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电网损耗分析以及降损措施

时间：2013-09-03

配电网中损耗原因有很多，其中线损和网损是最主要的两种。本文首先介绍了线损和网损的理论计算方法，然后从多个角度提出了降低配电网的措施。
　　一、损耗分析
　　1.1理论线损计算法
　　线损理论计算方法主要有均方根电流法、平均电流法、最大电流法、最大负荷损失小时法等。平均电流法、最大电流法是由均方根电流法派生出的方法，而最大负荷损失小时法主要适用于电力网的规划设计。比较有代表性的传统方法是均方根电流法。
　　均方根电流法的物理概念是线路中流过的均方根电流所产生的电能损耗，相当于实际负荷在同一时期内所消耗的电能。其计算公式
　　应用均方根电流法计算10kV配电线路线损主要存在以下问题：
　　①由于配电变压器的额定容量不能体现其实际用电量情况，因此对于没有实测负荷记录的配电变压器，用均方根电流核与变压器额定容量成正比的关系来计算一般不是完全符合实际负荷情况的。
　　②各分支线和各线段的均方根电流根据各负荷的均方根电流代数相加减而得到，而在一般情况下，实际系统各个负荷点的负荷曲线形状和功率因数都不相同，因此用负荷的均方根电流直接代数相加减来得到各分支线和各线段的均方根电流不尽合理。这是产生误差的主要原因。
　　1.2网损计算法
　　1.2.1均方根电流法
　　均方根电流法原理简单，易于掌握，对局部电网和个别元件的电能损耗计算或当线路出日处仅装设电流表时是相当有效的，尤其是在0.4-10kV配电网的电能损耗计算中，该法易于推广和普及，但缺点是负荷测录工作量庞大，需24h监测，准确率差，计算精度小，日由于当前我国电力系统运行管理缺乏自动反馈用户用电信息的手段，给计算带来困难，所以该法适用范围具有局限性。
　　1.2.2节点等值功率法
　　节点等值功率法方法简单，适用范围广，对运行电网进行网损的理论分析时，所依据的运行数据来自计费用电能表，即使不知道具体的负荷曲线形状，也能对计算结果的最大可能误差作出估计，并且电能表本身的准确级别比电流表要高，又有严格的定期校验制度，因此发电及负荷24h的电量和其他运行参数等原始数据比较准确，且容易获取。这种方法使收集和整理原始资料的工作大为简化，在本质上，这种方法是将电能损耗的计算问题转化为功率损耗的计算问题，或进一步转化为潮流计算问题，这种方法相对比较准确而又容易实现，因而在负荷功率变化小大的场合下可用于任意网络线损的计算，井得到较为满意的结果。但缺点是该法实际计算过程费时费力，且计算结果精度低。因为该法只是通过将实际连续变化的节点功率曲线当作阶梯性变化的功率曲线处理或查负荷曲线形状系数的方式获取节点等效功率近似地考核系统状态。
　　二、降损措施
　　1.简化电网的电压等级.减少重复的变电容量城市电网改造工程要求做到：从500kV到380/220V之间只经过4次变压。除东北部分电网采用500kV、220kV、63kV、10kV、380/220V5个等级外。其它电网采用500(330)kV、220kV、110(或35)kV、10kV、380/220V5个等级。即高压配电电压在110kV或35kV之间选择其中之一作为发展方向。非发展方向的网络采用逐步淘汰或升压的措施。
　　2．提高输电容量，优化利用发电资源
　　建设新的交流或直流输电线路，升级现有线路和使现有线路的运行逼近它们的热稳定极限，是提高输电容量的三种主要方法。
　　当采用架空输电线路，远距离大容量传输电能时，高压直流输电线路(HVDC)的效率比高压交流输电线路更高一些。在同样的电压等级下，HVDC系统的输电容量是交流线路的2到5倍；而当传输的功率相同时，由于直流线路不传输无功功率，换流器的损耗仅为传输功率的1.0%～1.5%，因此HVDC输电系统的总损耗要小于交流系统。
