- 電網(wǎng)損耗分析
- 電網(wǎng)降損措施
- 簡(jiǎn)化電網(wǎng)的電壓等級(jí).減少重復(fù)的變電容量
- 提高輸電容量，優(yōu)化利用發(fā)電資源
- 合理進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，提高電網(wǎng)的功率因素
配電網(wǎng)中損耗原因有很多，其中線損和網(wǎng)損是最主要的兩種。本文首先介紹了線損和網(wǎng)損的理論計(jì)算方法，然后從多個(gè)角度提出了降低配電網(wǎng)的措施。
損耗分析
1.1理論線損計(jì)算法
線損理論計(jì)算方法主要有均方根電流法、平均電流法、最大電流法、最大負(fù)荷損失小時(shí)法等。平均電流法、最大電流法是由均方根電流法派生出的方法，而最大負(fù)荷損失小時(shí)法主要適用于電力網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)。比較有代表性的傳統(tǒng)方法是均方根電流法。
均方根電流法的物理概念是線路中流過(guò)的均方根電流所產(chǎn)生的電能損耗，相當(dāng)于實(shí)際負(fù)荷在同一時(shí)期內(nèi)所消耗的電能。其計(jì)算公式
應(yīng)用均方根電流法計(jì)算10kV配電線路線損主要存在以下問(wèn)題：
①由于配電變壓器的額定容量不能體現(xiàn)其實(shí)際用電量情況，因此對(duì)于沒(méi)有實(shí)測(cè)負(fù)荷記錄的配電變壓器，用均方根電流核與變壓器額定容量成正比的關(guān)系來(lái)計(jì)算一般不是完全符合實(shí)際負(fù)荷情況的。
②各分支線和各線段的均方根電流根據(jù)各負(fù)荷的均方根電流代數(shù)相加減而得到，而在一般情況下，實(shí)際系統(tǒng)各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的負(fù)荷曲線形狀和功率因數(shù)都不相同，因此用負(fù)荷的均方根電流直接代數(shù)相加減來(lái)得到各分支線和各線段的均方根電流不盡合理。這是產(chǎn)生誤差的主要原因。
1.2網(wǎng)損計(jì)算法
1.2.1均方根電流法
均方根電流法原理簡(jiǎn)單，易于掌握，對(duì)局部電網(wǎng)和個(gè)別元件的電能損耗計(jì)算或當(dāng)線路出日處僅裝設(shè)電流表時(shí)是相當(dāng)有效的，尤其是在0.4-10kV配電網(wǎng)的電能損耗計(jì)算中，該法易于推廣和普及，但缺點(diǎn)是負(fù)荷測(cè)錄工作量龐大，需24h監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確率差，計(jì)算精度小，日由于當(dāng)前我國(guó)電力系統(tǒng)運(yùn)行管理缺乏自動(dòng)反饋用戶用電信息的手段，給計(jì)算帶來(lái)困難，所以該法適用范圍具有局限性。
1.2.2節(jié)點(diǎn)等值功率法
節(jié)點(diǎn)等值功率法方法簡(jiǎn)單，適用范圍廣，對(duì)運(yùn)行電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)損的理論分析時(shí)，所依據(jù)的運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)自計(jì)費(fèi)用電能表，即使不知道具體的負(fù)荷曲線形狀，也能對(duì)計(jì)算結(jié)果的最大可能誤差作出估計(jì)，并且電能表本身的準(zhǔn)確級(jí)別比電流表要高，又有嚴(yán)格的定期校驗(yàn)制度，因此發(fā)電及負(fù)荷24h的電量和其他運(yùn)行參數(shù)等原始數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，且容易獲取。
