降低6kV公用段至400V生活專用盤的線路損耗評估

姜 薇

（上海電力股份有限公司 吳涇熱電廠，上海 200241）

吳涇熱電廠六期項(xiàng)目的3個(gè)400V生活專用盤，承擔(dān)廠用電負(fù)荷越來越多，使得輸電線路上的損耗有所升高，造成生活專用盤的供電電壓明顯降低，有時(shí)甚至低于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電能質(zhì)量供電電壓偏差范圍［1］。特別是夏季用電高峰時(shí)，用電負(fù)荷大幅增加，400V生活專用盤的電壓甚至跌至370V左右，導(dǎo)致一些用電設(shè)備無法正常使用。為此，降低6kV公用段至400V生活專用盤的線路損耗問題，被提上議事日程。

1 至400V生活專用盤線路損耗原因

線路損耗為電阻、電導(dǎo)消耗的有功功率，是以熱能形式散發(fā)的能量損失。無功功率也包含一部分由變壓器鐵心的感性電納、變壓器的銅線繞組的電抗、線路的電抗以磁能形式散發(fā)的能量損失。

400V生活專用盤A由400V輔建A段供電，400V生活專用盤B和專用盤C由400V輔建B段供電，電氣接線方式如圖1所示。

由于使用的電能計(jì)量裝置符合要求且定期檢驗(yàn)合格，加上廠用電管理完善，安全用電意識牢固，不存在違章用電現(xiàn)象，所以排除了因日常管理問題造成線路損耗的原因［2］。由圖1接線方式可以看到，6kV公用段至400V生活專用盤線路損耗，主要包括輔建變以及電纜線路產(chǎn)生的損耗。

2 降低至400V生活專用盤線路損耗方法

2.1 減小線路電流或者電阻

由輸電線路損耗計(jì)算式PL=I2R可以看出，減小輸電線路電流I或者電阻R，可以降低線路損耗。減小輸電線路電流的方法：一是適當(dāng)提高線路電壓，二是提高線路的功率因數(shù)。減小輸電線路電阻的方法：一是將鋁線改為銅線，二是縮短線路長度，三是增大導(dǎo)線截面積。

2.2 降低變壓器損耗

變壓器損耗分為鐵損（空載損耗）和銅損（負(fù)載損耗）兩部分。鐵損對于某一型號變壓器來說是固定的，與負(fù)載電流無關(guān)。銅損與變壓器負(fù)載率的平方成正比。為此，降低變壓器損耗的方法：一是使用鐵損較小的變壓器，二是減小變壓器負(fù)載率。

3 降低線路損耗實(shí)施方案評估

結(jié)合廠用電的日常運(yùn)行狀況，綜合考慮各種降低線路損耗的方法后，最終確定將輔建變B安裝到400V生活專用盤現(xiàn)場，作為就地變壓器（鋪設(shè)6kV動(dòng)力電纜，長500m，連接6kV公用B段），經(jīng)過變壓直接向400V生活專用盤供電，并保留原先電氣接線，作為備用供電方式，確保故障以及檢修時(shí)的正常供電。實(shí)施方案一次接線圖如圖2所示。

3.1 可行性分析

圖2 新方案一次接線圖

由于降低線路損耗方案是將輔建變B拆遷至400V生活專用盤現(xiàn)場，原先400V輔建B段的其它負(fù)荷，經(jīng)輔建A／B段分段開關(guān)由400V輔建A段供電，增加了輔建變A所帶負(fù)荷，需重新計(jì)算輔建變A的負(fù)荷電流。為此，2012年對生活專用盤負(fù)荷電流進(jìn)行記錄，白天為6：00～18：00，夜間為18：00～6：00，每月抽樣記錄5天負(fù)荷電流，取平均值作為月平均負(fù)荷電流。

夏季用電高峰時(shí)段，根據(jù)表1對2012年平均負(fù)荷電流最大月份（8月）白天的數(shù)據(jù)分析，生活專用盤平均負(fù)荷電流為299+284+326=909A。輔建變A、輔建變B低壓側(cè)平均負(fù)荷電流，由抽樣記錄生活專用盤負(fù)荷電流時(shí)記錄，經(jīng)計(jì)算得出平均值：輔建變A低壓側(cè)平均負(fù)荷電流為675A，輔建變B低壓側(cè)平均負(fù)荷電流為650A。

