城鄉(xiāng)電網(wǎng)線損的溯源與管理

張子惠 廖乾國(guó) 張瑞雨 王靜波

摘要：目前我國(guó)低壓線損率或臺(tái)區(qū)線損率較高約為4%，造成大量能源損失，本文從電網(wǎng)設(shè)計(jì)到負(fù)荷側(cè)需求側(cè)管理，對(duì)以前的模式做了顛覆性變更。經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，能將臺(tái)區(qū)線損率降到2%，能將目前的10千伏線損率下降至少0.5%，達(dá)到降損節(jié)能的目的。

關(guān)鍵詞：臺(tái)區(qū)線損;低壓線損;降損節(jié)能;電網(wǎng)設(shè)計(jì);負(fù)荷側(cè)需求側(cè)

我國(guó)的電網(wǎng)公司現(xiàn)在的線損管理是在不斷進(jìn)步的。我國(guó)的城鄉(xiāng)電網(wǎng)供電最終端的也是最常見的就是0.4kV電網(wǎng)和10kV電網(wǎng)。但是，目前的線損率數(shù)據(jù)仍然居高不下。以國(guó)家電網(wǎng)公司下屬的一個(gè)省公司國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司為例，其下屬的5個(gè)地市公司低壓線損率目前大約在3.7%—4.5%之間。冀北公司所轄43個(gè)縣公司中，只有個(gè)別的縣公司0.4kV線損率每月數(shù)值偶爾會(huì)達(dá)到2%以下。設(shè)想把0.4kV線損率管理到2%以下。設(shè)想把0.4kV線損率管理到2%以下，創(chuàng)造的效益以市級(jí)供電公司（含下屬縣公司）為例，臺(tái)區(qū)電量估算每年180MkWh，合計(jì)效益大約在每年9000萬(wàn)元，達(dá)到降損節(jié)能的目的。

想要做好線損管理工作，必須從線損的產(chǎn)生開始來(lái)研究，需從一個(gè)臺(tái)區(qū)或者一條線路的設(shè)計(jì)理念、電網(wǎng)架設(shè)、維修管理三個(gè)方面來(lái)論述這個(gè)問題。

一、第一方面：電網(wǎng)設(shè)計(jì)理念

電網(wǎng)設(shè)計(jì)理念的進(jìn)步以及可以得到的預(yù)期目標(biāo)，設(shè)計(jì)理念和電網(wǎng)架設(shè)是線損管理的源頭治理工作，對(duì)于線損管理非常重要。一個(gè)0.4kV供電臺(tái)區(qū)的誕生，主要是因?yàn)橛秒娦枨蠡蛞?guī)劃。線損管理工作中，最為重要的環(huán)節(jié)就是電網(wǎng)布局設(shè)計(jì)，而這一環(huán)節(jié)完成后再要修改就會(huì)造成較大的浪費(fèi)?，F(xiàn)存的電網(wǎng)設(shè)計(jì)存在問題分以下幾方面：（1）在電網(wǎng)布局設(shè)計(jì)中，通常使用的原則是便于施工原則比效益管理原則更有優(yōu)先權(quán)，但這種做法會(huì)導(dǎo)致以下問題：城鄉(xiāng)電網(wǎng)布局設(shè)計(jì)有一定的缺陷。以目前0.4kV電網(wǎng)為例，變壓器的安裝位置，為了施工方便或者占地原因，配變安裝位置有30%左右不在負(fù)荷中心，往往忽略此臺(tái)區(qū)只要建成則使用幾十年甚至上百年，日積月累將因此造成大量電能損失，按照全國(guó)模型估算大約在幾十億kWh/年。（2）電網(wǎng)設(shè)計(jì)預(yù)留額度較小。以現(xiàn)在的0.4kV和10kV電網(wǎng)為例，電網(wǎng)設(shè)計(jì)預(yù)留額度小，交叉迂回，沒有遠(yuǎn)景規(guī)劃，沒有需求側(cè)預(yù)留容量，施工采用就近方便原則而不是負(fù)荷管理效益管控原則;（3）電網(wǎng)載荷管理存在一些漏洞。目前的供電模式很少考慮負(fù)荷與設(shè)備的匹配，沒有設(shè)計(jì)輕載重載負(fù)荷的三相就地平衡，只是提供了電力供應(yīng)，缺乏供電過程中和供電后的降低損耗問題。

