[科普中國]-主饋線

主饋線是指從飛機(jī)主發(fā)電機(jī)的輸出端至發(fā)電機(jī)匯流條之間的導(dǎo)線，其性能與電源系統(tǒng)的重量、電能質(zhì)量和可靠性密切相關(guān)。主饋線是飛機(jī)交流電源系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，發(fā)電系統(tǒng)調(diào)壓點(diǎn)的電壓等于發(fā)電機(jī)端電壓與主饋線的壓降之差，發(fā)電機(jī)除了要為負(fù)載提供功率，還需要提供主饋線消耗的有功和無功功率，主饋線上阻抗的存在增加了發(fā)電機(jī)的負(fù)擔(dān)；另外，主饋線阻抗對電能質(zhì)量也有明顯的影響，這種影響在大容量負(fù)載起動或切換過程、發(fā)電機(jī)或者配電線路故障等瞬態(tài)過程中更加嚴(yán)重，易導(dǎo)致電壓瞬變超出標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的瞬態(tài)范圍極限，從而危害到負(fù)載設(shè)備。所以，開展飛機(jī)主饋線的阻抗研究具有重要的意義。

主饋線定義主饋線是指從飛機(jī)主發(fā)電機(jī)的輸出端至發(fā)電機(jī)匯流條之間的導(dǎo)線，其性能與電源系統(tǒng)的重量、電能質(zhì)量和可靠性密切相關(guān)。主饋線是飛機(jī)交流電源系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，發(fā)電系統(tǒng)調(diào)壓點(diǎn)的電壓等于發(fā)電機(jī)端電壓與主饋線的壓降之差，發(fā)電機(jī)除了要為負(fù)載提供功率，還需要提供主饋線消耗的有功和無功功率，主饋線上阻抗的存在增加了發(fā)電機(jī)的負(fù)擔(dān)；另外，主饋線阻抗對電能質(zhì)量也有明顯的影響，這種影響在大容量負(fù)載起動或切換過程、發(fā)電機(jī)或者配電線路故障等瞬態(tài)過程中更加嚴(yán)重，易導(dǎo)致電壓瞬變超出標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的瞬態(tài)范圍極限，從而危害到負(fù)載設(shè)備。所以，開展飛機(jī)主饋線的阻抗研究具有重要的意義。

主饋線分類電力系統(tǒng)主饋線電力系統(tǒng)的投資策略應(yīng)該以綜合效益最佳為目的。配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的一部分,其投資行為當(dāng)然也是以此為目的的。配電網(wǎng)的設(shè)備的投入都應(yīng)該緊緊圍繞經(jīng)濟(jì)性來進(jìn)行。一方面,在配電網(wǎng)中為提高對用戶供電可靠性往往需要增加設(shè)備,這使得投入增加;另一方面,對用戶供電可靠性增加會使用戶的停電損失減少。如果將增加可靠性而增加設(shè)備的投入當(dāng)成可靠性成本,而將用戶供電可靠性的增加使用戶的停電損失減少看成可靠性效益川,有必要尋找一個(gè)比較好的投資策略,使可靠性成本與可靠性效益綜合最為有利。研究配網(wǎng)中主饋線分段開關(guān)對配電網(wǎng)可靠性影響的基礎(chǔ)上,給出了有關(guān)配電網(wǎng)主饋線分段開關(guān)設(shè)置的一個(gè)定理,可以根據(jù)該定理來決定滿足條件的主饋線分段開關(guān)的設(shè)置。針對配電網(wǎng)負(fù)荷多變的特點(diǎn), 提出采用電容器對 10 kV 配電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí), 采用分支線路末端配電變壓器低壓側(cè)和主饋線相結(jié)合的優(yōu)化補(bǔ)償方式。以系統(tǒng)有功網(wǎng)損、電容器的安置費(fèi)用加權(quán)最小為目標(biāo)函數(shù)。根據(jù)配電網(wǎng)輻射狀樹形分布特征, 首先在分支線路末端以提高線路功率因數(shù)確定電容器的補(bǔ)償容量及其類型, 然后在主饋線上依無功負(fù)荷的分布情況再確定電容器補(bǔ)償?shù)淖罴盐恢煤腿萘俊３绷饔?jì)算采用配電網(wǎng)廣泛使用的前推回代法。最后, 以實(shí)際電網(wǎng)為例, 說明了該算法的可行性和優(yōu)越性。1

