导线电纳。 若导体的材质相同，在相同截面下集束导线的载流量与常规单根导线载流量的 倍数与分裂的根数有关。若采用2 根则倍数为1 1 8 9 ：采用3 根倍数为1 3 1 6 ：采 用4 根倍数为1 4 1 4 ，载流量分别提高i 9 、3 1 6 和4 1 4 ( 未考虑集肤效应和邻 近效应，以及集束导线间散热屏蔽作用的影响) 。 2 3 集束导线机械特性的理论计算 架空线路长期在室外自然环境下运行，其必然受各种自然条件的影响。在各种 自然条件下，为了使架空线路在长期运行过程中，保证安全性、可靠性以及运行过程 中检修和维护的方便，在架设施工前，有必要计算出各种气象条件下导线的应力和 弧垂。这样，可以根据计算导线的机械物理特性和实施地区的实际自然情况来选择 最佳的线路材料供电。 2 3 1 实施村气象条件 9 华北电力大学工程硕士学位论文 针对自然村的实际情况，根据架空绝缘配电线路安装运行维护规程的规定 本文计算集束导线的机械特性时，所采用的气象条件如表2 2 所示 表2 - 2气象条件 t a b l e2 2a i rc o n d i t i o n s 大气温度( )风速 m s )导线覆 最高最低导线覆最大风最大覆冰时冰厚度冰的 气温温度冰温度速时温风速风速 ( m m ) 比重 度 + 4 04 0553 01 02 0o 9 2 3 2 集束导线的技术参数 根据国家电力公司农电工作部出台的集束架空绝缘电缆选用技术条件试行 的技术要求，其技术如表2 3 所示。 表2 3集柬导线的技术参数 t a b l e2 3t h e t e c h n i q u ep a r a m e t e r o f b u n d l e di f i s u l a t e dc o n d u c t i o n 导体2 0 时导体额定工 中晟电阻不大于作温度 少单绝缘时最小 电缆拉断力 线根导体绝缘连接( q 公里)绝缘电 导体标称截面 ( n ) 数外径厚度筋厚阻 ( t o n i 2 ) ( r a m )度 ( k 0 紧压 ( m m ) 公里) 圆形 铜铝 铜芯铝芯7 0 铜芯铝芯 芯 芯 6l l2 7 6j o0 7 3 0 84 9 l6 7 l o66 3 81 00 71 8 33 0 87 81 4 9 6 4 6 6 0 0 1 6 664 81 20 91 1 51 9 1 6 52 1 9 4 41 0 0 6 8 2 5 666 o：21 o 0 7 2 71 2 05 43 3 8 6 01 5 0 4 8 3 5 667 o1 41 00 5 2 4 0 8 6 85 44 6 9 2 42 0 7 0 8 1l 5 0 8 41 41 10 3 8 7 0 6 4 14 66 1 2 7 32 6 2 l o 22 7 01 21 2 1 01 41 10 2 6 80 4 4 348 6 8 8 5 3 8 0 7 3 l o 华北电力火学工程硕士学位论文 2 3 3 集束导线应力弧垂的计算 由于农村低压电力负荷分散，负荷小。所以对架空绝缘导线束的截面积要求较 城市低压配电网要低。所以本文对截面为i o m m 2 、1 6m m 2 、2 5 m m 2 的集束导线进行 了应力和弧垂的计算。 根据实施村为平原的特点，弧垂和应力计算公式如下： r ：羔( 1 7 ) 。 8 巧。 式中：f 一档距中央的弧垂( ) ，0 。一导线最低点的应力( k g m m 2 ) ，g 一导线的比 载( k g m m m 2 ) ，l 一一档距( m ) ， 旷筹吨一筹锄a e 。， ， 式中 g ，一一初始气象条件下的比载，n m m m 2 ，g 。一一待求气象条件下的比 载，n m m m 2 ，t 一一初始气象条件下的温度，f 一一待求气象条件下的温度， ， 盯。一一在温度t 和比载g 。时的应力，m p a ，仃。在温度t 。和比载g 。时的应 力，m p a ，a 一一线性温度膨胀系数，1 1 ( 3 ，e 一一导线的弹性系数m p a ，卜一一档距， 当确定了集束导线的可控制气象条件后，由上述两式，可以计算出最高气温时， 不同档距下导线的应力和弧垂。结果如表2 4 所示。 