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按经济运行原则选择变电所位置的方法

在我国有关设计规程如《35~110kV变电所设计规范》（GB50059 92）、

《10kV及以下变电所设计规范》（GB50053 94）和国内外有关设计手册、理论书籍中，均要求变电所位于或靠近负荷中心。实际上，由于负荷的不对称性，变电所位于负荷中心时，配电线路投资和线路电能消耗不是最小，有时甚至差别较大。根据中国水泥协会统计，截止2004年底，全国新型干法水泥在建项目达936个，而干法线的设计具有很大的相似性，特别是同一设计院设计的相同产量的生产线更是如此。大型新型干法线是耗电大户，因此，面对全国如此众多的建设项目，在行业竞争激烈能源日趋紧张的情况下，认真推广按经济运行原则（配电线路投资和线路电能消耗最小）选择变电所位置的方法，不仅具有良好的经济效益，还具有巨大的社会效益。

1 对称负荷与不对称负荷

同一变电所供电的许多负荷组成一个负荷群，分布于同一平面上的负荷群称为一个平面负荷群。负荷群可分为对称负荷群和不对称负荷群，对称负荷群包括以下两种情况：

（1）中心点对称：同一平面负荷群中所有负荷都关于中心点N对称，即任一负荷绕N点转过180 后都能落到另一个负荷的位置上。

（2）共圆对称：同一平面负荷群中各负荷大小相等且等间隔分布于同一个圆的圆周上，其圆心即对称中心。

除以上两种情况外，其余负荷群均为不对称负荷群。

可以证明：对称负荷群的对称中心就是负荷中心，变电所的经济位置就在负荷中心；不对称负荷群，变电所的经济位置不在负荷中心。

2 负荷中心的求法

（1）利用负荷指示图直观地确定负荷中心。

负荷指示图是将电力负荷按一定的比例用负荷圆的形式标明在变配电所供电的单位平面图上，某一负荷圆的面积表示该负荷的大小，圆心位于该负荷的负荷中心。

（2）按负荷功率矩法确定负荷中心

负荷功率矩法又称静态负荷中心计算法，它是先建立直角坐标系，然后标出各负荷的直角坐标，再仿照《静力学》中求重心的力矩方程的方法。

Pi::各负荷的有功计算负荷；（xi,yi）为各负荷的直角坐标。

3）按负荷电能矩法确定负荷中心

由于各负荷的工作时间不一定相同，因此负荷中心也就不是固定不变的，负荷中心不只与各负荷大微肥小有关，而且还与各负荷的工作时间有关。因此提出了按负荷电能矩法确定负荷中心的动态负荷中心计算法。

ti: 各负荷的年最大负荷利用系数小时；Ci:各负荷的年电能耗量。

3 变电所经济位置的一般公式

如图，假定负荷群由（n+1）个负荷组成，各负荷的大小分别为s1, s2, sn，

sm，其中sm最大，位于O点；负荷中心在N点。为推导公式方便，以O为原点，建立直角坐标系。各负荷的坐标分别为（x1,y1），（x2，y2）， （xn,yn），变电所经济运行位置坐标为（x,y）。则变电所到各负荷点的距离l1，l2， ln，lm

各线路的电流分别为I1，I2， In，Im；各线路的电缆的单价分别为V1，V2， Vn，Vm，则线路电缆总造价

需要说明的是，式（1）和式（2）的适用范围是 ，

当 时称为最大负荷特别大的负荷群。可以证明：最大负荷特别大的负荷群，其变电所的经济运行位置就在最大负荷点处。

一般说来，根据式（1）求出的变电所的位置KM与根据式（2）求出的变电所的位置K⊿P并不相同。如果选取KM比选取K⊿P所增加的电缆线路投资能在6年内收回，就取K⊿P作为变电所的经济运行位置，如果所增加的电缆线路投资不能在6年内收回，应根据情况进行调整。原国家计委节能局在1983年颁布实施的《关于节约能源基本建设项目可行性研究的暂行规定》中指出：计算投资回收年限一般不应超过5年，最长不应超过7年，作为权衡投资与节能效益的政策规定。由于电缆的使用寿命一般都在30高压管年以上，因此此处把投资回收期定为6年是合适的。

对于厂内各配电室，由于变压器室、电气室、自控室是设计在一起的，而自控系统的各种信号线是不计功率损耗的，因此只需考虑电气室到现场的电力电缆的功率损耗。

参考资料（1）在推导经济运行位值公式的过程中，分别按配电线路消耗的有色金属体积最小和线路功率损耗最小的原则，求出了变电所的经济位置，由于假定了各线路电流密度均相同，所以按两原则求出的公式相同。实际上，不同截面的电缆的许用电流密度是不相同的，设计时也不是按电流密度相同的原则选用电缆的，同时，由于电缆截面数值是离散的，即使按电流密度相同的原则选出电缆截面后实际电流密度也不会相同。另外，配电线路消耗的有色金属体积最小与电缆线路投资最小是不一样的，对于企业来说，显然更关心投资的多少，因此原公式实用性较差。

4 按经济运行原则选择变电所位置的方法步骤

选择变电所的位置，应考虑的因素很多，经济运行原则就是要考虑的重要因又要根据使用的实际情况尽可能下降劳动强度素之一。具体方法步骤如下：

（1） 画负荷指示图

根据厂区工艺平面布置图建立直角坐标系，按一定的比例划出负荷圆并标出各负荷的直角坐标。

（2） 判断是否属于特殊负荷群

即是否属于对称负荷或最大负荷特别大的负荷群。如果不是，将数值代入式（1）和式（2）然后分别编程，用计算机求出KM和K⊿P。

（3）对KM和K⊿P进行经济比较

即计算选取KM比选取K⊿P所增加的电缆线路投资能否在6年内收回，如果能，应进行步骤（6）的工作；如果不能，应进行下一步的工作。

（4）求出负荷中心位置N

用静态或动态负荷中心计算法求出负荷中心位置。

（5）找出经济运行位置

根据大量计算可以得出：变电所经济运行位置位于以负荷中心、最大负荷点、次大负荷点为顶点的三角形区域内的某一点。当选取KM比选取K⊿P所增加的电缆线路投资不能在6年内收回时，应在上述三角形区域内进行调整选取。

（6）判断变电所经济运行位置与最远负荷点间的距离都需要在第1时间进行更换是否超过合理配电距离，线路电压降是否超过允许值。

若没超过，选择结束；若超过了，应根据具体情况恰当处理。

当然，实际上变电所与各负荷间的电缆长度是电缆沿电缆沟或电缆桥架敷设的长度（折线），不是直角坐标系中变电所与各负荷两点间的直线距离。但只有按上述方法找出变电所热处理炉的经济运行位置以后，才能合理地确定电缆沟或电缆桥架的走向。

5 结语

按经济运行原则选择变电所位置是比较麻烦的，但由于设计工作具有很大的相似性，所以一旦熟悉之后用于设计工作，会有很好的对运输进程中出现破坏负责经济效益。对于已投产运行的生产线，工程技术人员可通过实际测量各种数据，如电缆的长度、截面、电流等，求出变电所的经济运行位置，并与实际的位置进行经济比较，取得经验和数据，以便用于本公司的新建生产线。所以，按经济运行原则选择变电所位置的方法，不论是对设计院还是对生产企业，都具有实际意义，值得推广。

参考资料

1徐玉琦编著.工厂电气设备经济运行.机械工业出版社.1988

2.刘介才编著.工厂供电手册. 中国电力工业出版社.2001