　　提高现有线路的输电容量，可以提高电压等级，增加导线截面积及每相的分裂导线数，或采用耐高温线材。最近耐高温线材技术的进步，为减轻中短距离输电线的热稳定极限的限制提供了一条有效途径。采用耐高温线材的输电线传输的电流是普通线材输电线(例如铝包钢增强型导线)的2到3倍，而它的截面直径与普通导线相同，不会增加杆塔等支撑结构的负担。在许多情况下，由于电压约束、稳定性约束和系统运行约束的限制，输电线路的运行容量远低于线路的热稳定极限。许多技术即针对如何提高输电容量的利用程度而被发明出来。例如，当发生“并联支路潮流”或“环路潮流”问题时，调相器常被用来消除支路的热稳定限制。串联电容补偿是另一种远距离高压交流输电线路常用的提高输电容量的方法。现在人们利用大功率电力电子技术开发了一系列设备，统称为柔性交流输电设备，它可以使人们更好地利用输电线、电缆和变压器等相关设备的容量。据估计，柔性交流输电设备的推广应用，可以将现在受电压约束和稳定约束限制的线路的最大输电容量提高20%~40%。
　　3.合理进行无功补偿，提高电网的功率因素
　　无功补偿按补偿方式可分为集中补偿和分散补偿。
　　3.1集中补偿：
　　在变电站低压侧，安装无功补偿装置(电容器)，安装配置容量按负荷高峰时的无功功率平衡计算，安装电容补偿装置的目的是根据负荷的功率因数的高低而合理及时投切电容器，从而保证电网的功率因数接近0.9，减少高压电网所输送的无功功率，使输电线路的电流减少，从而降低高压电网的网损。
　　3.2分散补偿：
　　由于电力用户所使用的电器设备大多都是功率因数较低，例如工厂的电动机、电焊机的功率因数更低，为提高功率因数，要求大电力用户的变压器低压侧安装电力电容器，其补偿原理与变电站的无功补偿大致相同，不同的是用户就地补偿采用随机补偿，利用无功补偿自动投人装置及时、合理地投切无功补偿电容器，保证10kV电网的功率因数符合要求(接近0.9)，从而减少10kV配电线路的电能损耗。例如：10kV线路末端进行无功补偿，如补偿前0.7到补偿后功率因数达到0.9，经过补偿后，电能损失减少了39.5%，节能效果可见一斑。
　　4.抓紧电网建设，更换高耗能设备
　　导线的电阻和电抗与其截面积成反比.因此，截面积小的线路电阻和电抗大，在输送相同容量负荷情况下，其有功和无功损耗大。目前，配电网，特别是农网中，部分线路线径截面小，负荷重，导致线损率偏高。此外，配电网中还存在相当数量的高耗能配电变压器，其空载损耗P、短路损耗P、空载电流百分值I%、短路电压百分比U%等参数偏大.根据这些情况，应抓紧网架建设，强化电网结构，并按配电网发展规划，有计划、有步骤地分期分批进行配电设施的技术改造，更换配电网中残旧线路、小截面线路以及高耗能变压器。
　　降低输送电流、合理配置变电器
　　5.1提高电网的电压运行水平，降低电网的输送电流。若变电站主变采用有载调压方式调压，调压比较方便，根据负荷情况，随时调节主变压器的分接开关保证电网电压处于规程规定的波动范围之内，最好略为偏高，避免负荷高峰期电网的电压水平过低而造成电能质量的下降，同时也可提高线路末端的电压，使线路电流下降，从而达到降损目的，例如：电压水平从额定值的95%升到105%时，线路所输送的电流降低9.5%，电能损耗下降18.2%。同样道理，对于用户配电变压器及10kV公用配变，可根据季节的变化，在规程规定电压波动范围内可合理调节配变的分接开关，尽量提高配网的电压运行水平，同样达到降损的目的。另外，可根据负荷的大小，利用变压器并列经济运行曲线分析负荷情况，合理切换，实行并列运行或是一单台主变运行，减少变电站的主变变损。
　　5.2提高输配电网效率的另一项关键技术，就是提高电气设备的效率。其中，提高配网变压器的效率尤其具有重大意义。从节能的观点来看，因为配网变压器数量多，大多数又长期处于运行状态，因此这些变压器的效率哪怕只提高千分之一，也会节省大量电能。基于现有的实用技术，高效节能变压器的损耗至少可以节省15%。
　　通常在评价变压器的损耗时，要考虑两种类型的损耗:铁芯损耗和线圈损耗。铁芯损耗通常是指变压器的空载损耗。因为需要在变压器的铁芯中建立磁场，所以不论负荷大小如何，它们都会发生。线圈损耗则发生在变压器的绕组中，并随负荷的大小而变化。因此它又被称为负荷损耗。
