光伏电站35kV集电线路电压降与容性充电功率计算书

光伏电站35kV集电线路电压降与容性充电功率计算书VoltageDrop&CapacitiveChargingPowerCalculationfor35kVCollectorLineofPhotovoltaicPowerStation项目名称：某100MW光伏发电项目文件编号：PV-ELE-CAL-2026-003设计阶段：施工图设计文件类型：电气计算书编制日期：2026年10月签审签名日期编制校核审核批准

光伏电站35kV集电线路电压降与容性充电功率计算书第13页目录TOC\o"1-2"\h\z\u1概述 11.1工程概况 11.2计算目的 11.3计算依据 12基础参数与边界条件 22.1系统参数 22.2电缆电气参数（引自厂家样本，20℃） 22.3集电线路分段及负荷分配 33计算原理与公式 43.1电压降计算（集中负荷分段电流法） 43.2容性充电功率计算 43.3空载过电压校核 54电压降计算 54.1计算工况 54.2温度修正 64.3A回集电线路电压降逐段计算（工况一） 64.4B回、C回集电线路电压降计算（工况一） 74.5工况二（cosφ=1.0）计算结果 74.6电压降安全核验 75容性充电功率计算 85.1各回线路充电功率 85.2空载过电压校核 95.3充电功率对无功补偿的影响 96结果分析与工程指导意义 106.1电压降结果分析 106.2容性无功分析 106.3工程优化建议 107结论 118免责声明 11

1概述1.1工程概况本计算书针对某100MW光伏电站工程的35kV集电线路进行电压降与容性充电功率计算。光伏电站总装机容量为100MWp，共设3回35kV集电线路（记为A、B、C回），通过电缆"T"接方式汇集至35kV配电装置，经1台100MVA主变压器（35/110kV）升压后送入110kV系统。箱变单元采用"一机一变"单元接线，每回集电线路所带容量约为30～40MWp。集电线路全线采用YJV22-26/35kV型三芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，直埋敷设。沿线地形以平地、丘陵为主，环境最高温度40℃，土壤最热月平均温度25℃，土壤热阻系数取1.2K·m/W。1.2计算目的（1）校验35kV集电线路在正常运行（光伏满发、功率因数cosφ=1.0；以及逆变器额定功率因数cosφ=0.98滞后）工况下的电压降，确保并网点电压偏差满足GB/T12325《电能质量供电电压偏差》要求；（2）计算35kV集电线路在空载及轻载工况下的容性充电功率，校核35kV母线工频过电压水平，并为主变35kV侧并联电抗器（或SVG感性容量）配置提供依据；（3）结合计算结果，对电缆截面选择、线路分段、无功补偿方案提出工程指导意见。1.3计算依据GB50217-2018《电力工程电缆设计标准》GB/T12706.3-2020《额定电压1kV（Um=1.2kV）到35kV（Um=40.5kV）挤包绝缘电力电缆及附件第3部分：额定电压35kV（Um=40.5kV）电缆》GB/T15544.1-2013《三相交流系统短路电流计算第1部分：电流计算》GB/T12325-2008《电能质量供电电压偏差》GB/T50052-2009《供配电系统设计规范》GB/T50062-2008《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》DL/T5222-2005《导体和电器选择设计技术规定》NB/T10394-2020《光伏发电系统并网技术要求》GB/T50866-2013《光伏发电站接入电力系统设计规范》《电力工程电气设计手册》（电气一次部分），中国电力出版社本工程电缆厂家样本（YJV22-26/35kV三芯电缆技术参数）2基础参数与边界条件2.1系统参数参数名称数值备注系统标称电压Un35kV有效值系统最高电压Um40.5kVGB/T156系统频率f50Hz工频主变容量Sₙ100MVASZ11-100000/110主变短路阻抗Uk10.5%35kV母线运行电压U₀36.0~37.5kVAVC调节范围光伏阵列额定功率因数0.98（滞后）~0.98（超前）可调2.2电缆电气参数（引自厂家样本，20℃）电缆型号截面电阻R₀(Ω/km)电抗X₀(Ω/km)电纳B₀(S/km)载流量(A)YJV22-26/35kV-3×3000.06010.1209.85×10⁻⁵385YJV22-26/35kV-3×2400.07540.1249.42×10⁻⁵345YJV22-26/35kV-3×1850.09910.1278.91×10⁻⁵300YJV22-26/35kV-3×950.19300.1357.52×10⁻⁵220YJV22-26/35kV-3×700.26800.1397.05×10⁻⁵190注：以上参数为三芯铜导体电缆90℃工作温度下的正序参数，计算时按环境温度40℃、土壤热阻系数1.2K·m/W对电阻进行温度修正，载流量已考虑对应修正系数。