這種方法使收集和整理原始資料的工作大為簡(jiǎn)化，在本質(zhì)上，這種方法是將電能損耗的計(jì)算問(wèn)題轉(zhuǎn)化為功率損耗的計(jì)算問(wèn)題，或進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為潮流計(jì)算問(wèn)題，這種方法相對(duì)比較準(zhǔn)確而又容易實(shí)現(xiàn)，因而在負(fù)荷功率變化小大的場(chǎng)合下可用于任意網(wǎng)絡(luò)線損的計(jì)算，井得到較為滿意的結(jié)果。但缺點(diǎn)是該法實(shí)際計(jì)算過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且計(jì)算結(jié)果精度低。因?yàn)樵摲ㄖ皇峭ㄟ^(guò)將實(shí)際連續(xù)變化的節(jié)點(diǎn)功率曲線當(dāng)作階梯性變化的功率曲線處理或查負(fù)荷曲線形狀系數(shù)的方式獲取節(jié)點(diǎn)等效功率近似地考核系統(tǒng)狀態(tài)。
二、降損措施
1.簡(jiǎn)化電網(wǎng)的電壓等級(jí).減少重復(fù)的變電容量
城市電網(wǎng)改造工程要求做到：從500kV到380/220V之間只經(jīng)過(guò)4次變壓。除東北部分電網(wǎng)采用500kV、220kV、63kV、10kV、380/220V5個(gè)等級(jí)外。其它電網(wǎng)采用500(330)kV、220kV、110(或35)kV、10kV、380/220V5個(gè)等級(jí)。即高壓配電電壓在110kV或35kV之間選擇其中之一作為發(fā)展方向。非發(fā)展方向的網(wǎng)絡(luò)采用逐步淘汰或升壓的措施。
2．提高輸電容量，優(yōu)化利用發(fā)電資源
建設(shè)新的交流或直流輸電線路，升級(jí)現(xiàn)有線路和使現(xiàn)有線路的運(yùn)行逼近它們的熱穩(wěn)定極限，是提高輸電容量的三種主要方法。
當(dāng)采用架空輸電線路，遠(yuǎn)距離大容量傳輸電能時(shí)，高壓直流輸電線路(HVDC)的效率比高壓交流輸電線路更高一些。在同樣的電壓等級(jí)下，HVDC系統(tǒng)的輸電容量是交流線路的2到5倍；而當(dāng)傳輸?shù)墓β氏嗤瑫r(shí)，由于直流線路不傳輸無(wú)功功率，換流器的損耗僅為傳輸功率的1.0%～1.5%，因此HVDC輸電系統(tǒng)的總損耗要小于交流系統(tǒng)。
提高現(xiàn)有線路的輸電容量，可以提高電壓等級(jí)，增加導(dǎo)線截面積及每相的分裂導(dǎo)線數(shù)，或采用耐高溫線材。最近耐高溫線材技術(shù)的進(jìn)步，為減輕中短距離輸電線的熱穩(wěn)定極限的限制提供了一條有效途徑。采用耐高溫線材的輸電線傳輸?shù)碾娏魇瞧胀ň€材輸電線(例如鋁包鋼增強(qiáng)型導(dǎo)線)的2到3倍，而它的截面直徑與普通導(dǎo)線相同，不會(huì)增加桿塔等支撐結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)。在許多情況下，由于電壓約束、穩(wěn)定性約束和系統(tǒng)運(yùn)行約束的限制，輸電線路的運(yùn)行容量遠(yuǎn)低于線路的熱穩(wěn)定極限。
許多技術(shù)即針對(duì)如何提高輸電容量的利用程度而被發(fā)明出來(lái)。例如，當(dāng)發(fā)生“并聯(lián)支路潮流”或“環(huán)路潮流”問(wèn)題時(shí)，調(diào)相器常被用來(lái)消除支路的熱穩(wěn)定限制。串聯(lián)電容補(bǔ)償是另一種遠(yuǎn)距離高壓交流輸電線路常用的提高輸電容量的方法。現(xiàn)在人們利用大功率電力電子技術(shù)開(kāi)發(fā)了一系列設(shè)備，統(tǒng)稱為柔性交流輸電設(shè)備，它可以使人們更好地利用輸電線、電纜和變壓器等相關(guān)設(shè)備的容量。據(jù)估計(jì)，柔性交流輸電設(shè)備的推廣應(yīng)用，可以將現(xiàn)在受電壓約束和穩(wěn)定約束限制的線路的最大輸電容量提高20%~40%。
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3.合理進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，提高電網(wǎng)的功率因素
無(wú)功補(bǔ)償按補(bǔ)償方式可分為集中補(bǔ)償和分散補(bǔ)償。
3.1集中補(bǔ)償：