　　变压器的空载损耗可以通过采用铁磁材料或优化几何尺寸来减少。增加铁芯截面积，或减小每一匝的电压，都可以降低铁芯的磁通密度，进而降低铁芯损耗。减小导线的截面积，可以缩短磁通路径，也可以减小空载损耗。降低负荷损耗有多种方法，比如采用高导通率的线材，扩大导线截面积，或用铜导线来替代铝导线。采用低损耗的绕组相当于缩短了绕组导线的长度。更小的铁芯截面积和更少的匝数，都可以减少线圈损耗。
　　从以上的分析可见，减少空载损耗可能导致负荷损耗的增加，反之亦然。因此，降低变压器的损耗是一个优化的过程，它涉及物理、技术和经济等各方面因素，还要对变压器整个使用寿命周期进行经济分析。在大多数情况下，变压器的设计都要在考虑铁芯及绕组的材料、设计，以及变压器的业主总费用等各方面因素后，得到一个折中的方案。合理配置配电变压器，对各个配电台区要定期进行负荷测量，准确掌握各个台区的负荷情况及发展趋势，对于负荷分配不合理的台区可通过适当调整配电变压器的供电负荷，使各台区的负荷率尽量接近75%，此时配变处于经济运行状态。在低压配电网的规划时，也要考虑该区的负荷增长趋势，准确合理选用配电变压器的容量，不宜过大也不宜过小，避免“大马拉小车”的现象。另外严格按国家有关规定选用低耗变压器，对于历史遗留运行中的高损耗变压器，在经济条件许可的情况下，逐步更换为低损耗变压器，减少配电网的变损，从而提高电网的经济效益。
　　6.降低导线阻抗
　　随着城区开发面积不断扩张，低压配电网也越来越大，10kV配电网也不断延伸，如何规划好各个供电台区的供电范围将至关重要，随着居民生活水平的不断提高，用电负荷与日俱增，为了解决0.4kV线路过长、负荷过重的问题，在安全规程允许的情况下，将10kV电源尽量引到负荷中心，并且根据负荷情况，合理选择10kV配变的分布点，尽量缩小0.4kV的供电半径(一般为250m左右为宜)，避免迂回供电或长距离低压供电。目前，研究人员正在研究高温超导体，用它制成的高温超导输电线所能传输的电能是普通铜质线材的3到5倍。即使算上用于超导材料冷却的消耗，采用高温超导线材的输电网的损耗,也要远小于普通的架空输电线和电缆。与普通线材的5%到8%的电网损耗相比，采用高温超导线材的电网损耗仅为0.5%。而且，如果用超导线材替代传统变压器绕组中的铜导线，还可以进一步降低网损。以一个100兆瓦变压器为例，超导线圈变压器的总损耗(包括线损，铁耗和线圈冷却消耗)一般是普通变压器的65%到70%。
　　无论高低压的线路截面选择都对线损影响极大，在规划时要有超前意识，准确预测好该处在未来几年内的负荷发展，不得因负荷推测不准而造成导线在短期内过载。在准确推测负荷发展的前提下，按导线的经济电流密度进行选型，并留有一定裕度，以保证配电网处于经济运行状态，实现节能的目的。
　　7.降损的管理措施
　　由管理因素和人的因素造成的线损称为管理线损。降低管理线损的措施有多种，而定期展开线损分析对于确保取得最佳的降耗目标和经济效益起着非常重要的作用。首先要比较统计线损率与理论线损率，若统计线损率过高，说明电力网漏电严重或管理方面存在较多问题.其次理论线损率与最佳线损率比较，如果理论线损率过高就说明了电力网结构或布局不合理，电力网运行不经济，最后如果固定损耗和可变损耗对比，若固定损耗所占比例较大，就说明了线路处于轻负荷运行状态，配电变压器负荷率低或者电力网长期在高于额定电压下运行。总之展开定期线损分析工作不仅可找出当前线损工作中的不足，指明降损方向，还可以找出电力网络结构的薄弱环节，发现电力网运行中存在的问题，并可以查找出线损升、降的原因，确立今后降损的主攻方向。
　　降损节电是复杂而艰巨的工作，既要从微观抓好各个环节具体的降损措施，又要从宏观上加强管理：从上到下建立起有技术负责人参加的线损管理队伍，定期进行线损分析，及时制定降损措施实施计划；搞好线损理论计算工作，推广理论线损在线测量，及时掌握网损分布和薄弱环节；制定切实可行的网损率计划指标，实行逐级承包考核，并与经济利益挂钩；搞好电网规划设计和电网改造工作，使网络布局趋于合理，运行处于经济状态；加强计量管理，落实有关规程。
　　虽然降低损耗的方式多种多样，但我们不应盲目模仿，而应按照具体要求来采取不同的降损措施。