淺談如何降低線損的方法和措施

【摘要】本文從降低電網(wǎng)線損的角度展開論述，從線損的類型、產(chǎn)生線損的成因等進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，探討了通過(guò)電網(wǎng)重構(gòu)的方式來(lái)尋找電網(wǎng)最小線損的運(yùn)行方式，該方式對(duì)于降低線損的理論研究可進(jìn)一步深化。此外，還概括了當(dāng)前實(shí)踐基礎(chǔ)上證明可行的降低線損的有效措施，可為電網(wǎng)控制線損提供參考。

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng)；電網(wǎng)重構(gòu)；線損；措施

1.概述

線損是指電能在電網(wǎng)傳輸中所產(chǎn)生的有功損失、無(wú)功損失和電壓損失，狹義上一般把有功損失稱為線損。在電力企業(yè)的分類方法中，主要將線損分按其損耗特點(diǎn)和損耗的性質(zhì)兩大類。

其中，按照損耗特點(diǎn)來(lái)分，可分為固定損耗（如變壓器、互感器、電暈損耗等）和可變損耗（如變壓器繞組中的損耗、線路損耗等）。按損耗性質(zhì)分，可分為理論線損）可通過(guò)理論計(jì)算得到的線損）和管理線損。

由上述線損的分類情況可見，線損的本質(zhì)是電網(wǎng)中的電能損耗。要降低線損，就應(yīng)當(dāng)對(duì)電網(wǎng)中電能損耗的構(gòu)成進(jìn)行必要的分析，找出導(dǎo)致線損的主要成因，才能有針對(duì)性的制定措施來(lái)降低線損。根據(jù)長(zhǎng)期的實(shí)踐和理論分析，在電網(wǎng)中產(chǎn)生線損的主要成因有以下幾大類：①變壓器中的損耗（主要發(fā)生在鐵芯和繞組）；②架空線路和電纜線路電阻的損耗；③電暈損耗；④電抗器所產(chǎn)生的損耗；⑤架空線路絕緣子表面泄露損耗和介質(zhì)損耗；⑥接線戶電阻中的損耗；⑦互感器、各類電表中的損耗；⑧無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備中的有功損耗。以上八類損耗占據(jù)了線損的絕大部分比例。有上述統(tǒng)計(jì)可見，要降低線損，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有非常重要的意義，在電網(wǎng)的規(guī)劃階段通過(guò)整體合理布局，對(duì)負(fù)荷中心、線路布局、供電半徑、導(dǎo)線截面選擇、配電變壓器選型、調(diào)節(jié)線路電壓控制、功率因素等技術(shù)措施的優(yōu)化和組合配置，能夠有效的降低線損。在后文中，將分類討論降低線損的措施。

2.電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的角度降低線損

2.1 電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的內(nèi)涵

從產(chǎn)生線損的成因可見，電網(wǎng)的構(gòu)成對(duì)于線損的產(chǎn)生具有重要影響。因此優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的運(yùn)行方式是降低線損的重要手段。通過(guò)對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和重構(gòu)，除了能夠降低損耗，還能提高電網(wǎng)的可靠性。電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的本質(zhì)是在滿足供電需求的前提下，通過(guò)對(duì)電網(wǎng)中的操作聯(lián)絡(luò)開關(guān)和分段開關(guān)的控制來(lái)改變?cè)械碾娋W(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移，從而可以控制電網(wǎng)運(yùn)行的特定指標(biāo)。通過(guò)電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)來(lái)降低線損的運(yùn)行方式，是基于電網(wǎng)中現(xiàn)有的大量分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)，是以改變網(wǎng)絡(luò)中的潮流分布的方式來(lái)尋找最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)損耗運(yùn)行組合。顯然，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)能夠形成數(shù)量龐大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，當(dāng)選擇電網(wǎng)線損最小為優(yōu)化目標(biāo)時(shí)，便可從大量的備選網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中選出最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2.2 優(yōu)化目標(biāo)和約束條件

從降低電網(wǎng)線損的角度出發(fā)，電網(wǎng)重構(gòu)顯然應(yīng)以降低電網(wǎng)線損作為優(yōu)化目標(biāo)，從大量的備選電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中選出滿足約束條件的方案。以電網(wǎng)線損最小為目標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)可表示為：

其中，N為電網(wǎng)中的支路集合，ki為支路i的開關(guān)邏輯狀態(tài)，ri為支路i的電阻，Ii為支路i經(jīng)過(guò)的電流。以上以電網(wǎng)線損最小為目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式并不復(fù)雜，但電網(wǎng)的安全運(yùn)行是一個(gè)非常強(qiáng)的前提條件，因此在進(jìn)行電網(wǎng)的優(yōu)化重構(gòu)時(shí)，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格制定約束條件。筆者認(rèn)為，至少應(yīng)滿足以下基本的約束條件，必要時(shí)可進(jìn)一步增加約束條件來(lái)確保電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性可靠性。電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的約束條件至少應(yīng)包含：①結(jié)構(gòu)性約束，結(jié)構(gòu)性約束是指在尋找滿足目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)滿足電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的輻射狀要求；②電網(wǎng)中各個(gè)之路的電流和各節(jié)點(diǎn)處的電壓應(yīng)在正常運(yùn)行范圍內(nèi)，不應(yīng)超過(guò)最大電流幅值和電壓上下限；③各支路上的容量約束應(yīng)滿足條件，即支路上的實(shí)際傳輸功率應(yīng)不超過(guò)該支路上的最大允許傳輸功率。