表2 - - 4集束导线机械特性计算表 t a b l e2 - - 4t h em a c h i n ec h a r a c t e r i s t i cc o m p t u t a t i o no f b u n d l e di n s u l a t e dc o n d u c t o r s l o m m 21 6 m m 22 5 r a m 。 档距( m ) 应力a弧垂m应力m p a弧垂m应力m p a弧垂m 3 01 0 5 5o 4 29 ，9 60 4 58 9 90 4 7 3 51 1 9 90 5 31 1 f 3 50 5 4l n 2 8o 5 5 4 01 3 3 8o 6 21 2 6 90 ，6 31 1 5 lo 6 5 4 51 4 7 1o 7 11 3 9 80 7 31 2 70 7 4 5 0 1 5 8 10 8 11 5 2 10 8 31 3 8 60 8 4 5 5 1 6 1 3o9 61 6 0 70 9 51 4 9 80 9 4 6 0 1 6 4 01 1 3 1 6 4 21 11 6 0 61 0 4 结果表明集束导线的机械特性可以满足试点村的自然气象条件的要求。 华北电力大学工程硕士学位论文 2 4采用集束导线的低压架空线路的安装、施工及运行特点 集束导线施工前，应进行严格检查，且应满足以下要求：规格型号应与设计相 符，绝缘材料附着均匀、无塑化不好现象，绝缘无磨损、无损伤、无裂解等损坏， 绝缘厚度应满足规定。 2 4 1集束导线架空线路的设计安装技术规范 ( 1 ) 气象条件 集束导线配电线路设计所采用的气象条件，应根据当地的气象资料和附近已有 线路的运行经验确定。 电杆绝缘导线的风荷载按下式计算： w = 9 8 0 7 c f v 2 1 6( 1 9 ) 式中：w 一电杆或绝缘导线的风荷载，c - - 风载体系数，采用下列数值，圆形 截面的钢筋混凝士杆，0 6 ，矩形截面的钢筋混凝士杆1 4 ，绝缘导线外径小于 1 7 r a m ，1 2 ，绝缘导线外径不小于1 7 m m ，1 1 ，绝缘导线复冰( 不论直径大小) ，1 2 ： f 一电杆杆身侧面的投影面积或单根绝缘导线外径，集束外切圆直径与水平档距 的乘积，m 2 ，；v 一设计风速，m s 。 应按风向与线路走向垂直的情况计算风荷载( 转角杆按线路夹角等分线方向) 绝缘集束线路设计冰厚，应根据附近已有线路的运行经验确定。 ( 2 ) 架空绝缘电线长期允许载流量 表2 - 5 低压单根架空绝缘电线在空气温度为3 0 c 长期允许载流量 t a b l e2 - 5s i n g l eb u i l to ns t i l t si n s u l a t i o ne l e c t r i cw i r el o w p r e s s u r eo v e r al o n gp e r i o do f t i m e p e r m i t t e d t h ec a r r y i n g c a p a c i t ya tt h ea i rt e m p e r a t u r e f o r3 0 。c 导体标称 铜导体铝导体铝合金导体 p v cp ep v cp ep v cp e 界面m m 2 ( a )( a )( a )( a )( a )( a ) 1 61 0 21 0 47 98 l7 37 5 2 51 3 81 4 21 0 71 1 19 91 0 2 3 51 7 01 7 51 3 21 3 61 2 21 2 5 ， 5 0 2 0 92 1 61 6 21 6 81 4 91 5 4 7 0 2 6 62 7 52 0 72 1 41 9 11 9 8 9 53 3 2 3 4 4 2 5 72 6 72 3 82 4 7 1 2 0 3 8 44 0 02 9 93 1 12 7 62 8 7 华北电力大学工程硕士学位论文 i 1 5 04 4 24 5 9 3 4 23 5 63 2 03 2 9 1 8 55 1 55 3 6 3 9 94 1 63 6 93 8 4 l2 4 0 6 1 56 4 14 7 64 9 74 4 04 5 9 ( 3 ) 集束导线架空线路污秽分级标准 表2 - 6 架空线路污秽分级标准 t a b l e2 - 6a e r i a ll i n ef i l t hi sg r a d e ds t a n d a r d ( 1 y ) 污秽 污秽条件泄漏比距c m k v 等级 盐密m g c m 2 