新方案正常運(yùn)行方式下，輔建變A所要負(fù)擔(dān)的電流是原輔建變A低壓側(cè)負(fù)荷電流（675A）加上原輔建變B低壓側(cè)負(fù)荷電流（650A）減去生活專用盤的負(fù)荷電流（909A），結(jié)果為416A。輔建變A（型號為ST-1250／6）由上海變壓器廠生產(chǎn)，其低壓側(cè)額定電流為1 804A。顯然，實(shí)行新方案后輔建變A的低壓側(cè)負(fù)荷電流遠(yuǎn)小于變壓器低壓側(cè)額定電流。

當(dāng)故障或檢修時(shí)，生活專用盤在備用供電方式下運(yùn)行，輔建變A所要負(fù)擔(dān)的最大電流是原輔建變A低壓側(cè)負(fù)荷電流（675A）加上原輔建變B低壓側(cè)負(fù)荷電流（650A），結(jié)果為1 325A，同樣小于變壓器低壓側(cè)額定電流，并留有一定裕度。

表12012 年生活專用盤月平均負(fù)荷電流 A

輔建變A的400V開關(guān)額定電流為1.8kA，實(shí)行新方案后輔建變A的低壓側(cè)負(fù)荷電流在正常運(yùn)行及備用狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，均小于輔建變A的400V開關(guān)額定電流。另外，經(jīng)現(xiàn)場勘察，400V生活專用盤就地有足夠空間可安置1臺變壓器以及新增3個(gè)倉位。

綜上所述，降低6kV公用段至400V生活專用盤線路損耗的實(shí)施方案是可行的。

3.2 線路損耗對比分析

3.2.1 電纜線路損耗計(jì)算

從400V輔建A／B段到生活專用盤電纜長約500m，現(xiàn)有接線由3根400V截面為95mm2的電纜分別向生活專用盤A、B、C供電，新方案只用1根6kV電纜即可向3個(gè)生活專用盤供電（新方案選用的6kV電纜截面為70mm2），減少了3根400V截面為95mm2的電纜損耗，增加了1根6kV截面為70mm2的電纜損耗。根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，計(jì)算生活專用盤年平均負(fù)荷電流如表2所示。

表22012 年生活專用盤年平均電流

單根電纜導(dǎo)線阻值：

式中：R為導(dǎo)線電阻，Ω；ρ為電阻率，Ω·m；L為導(dǎo)線長度，m；S為導(dǎo)線截面積，m2。銅芯電纜電阻率為0.0172 Ω·mm2／m。

由于動(dòng)力電纜是三相的，所以電纜線路損耗以單根電纜損耗的3倍計(jì)算。

1）現(xiàn)有電纜線路損耗

式中：PL為現(xiàn)有生活專用盤總線路損耗；PLA為生活專用盤A線路損耗；PLB為生活專用盤B線路損耗；PLC為生活專用盤C線路損耗。

白天線路損耗：PL=3×（209.52+211.92+238.12）×0.0172×（500／95）=39510.2（W）

夜間線路損耗：PL=3×（47.12+46.52+50.32）×0.0172×（500／95）=1876.8（W）

2）實(shí)行新方案后，預(yù)計(jì)新增6kV電纜線路損耗就地變400V側(cè)電流：

式中：I2L為就地變400V側(cè)電流；ISHA為生活專用盤A電流；ISHB為生活專用盤B電流；ISHC為生活專用盤C電流。

就地變負(fù)載運(yùn)行，已知400V側(cè)（低壓側(cè)）電流，按定義變壓器高壓側(cè)負(fù)載電流與低壓側(cè)電流關(guān)系如下：

式中：I1L為變壓器高壓側(cè)負(fù)載電流，A；N1為變壓器高壓側(cè)繞組匝數(shù)，匝；I2L為變壓器低壓側(cè)電流，A；N2為變壓器低壓側(cè)繞組匝數(shù)，匝［3］。

變壓器變比關(guān)系：

式中：k為變壓器變比；N1／N2為變壓器高低壓繞組匝數(shù)比；U1NΦ／U2NΦ為變壓器高低壓側(cè)額定相電壓比。

就地變高低壓繞組均為星型接法，其高低壓側(cè)額定相電壓比等于額定線電壓比，即：

式中：U1Nl／U2Nl為變壓器高低壓側(cè)額定線電壓比，就地變U1Nl為6 300V，U2Nl為400V。

由式（4）、式（5）、式（6）得：

依據(jù)白天生活專用盤平均負(fù)荷電流I2L=209.5+211.9+238.1=659.5（A），夜間生活專用盤平均負(fù)荷電流I2L=47.1+46.5+50.3=143.9（A），計(jì)算就地變6kV側(cè)電流：白天為I1L=659.5×（400／6300）=41.9（A）；夜間為I1L=143.9×（400／6300）=9.1（A）。