电纳按电缆几何平均电容计算，工程上亦可用每相电容近似换算：B₀=2πfC₀。2.3集电线路分段及负荷分配2.3.1A回集电线路（11台箱变，总容量Pₐ=36.82MWp）段别电缆型号本段长度(km)本段带负荷(MWp)累计负荷(MWp)L₁（母线-1#T接）3×3001.203.36×1=3.3636.82L₂（1#-2#T接）3×3001.003.3633.46L₃（2#-3#T接）3×2401.403.3630.10L₄（3#-5#T接）3×2401.603.36×2=6.7226.74L₅（5#-7#T接）3×1851.503.36×2=6.7220.02L₆（7#-9#T接）3×1851.303.36×2=6.7213.30L₇（9#-11#T接）3×951.103.36×2=6.586.582.3.2B回集电线路（10台箱变，总容量Pᵦ=33.46MWp）段别电缆型号本段长度(km)本段带负荷(MWp)累计负荷(MWp)L₁（母线-1#T接）3×3001.003.3633.46L₂（1#-3#T接）3×3001.503.36×2=6.7230.10L₃（3#-5#T接）3×2401.403.36×2=6.7223.38L₄（5#-7#T接）3×1851.303.36×2=6.7216.66L₅（7#-9#T接）3×1851.203.36×2=6.729.94L₆（9#-10#T接）3×700.803.223.222.3.3C回集电线路（9台箱变，总容量Pc=29.72MWp）段别电缆型号本段长度(km)本段带负荷(MWp)累计负荷(MWp)L₁（母线-1#T接）3×2400.903.3629.72L₂（1#-3#T接）3×2401.203.36×2=6.7226.36L₃（3#-5#T接）3×1851.303.36×2=6.7219.64L₄（5#-7#T接）3×1851.203.36×2=6.7212.92L₅（7#-9#T接）3×951.003.36×2=6.206.20各台箱变额定容量均为3500kVA（对应3.36MWp组件接入），箱变高压侧额定电压36.75kV（35kV×1.05），低压侧0.315kV；最远一台箱变距35kV母线的路径长度：A回9.10km，B回7.20km，C回5.60km。3计算原理与公式3.1电压降计算（集中负荷分段电流法）35kV集电线路属于辐射状链式网络，沿线"T"接多个箱变负荷。工程上可将每段电缆视为带集中负荷（本段下游所带全部负荷）的串联元件，逐段计算电压损失并叠加，得到母线至末端箱变的总电压降。线路每段的电流（线电流）为：=(3-1)式中：Iᵢ为第i段线路的线电流（A）；Sᵢ为第i段下游所带视在功率（kVA）；U_N为系统标称电压35kV。对于每段三相线路，其纵向电压降ΔUᵢ（V）为：=√3××横向电压分量δUᵢ（V）为：=√3××由于35kV电缆线路电阻与电抗数值相近、且功率因数较高（cosφ≈1.0~0.98），横向分量δU与纵向分量ΔU相比很小，工程上可忽略不计，总电压降近似为各段纵向电压降之和：=,式中：ΔU_Σ为总电压降（V）；ΔU_%为电压降百分数；R₀ᵢ、X₀ᵢ分别为第i段电缆单位长度电阻、电抗（Ω/km）；Lᵢ为第i段电缆长度（km）；cosφ为负荷功率因数。3.2容性充电功率计算电力电缆导体与金属屏蔽层之间、相与相之间存在分布电容。35kV三芯电缆单位长度每相工作电容C₀（μF/km）与电纳B₀（S/km）满足：=2πf×(3-5)当电缆带上额定电压U_N时，由分布电容产生的容性无功功率（充电功率）Q_C（Mvar），按下式计算：=√3××ω×式中：ω=2πf=314rad/s；C₀单位μF/km；L_Σ为电缆总长度（km）；Q_C单位Mvar；第二式中B₀单位S/km，U_N单位kV，结果直接为Mvar。由于集电线路沿线电压从母线（35kV侧）到末端略有差异，若需更精确结果，可按分段电纳逐段计算并取首末端电压的平均值作为该段的计算电压，即：=×3.3空载过电压校核当光伏电站全站停机（夜间）时，集电线路空载，容性充电功率全部由系统通过主变提供。