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摘 要:本文作者通过对配电网线损现状进行了分析,阐述了降低线损的技术措施。同时就电力市场中配电网经济运行所面临的问题及降低配电网总损耗的有效手段作了全面的探讨,为实现良好的经济效益打下基础。
关键词:配电网降低线损技术措施
中图分类号:TM714.3 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(b)-0057-02
1 配电网线损现状
目前,我省与发达地区相比,配电网的线损率还比较高,因此,降低配电网线损并合理布局具有重要意义。近年来,由于经济的快速发展,工业、商业、及居民等用电幅度不断的增长。导致以前的配电网不能满足现在的供电需求,而原有的配电网多采用纵贯式低压配电线路,虽然近两年来供电设备不断更新,但改造难度较大,仍有一些陈旧老设备及线路在投运。并且供电线路错综复杂,区域性划分不明确。造成不仅可靠性低,而且存在电能质量差、损耗大等问题。从目前管理水平来看,配电网的线损率普遍较高,个别质量低劣的低压网,线损率高达20%以上。配电网中线路有功损耗ΔP可按式(1)计算:
ΔP=3I 2LRL=(1)
其中RL为线路等值电阻;IL为线路输送电流;P为输送的有功功率;U为运行电压;cosφ为功率因数。从式(1)可以看出,线路的电阻值、运行电压、功率因数以及负荷波动程度是影响线路损耗的主要因素。具体到实际线路,配电网线路的质量、绝缘程度、导线线径、负荷不对称及分布等都影响线路的损耗。配电网存在谐波电流时,非正弦周期电流有效值I等于其基波分量I1与各次谐波分量有效值Ik
(k=2,3,4,…)的平方和的平方根值,如式(2)所示:
(2)
存在谐波时,I流过电阻为RL的线路所导致附加有功损耗为式(3)所示:
ΔΔP=I 2RL-I 21RL(3)
此外,谐波的存在还会增加配电变压器涡流损耗和铁芯损耗。
2 降低线损的措施
降低线损的措施可以针对线损产生的原因进行。可以采取提高供电电压、合理布局、选择合适配电线路、合理安排负荷分布、优化无功补偿分配、采用配电自动化系统动态调整负荷分配、采用灵活配电系统(FACDS)等措施来实现。
2.1 提高供电电压
从式(1)可以看出,提高供电电压,即提高U,对降低线损的作用很明显。提高供电电压有两类。(1)提高供电电压等级,降低供电和变电损耗。如:①将35kV变电站(所)改造为110kV或220kV变电站。②将110、220kV电源引入负荷集中的区域或城市,再直接降压至10kV供电,以减少中间变电、输电环节的功率损耗。③将10kV电压引入到用户并合理布点,以减少低压配电环节和减小供电半径,必要时可以采用单相配电变压器供电。(2)合理调整配电网运行电压。配电网损耗直接与运行电压相关。可适当调整运行电压:对负荷较重、电流较大、可变损耗较大的情况,应在允许电压偏差范围内,提高运行电压。
2.2 合理布局
配电网网络结构调整与优化应该在保证供电可靠性和系统运行约束的基础上,进行配电网架的合理布局和一定的开关设备优化重组,以控制配电线路的输电半径;平衡不同馈线的负荷;消除过载,使配电网网损尽量减小。同用电负荷侧统计、预测与管理相结合,以长远的考虑角度为出发点,让低压配电变压器移近负荷中心,尽可能地减少低压线路的长度;对线路进行改造,同时对供电线路的经济电流密度进行计算,采用合理的结线方案来降低线路损耗。其次,在供电线路合理布局的基础上,供电部门应采取合理的供电运行方式。其中主要是要合理分配低压变压器的负荷分配。统计数据表明,低压变压器的负荷率在60% 左右时,其铜耗和铁耗相等,此时变压器的效率最高,满载和低载都是不理想的运行方式。对居民和商业区的供电线路,目前仍以单相供电线路为主,因此如何合理调度、分配负荷,力求达到低压变压器的三相负载平衡就显得尤为重要,这对变压器损耗和线路损耗皆有关系。
2.3 选择合适配电线路
配电线路的质量、绝缘程度、线径等直接影响线路损耗,根据负荷统计及预测,选择合适的配电线路,以实现经济运行。
2.4 合理安排负荷分布
若负荷对称,由于中线中没有电流流过,不产生损耗。若负荷不对称,中线有电流流过,将产生损耗;且零序分量电流在中线中产生的损耗比相线大得多,中线导线线径若选择不当,则将增加损耗。因此,合理地选择中线的导线线径以及合理分配负荷是降低低压网损的重要措施之一。对负荷严重不对称的低压网络,增加中线的截面能有效降低损耗。提高运行经济性。具体措施如下:(1)对各种负荷区域进行统计,评估不同负载水平下电网结构、配电线路导线及输送距离的合理性,并采取相应改造措施。(2)对不同季节性负荷下的环网线路进行潮流计算,确定各负荷状态下的最佳开环点。(3)进行综合考虑的配电网重构优化建模,利用各种启发式算法或人工智能算法进行求解,按所得方案结合实际状况进行改造。
2.5 优化无功补偿分配