依據(jù)PL=I2RL，RL=ρ（L／S）=0.0172×（500／70）Ω，預(yù)計(jì)電纜線路損耗：

白天線路損耗：=3×41.92×0.0172×（500／70）=647.1（W）

根據(jù)以上計(jì)算，實(shí)施新方案的電纜線路損耗要比原先電纜線路損耗大幅減小。

3.2.2 變壓器損耗分析

新方案將原輔建變B拆遷至400V生活專用盤作為就地變，原400V輔建B段所帶的其它負(fù)荷通過輔建A／B段分段開關(guān)由400V輔建A段供電。由于未新增變壓器，且2臺變壓器所帶總負(fù)荷沒有變化，所以實(shí)施新方案后變壓器的損耗基本不變。

4 新方案經(jīng)濟(jì)效益核算

4.1 成本計(jì)算

1）基建成本：1萬元。新裝變壓器的基礎(chǔ)土建部分以及安全遮攔、網(wǎng)門等設(shè)施。

2）變壓器成本：0元。利用原來的輔建變B。

3）電纜成本：2.45萬元。需鋪設(shè)6kV動(dòng)力電纜，長為500m、截面為70mm2，且使用老廠改造剩余的電纜（單價(jià)為70元／m，折舊費(fèi)按原價(jià)70%計(jì)算）。

4）倉位成本：0元。利用原先400V輔建B段中拆遷的3個(gè)倉位。

5）400V斷路器成本：0元。利用老廠拆卸下來的2臺合格400V斷路器。

綜上所述，實(shí)施新方案后成本預(yù)計(jì)為3.45萬元。

4.2 節(jié)約廠用電計(jì)算

采用新方案后，線路損耗明顯降低，預(yù)計(jì)每年可節(jié)約廠用電178.307MWh。按吳涇熱電廠上網(wǎng)電價(jià)成本0.4773元／kWh計(jì)算，每年約可節(jié)約廠用電費(fèi)8.5萬元。

4.3 提高廠用電能質(zhì)量

根據(jù)2012年8月份生活專用盤平均負(fù)荷電流數(shù)據(jù)，ISHA=299A，ISHB=284A，ISHC=326A，RL=0.0172×（500／95）Ω，計(jì)算現(xiàn)有接線在夏季用電高峰時(shí)400V生活專用盤的電壓：

采用新方案后，在相同負(fù)荷狀況下，就地變400V側(cè)的電流I2=ISHA+ISHB+ISHC=909（A）；依據(jù)式（7），就地變6kV側(cè)的電流I1=909×（400／6300）=57.7（A）。依據(jù)U1=6 300V，I1=57.7（A），R＇=0.0172×（500／70）Ω，最終得到400V生活專用盤電壓 USH=（U1-I1R＇）／k=399.5V。

通過計(jì)算可知，采用新方案后，即使在用電高峰時(shí)，400V生活專用盤電壓依然保持在400V額定電壓附近。400V段電壓控制在±7%范圍內(nèi)［1］，在原先接線狀況下400V生活專用盤最大偏差為（370.5-400）／400×100%=-7.38%，超出了合格范圍。新方案中400V生活專用盤最大偏差為（399.5-400）／400×100%=-0.13%，比原先接線的電壓偏差減小了7.25%，大幅提高了廠用電能質(zhì)量，確保了廠用電設(shè)備的正常使用。

5 結(jié)語

通過探究降低6kV公用段至400V生活專用盤線路損耗的評估，闡述了實(shí)施降損方案后會(huì)有效降低廠內(nèi)配電線路的損耗。經(jīng)過一系列的節(jié)能計(jì)算，得出在減少廠用電的同時(shí)，可以產(chǎn)生相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。隨著廠用電設(shè)備的增加和節(jié)能挖潛，降低線路損耗的收益會(huì)更加突出，節(jié)能增效的意義也會(huì)更加深遠(yuǎn)。

［1］ GB／T 12325—2008電能質(zhì)量供電電壓偏差［S］.

［2］ 鄒寧.淺議降低線路損耗的方法及措施［J］.機(jī)電信息，2012（9）：176.

［3］ 胡虔生，胡敏強(qiáng).電機(jī)學(xué)［M］.北京：中國電力出版社，2005.