光伏電站架空裸導線選型光伏電站按容量及消納方式分為集中式和分散式光伏電站,集中式容量較大,往往採用35kV/110kV及以上電壓等級併網,接入就近的35kV/110kV變電站。35kV/110kV變電站一般分佈於城鎮負荷中心,與光伏站址有一定距離,為降本增效通常採用架空裸導線方式接併網點變電站間隔。在光伏電站設計選型時,當裸導線採用較小截面時,有色金屬耗量減小,投資降低。當裸導線採用較大截面時,單位長度電阻減小,有功損耗、電壓損耗、電能損耗降低,執行費用降低。為了降低網損、提高光伏電站執行的經濟性,最大限度提高發電量收益,就必須合理地選擇導線截面。
電力線Power line
1導線截面選擇的三個必要條件導線截面選擇必須認真執行國家的技術經濟政策,做到保障人身安全供電可靠、技術先進和經濟合理。在技術上,截面選擇必須滿足以下3個必要條件:(1)機械強度條件
導線在長期執行的過程中必然會受到各種外力的作用,如線間張力、導線自重、風力及覆冰冰重等。為保證導線執行的安全可靠性,就必須保證導線具有一定的機械強度。規程規定:為保證電力線路的機械強度,導線的截面不應小於表1中所列數值。表1:導線最小截面(mm2)
(2)發熱條件
當導線流通電流時,因電阻的作用,導體會發熱。為防止導線因執行過熱而燒燬或老化加速,保證導線長期安全可靠執行,還必須滿足發熱溫升條件,即透過導線的最大持續負荷電流必須小於導線允許的長期持續安全電流。規定並取導線周圍環境溫度為25℃時的長期持續安全電流如表2所示。表2:導線允許的長期持續安全電流(A)
(3)電暈條件
在較高電壓等級的架空線路周圍,電場強度較大。易誘發區域性電暈或全面電暈,導致電能損耗增加以及裝置氧化、通訊干擾等問題。為防止電暈,應適當減小周圍空氣介質的電場強度增大導線截面。當電壓等級低60kV時,因執行電壓低、周圍電場強度較小而不會產生全面電暈現象;當電壓等級高於或等於110kV時,由電暈條件要求的最小導線截面如表3。表3:電暈條件要求的最小導線截面
2導線截面選擇方法一 經濟電流密度法考慮導線截面選擇的經濟性,主要是建設線路的投資和線路建成後以電能損耗為主的年執行費用。為確保導線選擇的經濟性,應按照經濟電流密度選擇導線。綜合考慮國家總的利益原則(投資、執行費用、投資回收率、折舊率)後,單位截面導線對應的最經濟的電流大小,就稱為經濟電流密度,其大小與導體材料、線路的利用係數以及投資大小相關。應用中按導線材料、最大負荷利用小時數及額定電壓取定,見表5。按經濟電流密度選擇的截面即為經濟截面,即
Sj=Imax/J
式中
Sj—經濟截面;
J—經濟電流密度;
Imax—導線正常執行時的最大工作電流。
表5:軟導線經濟電流密度
按經濟電流密度計算出導線截面後,應選定與計算經濟截面最接近的標稱截面,然後再按照3個必要條件進行校驗。對於電壓等級小於或等於35kV的配電線路,為滿足使用者對電壓等級的要求,還應校驗電壓損耗。舉例:某35kV架空線路,採用雙回鋼芯鋁絞線架設,線路長15km,末端最大負荷為16MW,平均功率因數為0.9,正常情況下允許最大電壓損耗為5%。試選擇導線截面。
解:按經濟電流密度選擇導線截面,按3個必要條件及允許電壓損耗校驗導線截面。
最大工作電流:Imax=(P/2)/(1.732UNcosθ)=(16000/2)/(1.732×35×0.9)=146.63A
由最大工作電流:Tmax=2000h,查表5得經濟電流密度J=1.65A/mm2。
計算經濟截面:Sj=Imax/J=146.63/1.65=88.87mm2
選擇最接近的截面:LGJ-95型導線,其引數是ro+jxo=0.332+j0.4Ω/km,長期持續安全電流為335A。
校驗:
①機械強度:S=95mm2>Sy=25mm2,滿足要求。
②發熱溫度:因雙回線路在執行中允許單回執行,此時,線路流通電流增大,發熱加劇,為最惡劣執行情況。在發熱溫度校驗中應考慮該執行方式。
Tmax=2×146.63A=293.26<Iy=335A
滿足要求。
由於線路為35kV,故不必驗算電暈條件。
④電壓損耗:
△U=(PR+Q×)L/U=1.80kV
U%=1.80/35=5.15%>5%
不滿足要求應增大導線截面。改選LGJ-120型導線,其引數是ro+jxo=0.236+j0.421Ω/km,長期持續安全電流為380A。
校驗:
①機械強度:S=95mm2>Sy=25mm2滿足要求;
②發熱溫度:Imax=2×146.63A=293.26A<Iy,=380A
查表知LGJ-95導線在故障執行方式下最大安全電流為335A大於導線中最大電流,滿足要求。
④電壓損耗:△U=(PR+Qx)L/U=1.60kV
U%=4.57%<5%
滿足要求。
因此,所選LGJ-120型架空導線符合要求。