在變電站低壓側(cè)，安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置(電容器)，安裝配置容量按負(fù)荷高峰時(shí)的無(wú)功功率平衡計(jì)算，安裝電容補(bǔ)償裝置的目的是根據(jù)負(fù)荷的功率因數(shù)的高低而合理及時(shí)投切電容器，從而保證電網(wǎng)的功率因數(shù)接近0.9，減少高壓電網(wǎng)所輸送的無(wú)功功率，使輸電線路的電流減少，從而降低高壓電網(wǎng)的網(wǎng)損。
3.2分散補(bǔ)償：
由于電力用戶所使用的電器設(shè)備大多都是功率因數(shù)較低，例如工廠的電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)的功率因數(shù)更低，為提高功率因數(shù)，要求大電力用戶的變壓器低壓側(cè)安裝電力電容器，其補(bǔ)償原理與變電站的無(wú)功補(bǔ)償大致相同，不同的是用戶就地補(bǔ)償采用隨機(jī)補(bǔ)償，利用無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)投人裝置及時(shí)、合理地投切無(wú)功補(bǔ)償電容器，保證10kV電網(wǎng)的功率因數(shù)符合要求(接近0.9)，從而減少10kV配電線路的電能損耗。例如：10kV線路末端進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，如補(bǔ)償前0.7到補(bǔ)償后功率因數(shù)達(dá)到0.9，經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后，電能損失減少了39.5%，節(jié)能效果可見(jiàn)一斑。
4.抓緊電網(wǎng)建設(shè)，更換高耗能設(shè)備
導(dǎo)線的電阻和電抗與其截面積成反比.因此，截面積小的線路電阻和電抗大，在輸送相同容量負(fù)荷情況下，其有功和無(wú)功損耗大。目前，配電網(wǎng)，特別是農(nóng)網(wǎng)中，部分線路線徑截面小，負(fù)荷重，導(dǎo)致線損率偏高。此外，配電網(wǎng)中還存在相當(dāng)數(shù)量的高耗能配電變壓器，其空載損耗P、短路損耗P、空載電流百分值I%、短路電壓百分比U%等參數(shù)偏大.根據(jù)這些情況，應(yīng)抓緊網(wǎng)架建設(shè)，強(qiáng)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并按配電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，有計(jì)劃、有步驟地分期分批進(jìn)行配電設(shè)施的技術(shù)改造，更換配電網(wǎng)中殘舊線路、小截面線路以及高耗能變壓器。
5.降低輸送電流、合理配置變電器
5.1提高電網(wǎng)的電壓運(yùn)行水平，降低電網(wǎng)的輸送電流。若變電站主變采用有載調(diào)壓方式調(diào)壓，調(diào)壓比較方便，根據(jù)負(fù)荷情況，隨時(shí)調(diào)節(jié)主變壓器的分接開(kāi)關(guān)保證電網(wǎng)電壓處于規(guī)程規(guī)定的波動(dòng)范圍之內(nèi)，最好略為偏高，避免負(fù)荷高峰期電網(wǎng)的電壓水平過(guò)低而造成電能質(zhì)量的下降，同時(shí)也可提高線路末端的電壓，使線路電流下降，從而達(dá)到降損目的，例如：電壓水平從額定值的95%升到105%時(shí)，線路所輸送的電流降低9.5%，電能損耗下降18.2%。
同樣道理，對(duì)于用戶配電變壓器及10kV公用配變，可根據(jù)季節(jié)的變化，在規(guī)程規(guī)定電壓波動(dòng)范圍內(nèi)可合理調(diào)節(jié)配變的分接開(kāi)關(guān)，盡量提高配網(wǎng)的電壓運(yùn)行水平，同樣達(dá)到降損的目的。另外，可根據(jù)負(fù)荷的大小，利用變壓器并列經(jīng)濟(jì)運(yùn)行曲線分析負(fù)荷情況，合理切換，實(shí)行并列運(yùn)行或是一單臺(tái)主變運(yùn)行，減少變電站的主變變損。