由于主变漏抗与电缆电容形成"电感-电容"串联回路，在工频下会产生电容效应（费兰梯效应），导致35kV母线及沿线电压升高。考虑主变电抗X_s与电缆对地电容C，空载时末端电压升高倍数可按均匀分布参数长线近似：=(3-8)式中：β=ω√(L₀C₀)为相位常数；Z_c=√(L₀/C₀)为电缆波阻抗；l为线路总长；X_s为系统侧等值电抗（主变+系统）归算到35kV侧的值。对于总长不超过10km的35kV电缆集电线路，βl≪1，工程上可按下式近似：≈1+(3-9)式中：S_d为35kV母线三相短路容量（MVA）。当电压升高不超过系统最高电压Um（40.5kV）的1.05倍，即U_e≤42.5kV时，可认为工频过电压水平在允许范围内。4电压降计算4.1计算工况选取如下两种典型工况进行计算：工况一（最严负荷工况）：光伏满发，全站出力P=100MW，箱变高压侧功率因数cosφ=0.98（滞后），对应sinφ=0.199，35kV母线电压U₀=35.0kV（取低值以校验最严情况）；工况二（额定功率因数工况）：光伏满发，cosφ=1.0，sinφ=0，35kV母线电压U₀=36.0kV。按GB/T12325-2008，35kV及以上供电电压正、负偏差绝对值之和不超过标称电压的10%；按GB/T50866-2013，光伏发电站并网点电压偏差应在标称电压的−3%～+7%范围内。考虑箱变本身电压调整（约1%～2%）、主变分接头调节以及SVG/AVC调节裕度，35kV集电线路自身电压降一般控制在标称电压的3%~5%以内较为合理。4.2温度修正按GB50217-2018，直埋敷设电缆在环境温度40℃、土壤热阻系数1.2K·m/W时，电缆导体长期允许工作温度90℃。20℃时电阻R₀,20换算到90℃工作温度下的电阻R₀,90公式为：=×计算结果见下表：电缆截面R₀,20(Ω/km)R₀,90(Ω/km)X₀(Ω/km)3×3000.06010.07680.1203×2400.07540.09630.1243×1850.09910.12650.1273×950.19300.24650.1353×700.26800.34220.1394.3A回集电线路电压降逐段计算（工况一）按式(3-1)~(3-4)逐段计算A回线路从35kV母线到最末11#箱变的电压降，计算结果如下表（cosφ=0.98，U_N=35kV）：段别Iᵢ(A)R₀(Ω/km)X₀(Ω/km)Lᵢ(km)ΔUᵢ(V)δUᵢ(V)L₁611.80.07680.1201.20125.814.0L₂556.00.07680.1201.0093.510.4L₃500.20.09630.1241.40143.710.1L₄444.40.09630.1241.60145.610.3L₅332.70.12650.1271.50134.23.6L₆221.10.12650.1271.3082.22.4L₇109.30.24650.1351.1051.5−2.1A回线路总纵向电压降ΔU_Σ=125.8+93.5+143.7+145.6+134.2+82.2+51.5=776.5V≈0.777kV；横向分量平方和开根号仅约20.8V，可忽略。电压降百分数：ΔU_%=0.777/35.0×100%=2.22%。4.4B回、C回集电线路电压降计算（工况一）回路最远端长度(km)首端电流(A)总电压降ΔU(V)电压降百分数ΔU_%A回9.10611.8776.52.22%B回7.20556.0547.31.56%C回5.60493.9389.61.11%4.5工况二（cosφ=1.0）计算结果cosφ=1.0时，sinφ=0，电压降仅由电阻分量决定，电抗分量不产生纵向压降。计算结果如下：回路首端电流(A)总电压降ΔU(V)电压降百分数ΔU_%A回606.0628.41.74%B回550.7443.51.23%C回489.2316.40.88%可见功率因数为1.0时电压降更小；当功率因数向滞后方向降低，电压降增大但增幅有限（因35kV电缆X₀/R₀比值约1.3~1.6，属低阻抗比线路）。4.6电压降安全核验（1）控制标准：按DL/T5222-2005及工程惯例，35kV电缆集电线路从母线到最远箱变的电压降不宜超过标称电压的5%（即1750V），确保箱变高压侧电压在33.25~38.5kV范围内，不超出箱变分接开关调节能力（±2×2.5%）。