配電網(wǎng)節(jié)能降耗的分析研究

肖浩慶

【摘 要】配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中功率消耗的主要部分，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的節(jié)能降耗具有非常重要的意義。本文首先從輸電線、變壓器、電網(wǎng)運(yùn)行因素三方面分析了配電網(wǎng)網(wǎng)損產(chǎn)生的機(jī)理。接著，根據(jù)我國(guó)電網(wǎng)現(xiàn)狀，淺談了當(dāng)前配電網(wǎng)節(jié)能降損存在的主要難點(diǎn)。最后，有針對(duì)性地提出了節(jié)能降損對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng)；節(jié)能降損；機(jī)理；對(duì)策

0.引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電力負(fù)荷和電網(wǎng)容量的迅速增加，電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題日益受到電力部門的重視。電能損耗作為供電企業(yè)的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，綜合反映了電網(wǎng)規(guī)劃、運(yùn)行、經(jīng)營(yíng)管理、生產(chǎn)技術(shù)管理水平。在目前能源短缺的形勢(shì)下，利用科學(xué)方法降低電網(wǎng)電能損耗，發(fā)展配電網(wǎng)節(jié)能技術(shù)，對(duì)提高供電企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能工作的發(fā)展具有十分重要的意義。

1.配電網(wǎng)網(wǎng)損產(chǎn)生機(jī)理分析

1.1輸電線損耗

網(wǎng)架是配電網(wǎng)的重要部分，是連接變電站和配電及用戶的唯一渠道。而網(wǎng)架中最重要的成分是輸電導(dǎo)線，電力線路最簡(jiǎn)單的模型是連接兩節(jié)點(diǎn)間的一條阻抗支路。設(shè)R+jX為線路阻抗，P+jQ為節(jié)點(diǎn)j負(fù)荷的一相功率。

通過線路輸送的負(fù)荷在線路電阻電抗上產(chǎn)生的功率損耗就是線路的功率損耗：

△S=△P+j△Q=3I（R+jX）=（R+jX）

當(dāng)負(fù)荷較重時(shí)，線路損耗占總損耗的大部分，采用正確的措施有效地降低線路損耗是十分必要的。

1.2變壓器損耗

在配網(wǎng)計(jì)算中，雙繞組變壓器近似等值電路通常是將二次繞組的電阻和漏抗折算到一次繞組側(cè)并和一次繞組的電阻和漏抗合并，用等值阻抗RT+jXT來表示；變壓器的勵(lì)磁支路一般前移到電源側(cè)，用等值導(dǎo)納GT-jBT來表示，變壓器的功率損耗如下式所示：

△P=R+UG

△Q=X+UB

△S=△P+j△Q

從上面的式子可以看出，變壓器的有功損耗和無功損耗都是由兩部分組成，一部分為與負(fù)荷無關(guān)的分量，另一部分是與通過負(fù)荷的電流平方成正比的損耗。

1.3運(yùn)行因素

除了線路損耗和變壓器損耗外，電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)變化也會(huì)產(chǎn)生附加損耗，這些附加損耗主要包括：

（1）三相不平衡造成的附加損耗。低壓配網(wǎng)普遍采用三相四線制供電方式，由于單相負(fù)荷的接入及其開關(guān)的隨意性，配電網(wǎng)三相不平衡狀況不同程度的存在，而且不平衡度越大，損耗越嚴(yán)重。

（2）負(fù)荷分布不均衡造成的附加損耗。對(duì)于不同的配電線路，當(dāng)各配電線路參數(shù)一致時(shí)，即電流（負(fù)荷）均勻分布時(shí)，各線路損耗之和最小。這同時(shí)也說明，當(dāng)負(fù)荷分布不均勻時(shí)，必將產(chǎn)生一定的附加損耗。

（3）設(shè)備老化、接觸不良造成的附加損耗。配電變壓器、線路、開關(guān)、電容器等設(shè)備老化貨接觸不良將導(dǎo)致電網(wǎng)的等值電阻增大，從而導(dǎo)致配電網(wǎng)損耗增大。

還有其他因素，例如諧波損耗等，這里不一一列舉。

2.配電網(wǎng)節(jié)能降耗難點(diǎn)

2.1負(fù)荷密度大，發(fā)展速度過快

以惠陽淡水鎮(zhèn)為例。淡水面積為83km2，2013年最大負(fù)荷達(dá)到25萬KW，從節(jié)能降耗的角度來看，這種大密度用電負(fù)荷需要更多的變電站布點(diǎn)、更多的出線間隔、更多的線路（電纜）走廊。但由于受到土地資源約束和城鎮(zhèn)規(guī)劃的局限，目前要進(jìn)一步增加變電站布點(diǎn)、出線間隔和走廊難度極大。如何解決配電網(wǎng)的空間需求是目前最為頭痛的難題。

2.2配變無功補(bǔ)償最佳容量難以確定

配變低壓無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償是降低配網(wǎng)有功損耗的有效措施，目前惠陽新增200kVA及以上的公用變壓器均要求進(jìn)行無功補(bǔ)償。然而無功補(bǔ)償?shù)姆纸M容量和總?cè)萘康拇_定是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的優(yōu)化問題，與配變?nèi)萘?、?fù)荷曲線、功率因數(shù)等因素密切相關(guān)，并涉及到電壓水平問題。目前對(duì)所有配變均按30%容量左右來配置補(bǔ)償容量不盡合理，造成部分補(bǔ)償度不足、部分補(bǔ)償容量過剩浪費(fèi)的情況，且電壓合格率還有提升空間。另外，無功補(bǔ)償如何分組未能結(jié)合各配變負(fù)荷的實(shí)際，造成無功補(bǔ)償效率較低、降損效果遠(yuǎn)達(dá)不到理論估算值。