5.2提高輸配電網(wǎng)效率的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，就是提高電氣設(shè)備的效率。其中，提高配網(wǎng)變壓器的效率尤其具有重大意義。從節(jié)能的觀點(diǎn)來(lái)看，因?yàn)榕渚W(wǎng)變壓器數(shù)量多，大多數(shù)又長(zhǎng)期處于運(yùn)行狀態(tài)，因此這些變壓器的效率哪怕只提高千分之一，也會(huì)節(jié)省大量電能?；诂F(xiàn)有的實(shí)用技術(shù)，高效節(jié)能變壓器的損耗至少可以節(jié)省15%。
通常在評(píng)價(jià)變壓器的損耗時(shí)，要考慮兩種類型的損耗:鐵芯損耗和線圈損耗。鐵芯損耗通常是指變壓器的空載損耗。因?yàn)樾枰谧儔浩鞯蔫F芯中建立磁場(chǎng)，所以不論負(fù)荷大小如何，它們都會(huì)發(fā)生。線圈損耗則發(fā)生在變壓器的繞組中，并隨負(fù)荷的大小而變化。因此它又被稱為負(fù)荷損耗。
變壓器的空載損耗可以通過(guò)采用鐵磁材料或優(yōu)化幾何尺寸來(lái)減少。增加鐵芯截面積，或減小每一匝的電壓，都可以降低鐵芯的磁通密度，進(jìn)而降低鐵芯損耗。減小導(dǎo)線的截面積，可以縮短磁通路徑，也可以減小空載損耗。降低負(fù)荷損耗有多種方法，比如采用高導(dǎo)通率的線材，擴(kuò)大導(dǎo)線截面積，或用銅導(dǎo)線來(lái)替代鋁導(dǎo)線。采用低損耗的繞組相當(dāng)于縮短了繞組導(dǎo)線的長(zhǎng)度。更小的鐵芯截面積和更少的匝數(shù)，都可以減少線圈損耗。
從以上的分析可見(jiàn)，減少空載損耗可能導(dǎo)致負(fù)荷損耗的增加，反之亦然。因此，降低變壓器的損耗是一個(gè)優(yōu)化的過(guò)程，它涉及物理、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等各方面因素，還要對(duì)變壓器整個(gè)使用壽命周期進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。在大多數(shù)情況下，變壓器的設(shè)計(jì)都要在考慮鐵芯及繞組的材料、設(shè)計(jì)，以及變壓器的業(yè)主總費(fèi)用等各方面因素后，得到一個(gè)折中的方案。合理配置配電變壓器，對(duì)各個(gè)配電臺(tái)區(qū)要定期進(jìn)行負(fù)荷測(cè)量，準(zhǔn)確掌握各個(gè)臺(tái)區(qū)的負(fù)荷情況及發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于負(fù)荷分配不合理的臺(tái)區(qū)可通過(guò)適當(dāng)調(diào)整配電變壓器的供電負(fù)荷，使各臺(tái)區(qū)的負(fù)荷率盡量接近75%，此時(shí)配變處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。
在低壓配電網(wǎng)的規(guī)劃時(shí)，也要考慮該區(qū)的負(fù)荷增長(zhǎng)趨勢(shì)，準(zhǔn)確合理選用配電變壓器的容量，不宜過(guò)大也不宜過(guò)小，避免“大馬拉小車”的現(xiàn)象。另外嚴(yán)格按國(guó)家有關(guān)規(guī)定選用低耗變壓器，對(duì)于歷史遺留運(yùn)行中的高損耗變壓器，在經(jīng)濟(jì)條件許可的情況下，逐步更換為低損耗變壓器，減少配電網(wǎng)的變損，從而提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。
6.降低導(dǎo)線阻抗
隨著城區(qū)開(kāi)發(fā)面積不斷擴(kuò)張，低壓配電網(wǎng)也越來(lái)越大，10kV配電網(wǎng)也不斷延伸，如何規(guī)劃好各個(gè)供電臺(tái)區(qū)的供電范圍將至關(guān)重要，隨著居民生活水平的不斷提高，用電負(fù)荷與日俱增，為了解決0.4kV線路過(guò)長(zhǎng)、負(fù)荷過(guò)重的問(wèn)題，在安全規(guī)程允許的情況下，將10kV電源盡量引到負(fù)荷中心，并且根據(jù)負(fù)荷情況，合理選擇10kV配變的分布點(diǎn)，盡量縮小0.4kV的供電半徑(一般為250m左右為宜)，避免迂回供電或長(zhǎng)距離低壓供電。