中性点直 污湿特征中性点非直接接地 接接地 大气清洁地区及距离海岸0 - 0 0 3 ( 强电解质) o 1 61 9 5 0 公里以上地区0 - 0 0 6 ( 强电解质) 大气轻度污染地区，或大 气中等污染地区；盐碱地 区，炉烟污秽地区，离海 l 岸1 0 一5 0 公里的地区， o 0 3 1 1 01 6 2 01 9 2 4 在污闪季节中干燥少雾 ( 含毛毛雨) 或雨量较多 时 大气中度污染地区，盐碱 地区，盐烟污秽地区，离 海岸3 - - 1 0 公里的地区， 20 0 5 - 0 1 02 0 2 52 4 3 0 在污闪季节中潮湿多雾 ( 含毛毛雨) 但雨量较少 时 大气严重污染地区，大气 污秽而又有重雾的地区， 30 1 0 o 2 52 5 3 23 ，o 3 8 离海岸3 1 0 公里的地区 及盐场附近重盐碱地区。 大气特别严重污染的地 区，严重盐雾侵笼地区， 4 o 2 53 2 3 83 盘叫5 离海岸1 公里以内的地 区。 1 3 华北电力大学工程硕士学位论文 2 4 2集束导线的架空线路架设 ( 1 ) 放线 1 ) 架设集束导线宜在干燥天气进行，施工期温度：一5 、4 5 。 2 ) 放紧线过程中，应将集束导线放在塑料滑轮或装有橡胶护套的金属滑轮内。滑 轮的直径不应小于集束导线外径的1 2 倍，槽深不小于集束导线的外径的1 2 5 倍， 槽底部不小于0 7 5 倍导线集束的外径。 3 ) 放线时，集束导线严禁在地面、杆塔、横担、磁瓶、和其他物体上托，以防损 伤导线的绝缘层。 ( 2 ) 集束导线绝缘损伤处理 1 ) 绝缘层损伤深度在绝缘厚度的1 0 及以上时应进行绝缘修补。可用绝缘自粘带缠 绕，每圈绝缘自粘带间搭压带宽1 2 ，修补后绝缘自粘带的厚度应大于绝缘层损伤 厚度，且不少于两层，再用电工绝缘胶带缠绕，亦不少于两层。缠绕时，注意防尘 埃、防水分。 2 ) 一个档距内，同根导线绝缘层修补不宜超过3 处。 3 ) 出现硬弯、死弯，必须锯断处理。 ( 3 ) 技术导线的连接 1 ) 集束导线的t 接下连接部允许缠绕，应采用并沟线夹连接。所用并沟线夹应与 集束导线规格相匹配。并沟线夹内应剥绝缘层，其长度与并沟线夹等长。t 接下连 接选在水平处，且统一在固定点两侧或一侧。t 接点顺导线方向的间距不小于o 1 5 m 2 ) 集束导线档间连接，采用交错叉接法。各接头端距不小于o 2 m ：接头距固定点 不小于0 5j i 】导线接头应紧密、牢靠、造型美观，不应有裂纹及凹凸现象。 3 ) 集束导线连接后，必须做安全防护处理。t 接下线点必须加装绝缘防雨罩：绝 缘罩不得磨损、划伤，安装位置不得颠倒，并保持封闭，防止进入雪雨。 4 ) 剥离绝缘层应使用专用切消工具不得损伤导线；使用并沟线夹时，剥离的绝缘 层长度应比线夹与导线的实际接触长度长4 6 m m 。 ( 4 ) 紧线 1 ) 紧线时，集束导线不宜过牵引。 2 ) 紧线时，严禁直接用紧线器紧线，防止卡伤绝缘层。 3 ) 集束导线的安装弛度按设计给定值确定，并用弛度板进行观测，线紧好各档内 导线的弛度应一致。 3 ) 集束导线紧后，上面不应有任何杂物。 ( 5 ) 集束导线的固定 1 ) 直线杆采用橡胶绝缘垫衬的悬吊线夹。 2 ) 耐张杆、终端杆采用塑料绝缘垫衬的铆钉线夹。 1 4 华北电力大学工程硕士学位论文 3 ) 接户线长度不大于5 m 时，建筑物上第一支撑点采用尖铁与四槽茶台固定； 接户线长度大于5 m 用铆钉线夹、连板配合固定。 ( 6 ) 接户线 1 ) 接户线指集束导线配电线路与用户建筑物第一支撑点之间的一段距离。 2 ) 接户线档距不宜超过2 5 m 。 3 ) 接户线截面不应小于4 x 1 0 m m 2 ( 或3 x 1 0 2 + l 6 2 ) 。接户线零线在进户处应有重 复接地：接地可靠，接地电阻符合要求。 4 ) 应及时对集束导线进行绝缘测试，测试集束导线绝缘值时，应在接电能表前进 行。 ( 7 ) 电杆 1 ) 集束导线用电杆采用8 m 水泥拔梢杆。 碍跨越、特别要求加高地段等) 。 2 ) 采用8 m 电杆档距一般在：om 一5 0r n ， ( 8 ) 墙担和尖铁 特殊情况下亦可采用1 0 m 电杆( 如：障 1 0m 电杆不得超过5 0m 。 沿墙敷设时，墙担规格不得小于4 x4 0 x 6 0 0 衄，下户支撑尖铁规格不得小于3 x 3 0 3 0 0l l l l l l 。 