配電系統(tǒng)主饋線我國城鄉(xiāng) 10 kV 配電網(wǎng)廣泛采用樹形、多分支的單向輻射型供電方式。其存在線路供電半徑長、功率因數(shù)低、線路損耗大、末端電壓質(zhì)量差等特征。因此, 在線路上合理安裝電容器, 可改善系統(tǒng)運(yùn)行性能、降低網(wǎng)絡(luò)損耗、提高配電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量, 具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。電容器由于其投資省、見效快、安裝簡便、維護(hù)工作量小、事故率低等優(yōu)點(diǎn)而成為無功補(bǔ)償設(shè)備的首選。對于電容器優(yōu)化配置問題, 理論界已經(jīng)提出了許多優(yōu)化算法,應(yīng)用的遺傳算法、模擬退火算法和 Tabu 搜索算法等, 它們都是假定在高負(fù)荷下無功需求最大來確定補(bǔ)償位置, 然后再確定補(bǔ)償容量, 但在實(shí)際工程中有很多節(jié)點(diǎn)在低負(fù)荷下卻需要很大的無功注入。這樣, 上述算法就無法達(dá)到優(yōu)化補(bǔ)償?shù)囊蟆Ｒ虼? 本文針對配電網(wǎng)的特點(diǎn)提出了分支線路末端配電變壓器低壓側(cè)和主饋線相結(jié)合的優(yōu)化補(bǔ)償方式。電容器優(yōu)化配置就是在滿足系統(tǒng)各種運(yùn)行條件的限制下, 確定電容器的最佳位置、容量及其類型以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。本方案采用分支線路和主饋線相結(jié)合的優(yōu)化補(bǔ)償方式。首先, 在功率因數(shù)較低的分支線路配電變壓器低壓側(cè)母線上安裝電容器組, 此時(shí)主饋線上的無功分布將會發(fā)生變化。然后,在主饋線上根據(jù)無功負(fù)荷的分布情況確定主饋線上的電容器最佳補(bǔ)償容量和位置。下面先討論分支線路上的電容器優(yōu)化補(bǔ)償。在配電變壓器低壓側(cè)采用固定電容器進(jìn)行補(bǔ)償,可以有效地補(bǔ)償配電變壓器空載無功, 使該部分無功就地平衡, 從而提高配電變壓器利用率, 降低因無功在線路中流通產(chǎn)生的有功損耗針對配電網(wǎng)負(fù)荷多變的特點(diǎn), 把負(fù)荷分為低、中、高 3 個(gè)等級, 采用在分支線路末端配電變壓器低壓側(cè)分散補(bǔ)償和主饋線上集中補(bǔ)償相結(jié)合的方式, 將電容器分散安裝在功率因數(shù)較低的企業(yè)、村鎮(zhèn)終端變或公用配電變壓器低壓母線上, 具有配置靈活、效果明顯等優(yōu)點(diǎn), 絕對不會出現(xiàn)無功過補(bǔ)的現(xiàn)象。當(dāng)?shù)拓?fù)荷時(shí)只有固定電容器投入運(yùn)行,中、高負(fù)荷時(shí)可投切電容器根據(jù)無功需求自動投入運(yùn)行; 而在主饋線上考慮無功負(fù)荷的分布情況進(jìn)行電容器配置, 使無功盡量保證就地平衡, 主饋線集中配置電容器可以彌補(bǔ)分散配置補(bǔ)償?shù)牟蛔? 并有效改善因輸電線路過長而導(dǎo)致線路末端電壓低的現(xiàn)象。兩者有機(jī)結(jié)合配置最終達(dá)到了減少有功損耗、提高電壓質(zhì)量的目的。實(shí)際應(yīng)用表明了本算法的可行性和優(yōu)越性。

飛機(jī)主饋線以大型飛機(jī)變頻交流（AC）電源系統(tǒng)為研究背景，針對主饋線敷設(shè)方式缺乏有效的交流電阻解析計(jì)算方法的現(xiàn)狀，研究導(dǎo)體間具有通用性的鄰近因子解析計(jì)算方法，能夠理論計(jì)算寬變頻范圍內(nèi)兩根導(dǎo)體在不同材料、不同半徑、不同中心距離下的交流電阻值，該計(jì)算方法具有求解過程簡單、物理意義明確、適用范圍廣、精度高等優(yōu)點(diǎn)。通過對比航空電纜交流電阻的解析計(jì)算、有限元仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證了該方法的有效性和正確性。該計(jì)算方法解決了傳統(tǒng)使用有限元仿真工具計(jì)算交流電阻時(shí)過程繁瑣、耗時(shí)長的問題，簡化了計(jì)算步驟，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值，并為多導(dǎo)體主饋線敷設(shè)方式交流電阻解析計(jì)算方法的推導(dǎo)奠定基礎(chǔ)。2

主饋線應(yīng)用目前大型飛機(jī)正朝著全電化和多電化的方向發(fā)展，電源系統(tǒng)的容量也越來越大。變頻交流電源系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、效率高、費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，因而適合作為大容量的飛機(jī)交流電源系統(tǒng)，是大型飛機(jī)的發(fā)展趨勢之一。大型飛機(jī)變頻交流電源系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是容量大大提高，且主饋線的長度顯著增加。其穩(wěn)態(tài)電源頻率范圍是360～800Hz，最高頻率相比傳統(tǒng)400Hz恒頻交流電源系統(tǒng)提高了一倍。頻率的提高以及主饋線長度的增加引起主饋線阻抗增大，并且由于電源系統(tǒng)容量的提高，主饋線電流大大增加，因此主饋線電壓損失和損耗的問題非常突出。在變頻系統(tǒng)中，較高頻率時(shí)電壓不平衡度會更大，這主要是由于饋線阻抗的增大所引起的，并且主饋線阻抗將對系統(tǒng)帶不平衡負(fù)載能力、開關(guān)過程的瞬態(tài)電壓、電壓跌落及波形畸變等產(chǎn)生較大影響；因此，為了提高電源系統(tǒng)電能質(zhì)量，也必須開展主饋線阻抗的優(yōu)化方法研究。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王慧維 - 副研究員 - 西南大學(xué)