在求解上述目標(biāo)函數(shù)時(shí)，應(yīng)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層次分析，在此基礎(chǔ)上計(jì)算各線路的潮流和線損，從而可計(jì)算出特定的某個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的線損。在進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算時(shí)，可通過(guò)群體優(yōu)化算法，如粒子群、遺傳算法等來(lái)進(jìn)行。

3.電力網(wǎng)降低線損的其他措施

上述通過(guò)改變電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方式來(lái)尋找最小線損的方式是從整體角度和承認(rèn)當(dāng)前各個(gè)設(shè)備單獨(dú)線損率的方法。應(yīng)當(dāng)承認(rèn)，通過(guò)這種方法實(shí)際上存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)性，因?yàn)楫吘箖?yōu)化模型中的所考慮的約束條件是否足夠完備值得商榷，而且能否將優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)付諸實(shí)施也在一定程度上面臨實(shí)踐上的問(wèn)題。因此接下來(lái)本文將探討一些可行的、對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行相對(duì)較小但仍可降低線損的措施。

3.1 管理措施

線損率是電力企業(yè)的一項(xiàng)綜合性技術(shù)指標(biāo)。實(shí)踐表明，通過(guò)完善管理制度，也能夠在一定程度上控制線損率。主要集中在對(duì)電表等計(jì)量裝置的管理和配置、配變臺(tái)區(qū)各路出線漏電保護(hù)器的運(yùn)行維護(hù)等方面。

3.2 技術(shù)措施

（1）升壓改造降低線損

從物理的角度看，在電網(wǎng)輸送負(fù)荷不變的情況下，線損和輸送電壓的平方成反比。升壓前后的電壓之比越大，升壓后所產(chǎn)生的線損降低效果越明顯，升壓后的降低負(fù)載損耗百分率如下式所示：

上式中UN1表示升壓前的額定電壓，UN2為升壓后的額定電壓，計(jì)算表明，升壓的幅度越大，降低負(fù)荷損耗的效果越顯著，對(duì)于常見的110kV電網(wǎng)，從110kV升至220kV后負(fù)荷損耗降低的百分比可達(dá)到75%。

（2）調(diào)整運(yùn)行電壓來(lái)降低線損

調(diào)整運(yùn)行電壓指通過(guò)調(diào)整發(fā)電機(jī)端電壓和變壓器分接頭，在母線上投切電容器及調(diào)相機(jī)調(diào)壓等手段，在保證電壓質(zhì)量的基礎(chǔ)上適度地調(diào)整。這一調(diào)整方式的理論依據(jù)是電網(wǎng)中的有功損耗與運(yùn)行電壓的平方成反比關(guān)系，增加或降低運(yùn)行電壓取決于電網(wǎng)的負(fù)載損耗和空載損耗的比率。經(jīng)驗(yàn)表明，負(fù)載損耗和空載損耗的比率大于1.02時(shí)，提高運(yùn)行電壓有助于降低線損，反之，當(dāng)該比率效率0.98時(shí)，降低運(yùn)行電壓有助于降低線損。

（3）控制電流密度來(lái)降低線損

在電網(wǎng)運(yùn)行中，利用經(jīng)濟(jì)電流密度來(lái)控制線損也是可行的方式。經(jīng)濟(jì)電流密度和導(dǎo)線材料以及最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)有關(guān)，具體計(jì)算可參考有關(guān)文獻(xiàn)。

（4）增加并行線路來(lái)降低線損

通過(guò)增加并行線路來(lái)降低線損，可以有3種基本的方式，一是通過(guò)增加等截面、等距離線路的并列運(yùn)行、二是通過(guò)在原到線上增加一條不等截面導(dǎo)線、三是大導(dǎo)線截面或改變線路遷回供電。

（5）通過(guò)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行來(lái)控制線損

通過(guò)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行主要是指主變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在制定主變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式時(shí)，應(yīng)考慮主變壓器的類型，以及空載損耗、負(fù)載損耗、總額定容量、單臺(tái)變壓器的額定容量、單臺(tái)變壓器的額定短路損耗等因素。對(duì)不同類型的變壓器，其經(jīng)濟(jì)負(fù)荷都可以通過(guò)公式計(jì)算得到，可參考有關(guān)文獻(xiàn)。

（6）降低配電變壓器電能損耗

由于配電變壓器的損耗是配電網(wǎng)絡(luò)損耗的主要組成部分，因此降低配電變壓器電能損耗是控制線損的有效手段之一。主要可以考慮的措施是選用低損耗的配電變壓器、加裝抵押電容器、合理配置配電變壓器的容量等措施來(lái)控制其損耗。

4.結(jié)語(yǔ)

降低線損是電網(wǎng)運(yùn)行中的重要問(wèn)題之一，值得深入研究和進(jìn)一步實(shí)踐。本文從理論和實(shí)踐的角度，分別提出了通過(guò)電網(wǎng)重構(gòu)控制線損，并概括了其他實(shí)踐證明有效的降低線損的方法。在后續(xù)的研究中，應(yīng)重視從電網(wǎng)角度控制線損的研究方法，追求在盡量不增加成本的情況下控制線損。

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