2.3電網(wǎng)運(yùn)行管理落后，強(qiáng)調(diào)安全運(yùn)行，忽視經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

配電線路的管理損失，指的是供電企業(yè)在安全生產(chǎn)、合理調(diào)度及市場(chǎng)營(yíng)銷過程中造成的電能損失，如計(jì)算設(shè)備誤差，抄表核算過程中漏抄、錯(cuò)抄、錯(cuò)算及竊電等產(chǎn)生的損失。

安全運(yùn)行是電網(wǎng)運(yùn)行的主要前提和目標(biāo)，但在目前的電網(wǎng)管理中，往往是犧牲電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性來換取電網(wǎng)的安全性。其實(shí)，在科學(xué)發(fā)展觀的背景下，提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性是非常迫切的要求。

2.4電力設(shè)備老化

變壓器作為電力生產(chǎn)過程的主要設(shè)備，其數(shù)量多，容量大。但是仍然在運(yùn)行的高損耗變壓器還占有相當(dāng)大的比重。由于配電變壓器容量和實(shí)際用電負(fù)荷不匹配，配電變壓器沒有運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)區(qū)。一些配電變壓器三相負(fù)荷不平衡，中性點(diǎn)發(fā)生偏移。這些因素都造成配電網(wǎng)損耗偏大。

3.配電網(wǎng)節(jié)能降耗對(duì)策

3.1降低變壓器損耗

（1）變壓器降耗改造。變壓器數(shù)量多、容量大，總損耗不容忽視。因此降低變壓器損耗是勢(shì)在必行的節(jié)能措施。若采用非晶合金鐵芯變壓器，具有低噪音、低損耗等特點(diǎn)，其空載損耗僅為常規(guī)產(chǎn)品的五分之一，且全密封免維護(hù)，運(yùn)行費(fèi)用極低。因此，應(yīng)在輸配電項(xiàng)目建設(shè)環(huán)節(jié)中推廣使用低損耗變壓器。

（2）變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指在傳輸電量相同的條件下，通過擇優(yōu)選取最佳運(yùn)行方式和調(diào)整負(fù)載，使變壓器電能損失最低。變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行無需投資，只要加強(qiáng)供、用電科學(xué)管理，即可達(dá)到節(jié)電和提高功率因數(shù)的目的。每臺(tái)變壓器都存在有功功率的空載損耗和短路損耗，無功功率的空載損耗和額定負(fù)載損耗。變壓器的容量、電壓等級(jí)、鐵芯材質(zhì)不同，故上述參數(shù)各不相同。因此變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就是選擇參數(shù)好的變壓器和最佳組合參數(shù)的變壓器運(yùn)行。

3.2增大導(dǎo)線截面

選擇大截面導(dǎo)線可以降低線路阻抗，從而在輸送負(fù)荷不變的情況下實(shí)現(xiàn)降損節(jié)能。比如，一個(gè)二級(jí)城市的主干線線路截面可參考以下原則選型：架空線的主干線截面為240mm2，次干線選用150mm2，分支線選用70mm2；電纜主干線截面為300mm2，次干線截面為150mm2。

3.3電網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化

城市電網(wǎng)可通過合理的電網(wǎng)規(guī)劃來降低損耗，綜合考慮近、遠(yuǎn)期地區(qū)負(fù)荷密度和電源的受電通道等情況，因地制宜的建設(shè)高壓配電網(wǎng)。

在電網(wǎng)規(guī)劃中調(diào)整電網(wǎng)的運(yùn)行方式，不同的運(yùn)行方式對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)的不同負(fù)荷水平，隨著系統(tǒng)負(fù)荷的周期性變動(dòng)，功率損耗也會(huì)有很大的不同，因此應(yīng)根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)的結(jié)果重構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；有效利用并合理分配現(xiàn)有變壓器及線路容量，并根據(jù)負(fù)荷水平動(dòng)態(tài)調(diào)（下轉(zhuǎn)第8頁）（上接第6頁）整運(yùn)行方式，使設(shè)備運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷水平，這對(duì)降低設(shè)備的功率損耗也有顯著效果。

3.4電網(wǎng)無功配置優(yōu)化

大量無功電流在電網(wǎng)中會(huì)導(dǎo)致線路損耗增大，變壓器利用率降低，用戶電壓跌落。無功補(bǔ)償是利用技術(shù)措施降低線損的重要措施之一，在有功功率合理分配的同時(shí)，做到無功功率的合理分布。無功優(yōu)化的目的是通過調(diào)整無功潮流的分布降低網(wǎng)絡(luò)的有功功率損耗，并保持最好的電壓水平，無功優(yōu)化補(bǔ)償一般有配電線路最優(yōu)補(bǔ)償和配電變壓器低壓側(cè)最優(yōu)補(bǔ)償。由電能損耗公式可知，當(dāng)線路或變壓器輸送的有功功率和電壓變小時(shí)，線損與功率因數(shù)的平方成反比。功率因數(shù)越低電網(wǎng)所需無功就越多，線損就越大。因此，在受電端安裝無功補(bǔ)償裝置，可減少負(fù)荷的無功功率損耗。

4.結(jié)語

近年來我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，伴隨著負(fù)荷也持續(xù)快速上升，電網(wǎng)建設(shè)與改造相對(duì)滯后，特別是配電網(wǎng)中許多線路，線損偏高，因此推進(jìn)配電網(wǎng)節(jié)能降耗改造勢(shì)在必行。 [科]

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