目前，研究人員正在研究高溫超導(dǎo)體，用它制成的高溫超導(dǎo)輸電線所能傳輸?shù)碾娔苁瞧胀ㄣ~質(zhì)線材的3到5倍。即使算上用于超導(dǎo)材料冷卻的消耗，采用高溫超導(dǎo)線材的輸電網(wǎng)的損耗,也要遠(yuǎn)小于普通的架空輸電線和電纜。與普通線材的5%到8%的電網(wǎng)損耗相比，采用高溫超導(dǎo)線材的電網(wǎng)損耗僅為0.5%。而且，如果用超導(dǎo)線材替代傳統(tǒng)變壓器繞組中的銅導(dǎo)線，還可以進(jìn)一步降低網(wǎng)損。以一個(gè)100兆瓦變壓器為例，超導(dǎo)線圈變壓器的總損耗(包括線損，鐵耗和線圈冷卻消耗)一般是普通變壓器的65%到70%。
無(wú)論高低壓的線路截面選擇都對(duì)線損影響極大，在規(guī)劃時(shí)要有超前意識(shí)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)好該處在未來(lái)幾年內(nèi)的負(fù)荷發(fā)展，不得因負(fù)荷推測(cè)不準(zhǔn)而造成導(dǎo)線在短期內(nèi)過(guò)載。在準(zhǔn)確推測(cè)負(fù)荷發(fā)展的前提下，按導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)電流密度進(jìn)行選型，并留有一定裕度，以保證配電網(wǎng)處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。
7.降損的管理措施
由管理因素和人的因素造成的線損稱為管理線損。降低管理線損的措施有多種，而定期展開(kāi)線損分析對(duì)于確保取得最佳的降耗目標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益起著非常重要的作用。首先要比較統(tǒng)計(jì)線損率與理論線損率，若統(tǒng)計(jì)線損率過(guò)高，說(shuō)明電力網(wǎng)漏電嚴(yán)重或管理方面存在較多問(wèn)題.其次理論線損率與最佳線損率比較，如果理論線損率過(guò)高就說(shuō)明了電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)或布局不合理，電力網(wǎng)運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)，最后如果固定損耗和可變損耗對(duì)比，若固定損耗所占比例較大，就說(shuō)明了線路處于輕負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，配電變壓器負(fù)荷率低或者電力網(wǎng)長(zhǎng)期在高于額定電壓下運(yùn)行?？傊归_(kāi)定期線損分析工作不僅可找出當(dāng)前線損工作中的不足，指明降損方向，還可以找出電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)電力網(wǎng)運(yùn)行中存在的問(wèn)題，并可以查找出線損升、降的原因，確立今后降損的主攻方向。
降損節(jié)電是復(fù)雜而艱巨的工作，既要從微觀抓好各個(gè)環(huán)節(jié)具體的降損措施，又要從宏觀上加強(qiáng)管理：從上到下建立起有技術(shù)負(fù)責(zé)人參加的線損管理隊(duì)伍，定期進(jìn)行線損分析，及時(shí)制定降損措施實(shí)施計(jì)劃；搞好線損理論計(jì)算工作，推廣理論線損在線測(cè)量，及時(shí)掌握網(wǎng)損分布和薄弱環(huán)節(jié)；制定切實(shí)可行的網(wǎng)損率計(jì)劃指標(biāo)，實(shí)行逐級(jí)承包考核，并與經(jīng)濟(jì)利益掛鉤；搞好電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和電網(wǎng)改造工作，使網(wǎng)絡(luò)布局趨于合理，運(yùn)行處于經(jīng)濟(jì)狀態(tài)；加強(qiáng)計(jì)量管理，落實(shí)有關(guān)規(guī)程。
雖然降低損耗的方式多種多樣，但我們不應(yīng)盲目模仿，而應(yīng)按照具體要求來(lái)采取不同的降損措施。