第三章农村低压配电网络新模式的研究 新型导线的应用不仅在生产上带来一种革新，更重要的是能否带来更好的总体 效益，这就是基于集束导线的特点研究其综合配套设施的网络新模型。本文就是在 考虑导线、配变及附属设备的最新选型，防窃电的技术措施，工程投资、施工及运 行费用等综合因素的基础上，推出崭新的供电模式。 3 1 低压集束导线几种供电模式 低压集束导线供电模式如图1 所示。 ( a ) p 1 5 a b 华北电力大学工程硕士学位论文 (c)p a b 0 a 1 0 a _ (d)p 图1 低压配电网供电模式 f i g l l o w p r e s s u r ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kp o w e rs u p p l ym o d e l a o 图1 中( a ) 为三相四线制1 0 0 3 8 k v 配电变压器三火一零供电模式；( b ) 为三相 四线制l o o 3 8 k v 配电变电器两火一零供电模式；( c ) 为单相三线制1 0 0 4 4 k v 低 压侧中间抽头的两火一零供电模式；( d ) 为单相两线制 o o 2 2 k v 配电变压器一火 一零供电模式。 3 2 基于集束导线低压供电方案的设计 3 2 1 导线的经济截面与经济电流密度 导线截面的选择是农村电网改造中的一项重要工作，它直接影响着未来电网的 规划目标和经济效益。经济截面取决于经济电流密度，而经济电流密度取值的大小 主要与导线的价格，折i b 维护费，地区电价及年损耗小时数等众多因素有关。 单位长度导线的投资金额与年运行费、综合支出费的数学表达式如下： 一( c + c o ) 懿+ 3 1 2 一詈垆1 0 。 ( 1 ) 1 6 p ) b ( 2p 华北电力大学工程硕士学位论文 式中c - - 年维护折旧费系数，取7 ； c 。一资金偿还系数，c 。2 音譬暴告：i 一 年利率，取6 8 7 ；n 一偿还年限，取8 年；a 一单位截面积、单位长度导线价格， 取5 6 元( m m 2 公里) ( 按l g j 每吨1 5 0 0 元计) ；s 一导线的截面积，m m 2 ：i 一 最大电流，a ；p 一导线的电阻率：p 。- - 2 8 2 6 q m m 2 公里：t 一最大负荷损耗小 时数，h ；b 一电价，元k w h 。 令车：0 得 s = i 。 d 2 z 、n 又万川 f 3 p r f l 1 0 。 、( c + c 0 ) 口 s 即为年支出费用最小面积。 依经济电流密度定义j = i s j = _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ 。一 ( c + c o ) 口1 0 3 、1 瓦r 一 ( 2 ) ( 3 ) 上述讨论的经济电流密度是针对负荷集中在线路末端而言的，而实际上配电线 路多数属于主干线带有若干分支负荷的线路。为了求出带分支线路的经济供电半 径，我们令两者线路的导线投资费用及运行费用相等。假设主干线中的分支负荷大 小相等，电气距离为等距时，带分支线的总有功损耗为 a p = 3 白2 + ( 等) 2 + aa ( 堡n ) 2i 譬- o - 3 c 。， ln丹j 在长度为l = n l 的线路中负荷集中在末端且电流为i 。时，有功损耗为a p ；3 1 2 。型x 1 0 3 两式相等，得 k k j 志 ， 则经济电流密度 。志心扣跞 当n 1 ，+ 一 变化时k 1 ，4 7 范围内变化，一矗殳1 0 k v 及0 4 k v 配电网中主干 线带有分支的个数均在1 5 个以上。若n 1 5 ，k 一i 故取k ：i 。 1 7 华北电力大学工程硕士学位论文 。拈1 0 3 ( c + c o ) 三a 后 ( 6 ) 椭关参数代入可胁2 1 6 2 5 居 ( 7 ) 经济电流密度与地区规划电价和最大负荷损耗时间关系曲线如图2 所示。 f 延 哥 1 负荷损耗d - 时数的关系曲攫 f i 9 2 r e l a t i o nc u r v eo f e c o n o m i cc u r r e n td e n s 时a n dt h ee l e c t r i c i t yp r i c eh o u rn u m b e rw i t h t h el a r g e s tl o a dl o s s 数值分析：某一条1 0 k v 线路长1 0 公里，规划期内最大电流i o o a ，最大负荷损 耗小时数为2 2 0 0 h ，规划电价为0 6 元( k w h ) ，试按新旧两种方法选择导线截面， 并测算结果如表3 1 所示。 