本文提出一種電網(wǎng)布局理念和技術(shù)，解決降損節(jié)能的問題，大規(guī)模降低低壓線損率至2%以下（以下的設(shè)計(jì)技術(shù)不包含特殊臺(tái)區(qū)，比如一個(gè)臺(tái)區(qū)載荷幾戶或者邊遠(yuǎn)山區(qū)等非普通臺(tái)區(qū)及特殊10kV電網(wǎng)）;10kV線損率至少降低0.5%。

在0.4kV電網(wǎng)設(shè)計(jì)中的引入線損管理理念：

第一步，合區(qū)配變選址。這個(gè)問題在篇首已經(jīng)闡明，合區(qū)配變應(yīng)安裝在負(fù)荷中心或接近。

第二步，電網(wǎng)設(shè)計(jì)容量理念延伸。（1）過去一般按照負(fù)荷增長(zhǎng)預(yù)估10年設(shè)計(jì)，增長(zhǎng)率按照5%每年計(jì)算。按實(shí)際情況，應(yīng)該按照負(fù)荷增長(zhǎng)預(yù)估20年設(shè)計(jì)。（2）每年的增長(zhǎng)率最低應(yīng)該是8%（和我國(guó)GDP增長(zhǎng)靠近）。（3）增長(zhǎng)率是按照復(fù)利計(jì)算，而不是現(xiàn)在的算法：

設(shè)計(jì)負(fù)荷功率/當(dāng)前負(fù)荷=（1+5%×10）=150%，

按復(fù)利計(jì)算修正算法，應(yīng)該是：

設(shè)計(jì)負(fù)荷功率/當(dāng)前負(fù)荷=（1+8%）20=466%

還需要注意：（1）按照當(dāng)?shù)貙?shí)際經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率適當(dāng)調(diào)整。（2）必須考慮電網(wǎng)末梢的預(yù)留需求側(cè)負(fù)荷。

比如，過去有的荒地不需要水利，而隨著社會(huì)進(jìn)步可能開墾了荒地需要澆地;過去不通道路的地方也可能變成商業(yè)街。這些都需要預(yù)留容量。

第三步，實(shí)現(xiàn)任何一個(gè)計(jì)量點(diǎn)的負(fù)荷就地平衡，不論是單相的還是三相的都需平衡，以便實(shí)現(xiàn)負(fù)荷側(cè)電流自計(jì)量表箱開始向電源側(cè)逐漸平衡。類似于匯流成海的順序，從計(jì)量表箱電源線開始，分支線、支線、干線、配變二次線的每條相線、每段電網(wǎng)的細(xì)分平衡。優(yōu)先原則就是舍近求遠(yuǎn)，即遠(yuǎn)端負(fù)荷平衡優(yōu)先權(quán)高于近端，不能實(shí)現(xiàn)良好平衡的取靠近計(jì)量點(diǎn)加減，或者靠近的分支線、支線調(diào)整。目的就是追求三相負(fù)荷無(wú)限接近絕對(duì)平衡，這樣會(huì)造成零線電流最小，實(shí)現(xiàn)線損最低，和理論計(jì)算值的差距限制在±0.5%之內(nèi)或更小。

在這個(gè)步驟中，每根電桿引下計(jì)量表箱電源線有兩種方案：第一種是全部三相電源和零線一起引下;第二種是居民單相負(fù)荷只是引下一根相線，如果有三相動(dòng)力再重新引下三相相線作為電源線。

下面從低壓電網(wǎng)計(jì)量點(diǎn)的電源引線的投資效益比的角度論證一下兩種方案。假設(shè)某臺(tái)區(qū)有50個(gè)居民表箱，其中20個(gè)三相動(dòng)力戶，電桿按照10米計(jì)算：按照第一方案設(shè)計(jì)，需要電源引下線50×4×10=2000米;按照第二方案設(shè)計(jì)，需要電源引下線大約為（50×2+20×4）×10=1800米。

投資差值大約為2000-1800=200米。這樣的投資差值在投資幾萬(wàn)或十幾萬(wàn)的臺(tái)區(qū)電網(wǎng)里幾乎可以忽略不計(jì)。