（2）最严工况（工况一）下最大电压降为A回2.22%，远小于5%控制值，也小于3%严格控制值；（3）考虑箱变本身负载损耗产生的电压降（按箱变阻抗Uk=6%、负载率90%估算，约1%~1.5%），从35kV母线至光伏组串逆变器端的总电压降约3.5%，逆变器交流侧电压约为35×(1−0.035)×0.315/36.75≈0.29kV，仍在逆变器正常工作电压范围内（典型0.23~0.33kV）；结论：三回集电线路所选电缆截面满足电压降要求，且具有足够裕度。5容性充电功率计算5.1各回线路充电功率按式(3-6)逐段计算各段电缆的充电功率，取该段平均电压为计算电压。由于正常运行时线路电压从母线到末端降落不大（约1%~2%），充电功率近似按额定电压35kV计算即可，结果偏于安全。5.1.1A回线路充电功率段别电缆截面Lᵢ(km)B₀(S/km)U(kV)Q_Ci(Mvar)L₁3×3001.209.85×10⁻⁵35.00.1447L₂3×3001.009.85×10⁻⁵35.00.1206L₃3×2401.409.42×10⁻⁵35.00.1616L₄3×2401.609.42×10⁻⁵35.00.1846L₅3×1851.508.91×10⁻⁵35.00.1637L₆3×1851.308.91×10⁻⁵35.00.1419L₇3×951.107.52×10⁻⁵35.00.1013合计—9.10——1.0185.1.2B回、C回线路充电功率汇总回路总长度(km)加权平均B₀(S/km)Q_C@35kV(Mvar)Q_C@40.5kV(Mvar)A回9.109.01×10⁻⁵1.0181.364B回7.209.24×10⁻⁵0.8161.094C回5.608.83×10⁻⁵0.6070.814全站合计21.90—2.4413.272注：Q_C@40.5kV是电缆工作在系统最高电压下的充电功率，用于校核最严重工况。5.2空载过电压校核35kV母线三相短路电流按系统侧110kV母线短路容量2000MVA、主变100MVA（Uk=10.5%）计算：=≈870MVA全站电缆容性充电功率合计Q_C=2.441Mvar（@35kV），按式(3-9)估算空载电压升高倍数：≈1+2.441即35kV母线空载电压约为正常运行电压的1.028倍。当AVC将主变35kV侧电压控制在36kV时，空载电压升高至约36×1.028≈37.0kV，远低于系统最高运行电压40.5kV，亦不超过GB/T12325规定的+7%上限（37.45kV）。结论：本工程35kV集电线路容性充电功率较小，工频过电压水平在允许范围内，无需在35kV侧专门配置并联电抗器，由SVG（按总容量约±20Mvar配置）在夜间发出适量感性无功即可平衡剩余充电功率。5.3充电功率对无功补偿的影响（1）白天满发工况：集电线路充电功率Q_C≈2.44Mvar，方向为容性（向系统送无功）；光伏逆变器本身可在功率因数0.98超前~0.98滞后范围内运行，按满发100MW计算，无功可调范围约±20Mvar。线路充电功率可部分抵消箱变、主变漏抗所消耗的感性无功，整体有利于系统无功平衡。（2）夜间空载工况：逆变器停机，站内无有功出力，仅有电缆充电功率约2.44Mvar容性无功，必须由SVG/主变吸收，以避免35kV母线电压升高。SVG容量配置应考虑此时最小感性输出不小于3Mvar（含1.2倍裕度）。（3）建议：在集电线路开关站内不配置独立并联电抗器；利用SVG的感性工况覆盖夜间充电功率，并由AVC闭环控制35kV母线电压在35.0~37.5kV范围内。6结果分析与工程指导意义6.1电压降结果分析三回集电线路在最严工况下电压降最大值仅为2.22%（A回9.10km），远小于DL/T5222规定的5%控制值。电压降裕度较大的原因有：（1）主干段采用300mm²、240mm²大截面铜芯电缆，电阻值小；（2）T接分布使后段电流逐步减小，末段虽然截面减小（95mm²、70mm²）但电流亦小，对总压降贡献有限；（3）线路总长度较短（<10km），符合大型地面光伏电站集电线路典型长度范围。若后续因设计变更导致A回线路延伸至12km以上，或新增箱变使首段电流超过载流量的80%，则需考虑将主干段截面提升至400mm²或将该回拆分为两回，以保证电压质量和热稳定。6.2容性无功分析本工程35kV电缆总长约21.9km，总充电功率约2.44Mvar（@35kV），占主变容量的2.4%，占SVG容量（建议20Mvar）的12%，对系统电压影响较小。若远期规划扩容至200MW、电缆总长超过50km，总充电功率将超过5Mvar，此时需重新校核空载过电压，必要时在35kV母线配置1~2组10kV级或35kV级并联电抗器（容量5~10Mvar）。6.3工程优化建议（1）电缆截面选择：建议主干段（从母线起前40%长度）按经济电流密度选择截面，本工程300mm²对应载流量