表3 - 1导线截面选择及效益比较表 t a b l e 3 一lt h ew i r es e c t i o ni ss e l e c t e da n dt h eb e n e f i c i a lr e s u l tf a i r l yt a b l e 经济电流密度导线截面投资年金和综年节资效益元 a m m 一2r a m 2 合费用元 旧的推荐值 1 1 59 51 3 0 4 0 7 5 4 4 3 4 5 9 新的推荐值0 61 8 08 6 0 6 1 6 由表3 l 可知，随着经济电流密度取值不同给企业带来的节电效益变化也是 十分突出的。这充分说明随着经济技术的飞速发展，在物价、电价等各方面都发生 了巨大变化后导线的经济电流密度也应该相应的调整，不应该几十年一成不变。 3 2 2 配电网的经济供电半径 1 8 华北电力大学工程硕士学位论文 多年来，研究供电半径的报导很多，但大家的理解并不一致，有的认为 供电半径是从电源的首端至最末端的供电距离，而有的认为是指主干线长度。我们 认为后一种看法是合理的，所谓主干线应以供电的首端电流2 5 潮流分布点为界的 线路长度。这是因为主干线上的功率损失和电压损失占整个线路损失的9 0 p a 上。 我们在这里，强调供电半径的概念目的在于合理确定供电区面积和低压电源的分布 和容量。 分析如下： 设负荷点个数n = 1 0 0 ，每个点均匀，其每个负荷点电流为1 a ，每个点之间的电 阻为1 ，则总的功率损失为： 印喜如x 1 旷3 = 3 1 0 。融“) ( 2 肘1 ) ) 主干线上的功率损失占整个线路的功翠损失为： a p ：生! 塑二墅；j 1 0 0 ：9 8 3 7 a p l 0 0 在整个线路上的电压损失率为： u = 蒌；u ；= l 王丢j 堡三c 一十- ， 一 o rri1 、+ l 1 2 l。rl j 主干线e 的电压损失占整个线路t 的电压损失率为： u =垒坠唑二垒坠1 0 0 ：9 3 5 6 ( 9 ) 3 2 2 1 低压集束导线供电模式允许供电半径的探讨 在农村电网建设和改造中，由于低压集束导线具有优越的电气性能以及生产工 艺、施工简便、节能效益显著等特点，得到了大面积推广。农村电力网规划设计导 则和农村电网节电技术规程中均给出了低压供电半径推荐值，这些都是以负荷密度 为依据提出的，比较适合于网络规划。而在实际工程中若按负荷距确定供电半径， 更具有可操作性和实际意义。众所周知，配电线路允许供电半径应满足两个约束条 件：其一是保证电压损失率不超过允许值；其二是电能损失率在允许的范围内。就 是说低压网络建设中，其供电半径既要满足电压质量，又要满足降损节能的要求。 1 ) 供电负荷距分析 ( 1 ) 按电压损失率确定负荷距 三相四线制供电时电压损失率为： a u ：丝：煎掣1 0 3f i o ) 1 9 华北电力大学工程硕士学位论文 低压集束导线的截面一般在5 0 m m 2 及以下，由于低压集束导线的电气特征，故 电压损失率只是考虑电阻上的压降，则负荷距为： p l 一3 a u u 2 s 1 0 3( 1 1 ) ，? 式中：p 一负荷功率( k w ) ；u 一额定电压( k v ) ；s 导线截面( m n l 2 ) p 一导线 阻率( qf i l m 2 公里) 。 同理可推出两相三线制，单相三线制及单相两线制的负荷距，如表3 - 2 a ( 2 ) 按功率损失率确定负荷距 在低压线路中认为自然功率因数较高，即c o s # ：1 时，三相四线制供电时功率 损失率为： 卸= 警= 罴枷。 ， 则p l ；i 箜鲨生1 0 ，( 1 3 ) p 同理可以推导出其他供电方式的负荷距，见表3 2 所示。 ( 3 ) 负荷距对比分析 在导线截面相同的条件下，按电压损失率确定的三相四线制供电，其负荷距为 两相三线制的2 6 倍：是单柜三线制的1 5 倍：是单相两线制的6 倍。按功率损失 率确定的三相四线制供电，其半径为两相三线制的2 2 5 倍；其余与电压损失率确 定的供电半径等同。 表3 - 2 按电压损失率和功