假設(shè)這個(gè)臺(tái)區(qū)每月供電20000kWh，按照第一方案按照2%、第二方案線損在4%來(lái)計(jì)算，每月節(jié)省400kWh，按鋁線計(jì)算，2個(gè)月收回投資差值。以此臺(tái)區(qū)改造周期20年計(jì)算，可節(jié)省電能為240×400kWh/月=96000kWh，約48000元。

可進(jìn)一步提出，直接用銅線做引線也是更有經(jīng)濟(jì)性。銅線雖然占用資金大，但是按照銅線節(jié)能和重復(fù)使用性價(jià)比高計(jì)算，更加能創(chuàng)造效益。

經(jīng)過以上論證得出結(jié)論：第一種方案最優(yōu)，并且最好是用銅電源線引下，進(jìn)入表箱后安裝一個(gè)分線開關(guān)（可加封印的），可以同時(shí)給予單相照明負(fù)荷和三相動(dòng)力負(fù)荷供電，如果三相動(dòng)力負(fù)荷過大則采用獨(dú)立電源引線供電，至于負(fù)荷分配采用就地平衡原則，也就是居民表箱內(nèi)按每戶的負(fù)載容量均衡分配于ABC三相，若有三相動(dòng)力同時(shí)考慮進(jìn)去。

比較兩種方案，第一種方案的優(yōu)點(diǎn)明顯：（1）三相負(fù)荷就地平衡，降損節(jié)能;（2）如果該供電桿塔有三相動(dòng)力，那么更加節(jié)約成本，和動(dòng)力戶數(shù)正相關(guān);（3）如果沒有三相動(dòng)力戶則預(yù)留了三相四線供電電源，可預(yù)留臨時(shí)三相用電電源;（4）可以安裝臨時(shí)考核表，利于反竊電和查處漏電;（5）利于安裝就地?zé)o功補(bǔ)償設(shè)備，以便于大型三相動(dòng)力戶的力率提升，有助于降損節(jié)能;（6）投資效益比非常高。

第一種引線方式尤其適用于城區(qū)、城鄉(xiāng)結(jié)合部和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的農(nóng)村。但目前的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)絕大多數(shù)的電源引下線都是第二種方案。建議新建改建臺(tái)區(qū)采取第一種方案，老舊臺(tái)區(qū)在農(nóng)網(wǎng)五期改造時(shí)采取上述方案，這可以給國(guó)家創(chuàng)造巨額效益，并且節(jié)省大量能源。

第四步，改變低壓電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。（1）改變?cè)械囊粭l胡同一支線供電，變?yōu)閮蓷l胡同一支線供電，把電網(wǎng)的樹形結(jié)構(gòu)改變?yōu)轸~骨形（也就是對(duì)生葉序形狀）結(jié)構(gòu)。這可以把低壓電網(wǎng)的分支線減少一半，臺(tái)區(qū)線損在2%基礎(chǔ)上再降低30%達(dá)到1.5%以下。（2）實(shí)現(xiàn)計(jì)量點(diǎn)數(shù)量不變，表箱密度減少一倍，利于管理和調(diào)載。（3）改變單一的前門口跨院進(jìn)線結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了負(fù)載優(yōu)化平衡。

二、第二方面：電網(wǎng)架設(shè)的設(shè)計(jì)理念引入

電網(wǎng)架設(shè)的設(shè)計(jì)理念應(yīng)引入負(fù)荷側(cè)管理和需求側(cè)管理理念，并且可以得到預(yù)期效益。在本文提出的方案中，預(yù)留了未來(lái)的需求側(cè)負(fù)荷，同時(shí)跟進(jìn)負(fù)荷側(cè)管理。為了滿足低壓電網(wǎng)的功率因數(shù)需求，可以依據(jù)桿塔計(jì)量點(diǎn)下所載負(fù)荷功率因數(shù)安裝自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置，進(jìn)行三相分相控制、全部自動(dòng)補(bǔ)償，就地解決無(wú)功功率消耗電能問題。這樣不僅從最末的用戶端解決了無(wú)功補(bǔ)償問題，也同時(shí)做了降損節(jié)能工作，而且對(duì)于降低臺(tái)區(qū)線損率有很大作用。

但是，同時(shí)注意低壓電網(wǎng)載荷過多或過少問題。新裝臺(tái)區(qū)就幾戶十幾戶，無(wú)視配變的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和空載低載損耗，也在一定程度上造成了資源占用和能源浪費(fèi)。臺(tái)區(qū)建成后，需要對(duì)線損率進(jìn)行實(shí)際監(jiān)測(cè)、優(yōu)化、驗(yàn)收、歸口管理。以往的模式是由供電所、電力站、營(yíng)業(yè)站自行粗糙設(shè)計(jì)，自主施工、自行管理，造成這個(gè)局面的根源是把一個(gè)臺(tái)區(qū)供電的降損節(jié)能工作弱化了，忽視了損失日積月累、積少成多的問題。采用監(jiān)測(cè)優(yōu)化驗(yàn)收模式后，線損率已經(jīng)很穩(wěn)定了，再歸口于一線所站進(jìn)行管理，由于已經(jīng)出了穩(wěn)定數(shù)據(jù)，那么管理單位也有了可供參考的標(biāo)的數(shù)值，責(zé)任也可以分得更清楚。

三、第三方面：管理方面，側(cè)重于載荷管理和功率因數(shù)管理

首先：載荷管理。按照上述理念和電網(wǎng)架設(shè)的論述完成電網(wǎng)布局后，下一步就是線損管理中的負(fù)荷管理。0.4kV的荷管理最主要的還是調(diào)整負(fù)荷平衡工作。因?yàn)樗杏脩舻挠秒娗闆r是動(dòng)態(tài)的，也就是也許今年電量小明年就大了后年又小了，不論負(fù)荷是單相或三相都有這個(gè)問題，0.4kV電網(wǎng)此項(xiàng)工作開展很少，10kV及以上電壓等級(jí)的用戶的單相負(fù)載均勻分配到三相電源上，通常被忽略，因此需要定期或不定期的開展負(fù)荷調(diào)整平衡工作。

其次，論述下電網(wǎng)功率因數(shù)的問題。對(duì)于國(guó)有配變的功率因數(shù)監(jiān)控及提高工作，還有很大的空間，難點(diǎn)在于10kV及以上電壓等級(jí)的用戶的功率因數(shù)管理問題。我國(guó)的現(xiàn)行政策是以罰款督促用戶功率因數(shù)提升。挨罰的用戶認(rèn)罰但是不搞提升，究其原因是不懂電氣知識(shí)，主要從自己精通的方面考慮降低商品成本或企業(yè)工商業(yè)的成本。這種模式忽略了一個(gè)很重要的現(xiàn)代社會(huì)管理要素：錢或者資產(chǎn)是你個(gè)人的，但是浪費(fèi)的資源是國(guó)家的，資源不可再生。

正確的管理模式應(yīng)該為：罰款之后限期整改，不改的加倍罰款直到用戶不能承受為止;或者效仿以色列管理水資源的措施——巨大浪費(fèi)或異常需求過高的不再給予資源供給。

本文從電網(wǎng)設(shè)計(jì)理念、架設(shè)、管理三個(gè)方面來(lái)論述了城鄉(xiāng)電網(wǎng)線損管理，結(jié)論不僅適用于0.4kV、10kV電網(wǎng)管理，更高等級(jí)電壓的電網(wǎng)同樣可以吸納采取上述理論。從末梢做起，從小微做起，降損節(jié)能，減少資源浪費(fèi)，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃天顧.農(nóng)村電網(wǎng)改造中配電工程施工的管理[J].世界華商經(jīng)濟(jì)年鑒·城鄉(xiāng)建設(shè)，2012，000（011）：143-144

[2]黃劼.城市電網(wǎng)線損智能管理分析方法研究[J].中國(guó)電力教育，2011

[3]袁敬中，羅毅，崔巍.加強(qiáng)電網(wǎng)設(shè)計(jì)管理 努力提升技術(shù)水平[J].華北電業(yè)，2016（4）：62-63

[4]廖學(xué)琦，鄭大方.城鄉(xiāng)電網(wǎng)線損計(jì)算分析與管理[M].中國(guó)電力出版社，2011

[5]彭朝文.農(nóng)村電網(wǎng)線損異常分析及管理方法[J].工程技術(shù)：引文版，2016（20）：00298

[6]昌國(guó)樂.基于當(dāng)前城市建設(shè)中電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展與規(guī)劃管理的探討[J].城市建設(shè)，2012，000（023）：1-5