众所周知,配电网络的潮流分布情况及工业用电的无功补偿是影响到网损大小的关键因素。除线路阻抗因素外,无功补偿不足或过量也会引起潮流分布不合理,并恶化电压质量,还会导致网损增大,因此应采取无功优化措施。无功优化的基本依据是“等微增”原理。无功优化结果还有助于线路压降损失的减小,提高节点的电压水平,以保证供电质量的提高。常见配电网的无功补偿方式有10kV馈线的杆上分组自动投切补偿或固定补偿、配电变压器低压侧0.4kV的分组统一补偿或分相补偿等。实际中,不同的补偿方式在价格、补偿效果、运行方式等方面各有特点,配电线路的无功配置理应在充分考虑各种工程因素条件下,对10/0.4kV两级电压的多种无功补偿方式同时进行综合优化规划,才能实现投资和降损效果全局最佳。
2.6 采用节能型配电变压器
目前,配电网中还存在一定数量的高能耗变压器。其有功、无功损耗均偏大。长期运行将造成电能的严重损失。将高能耗变压器更换为新型节能变压器可获得明显的降损效果和经济效益。因为更换后的配电变压器有功、无功需求均减小,也降低了线路功率损耗。此外,新型变压器的供电可靠性、电能质量也会提高,维护量则相对减小。
2.7 安排配电变压器经济运行
配电网变压器损耗与其参数、容量、台数、负荷等因素有关。当变压器的空载损耗P0等于短路损耗Pk时,变压器效率最高。多台变压器并列运行的,应按各变压器的参数,以最小总损耗为原则分配各变压器负荷进行最佳运行方式的选择。对于一些峰谷差很大的工厂企业,建议采用“母子变压器”,重载时采用大容量变压器供电,轻载时采用小容量变压器供电,这样就大大减小了轻载时变压器的损耗。
2.8 积极进行谐波治理
治理谐波的措施一般可分为两类:一类是根据测量结果要求谐波含量超标的负荷进行治理;另一类是在变电站10kV母线加装谐波补偿装置,包括无源滤波器、有源滤波器和混合滤波器。对于谐波污染较为严重的配电线路进行谐波治理,将会取得明显的降损效益。
2.9 积极推进配电自动化系统
配电网络的潮流分布情况是随时变化的,积极推进配电自动化系统,采用基于远程终端单元RTU的馈线自动化系统,实时监控配电网络潮流的分布情况,并根据系统实际情况设置优化原则,对配电网络的潮流分布进行优化,从而达到整个网络的线路损耗最小,这是目前配电网管理中较先进的做法。
2.10 采用灵活配电系统
灵活配电系统(FACDS)是和灵活输电系统(FACTS)相对应的技术,是电力电子技术在配电网络中的应用,采用可控串补、静止无功补偿器等设备对改善配电网无功分布、降低线路损耗以及提高配电网络电能质量等都有积极的作用。
3 经济运行的新问题
随着电力市场的深入发展,配电市场也将逐步形成,从而给配电网经济运行也带来了许多新问题。配电网运行的重要任务之一是运行的经济性,要求采取先进的技术和科学的管理手段,使组成配电网的各电气元件在运行中消耗的电能(即线损)降至最低。为保证国民经济高速稳定发展,寻求一条不用投资就能节电的途径具有重大意义,配电网经济运行就是不用投资就取得明显节电效果的一项内涵节电技术。配电网经济运行是在保证城网、农网、企业网电压等级大部分在110kV以下的电网安全运行和在满足供电量及保证供电质量的基础上,充分利用电网现有的输、配、变电设备,通过优选变压器及电力线路经济运行方式和负载经济调配及变压器与供电线路运行位置的优化组合等技术措施,从而最大限度地降低变压器及供电线路的有功损耗和无功损耗。在电力市场环境下,电力用户对电价信息、供电的可靠性和电能质量更为关心。因此,随着现代工业的发展,家用电器的普及以及用户对电压质量要求的日益提高,电压质量已不能只局限于传统的电压偏差管理,在供电企业的电压管理内容中,增加电压闪变、电压不平衡、谐波电压的危害与管理等新内容是必需的。而从供电企业本身出发,加强线损管理也是势在必行的。
4 结语
采取提高供电电压、合理布局、选择合适配电线路、合理安排负荷分布、优化无功补偿分配、推进配电自动化系统、采用灵活配电系统等措施是降低城市配电网络总损耗的有效手段,可达到最大限度地降低网损,并维持电压质量,实现良好的经济效益。
参考文献
[1] 曾重谦,廖民传,张勇军.配电网电能损耗的原因与主要降损措施[J].供用电,2009.
[2] 万善良.城市配电网节能主要途径分析[J].供用电,2008.
关键词:配电网降低线损技术措施
中图分类号:TM714.3 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(b)-0057-02
1 配电网线损现状
目前,我省与发达地区相比,配电网的线损率还比较高,因此,降低配电网线损并合理布局具有重要意义。近年来,由于经济的快速发展,工业、商业、及居民等用电幅度不断的增长。导致以前的配电网不能满足现在的供电需求,而原有的配电网多采用纵贯式低压配电线路,虽然近两年来供电设备不断更新,但改造难度较大,仍有一些陈旧老设备及线路在投运。并且供电线路错综复杂,区域性划分不明确。造成不仅可靠性低,而且存在电能质量差、损耗大等问题。从目前管理水平来看,配电网的线损率普遍较高,个别质量低劣的低压网,线损率高达20%以上。配电网中线路有功损耗ΔP可按式(1)计算:
ΔP=3I 2LRL=(1)
其中RL为线路等值电阻;IL为线路输送电流;P为输送的有功功率;U为运行电压;cosφ为功率因数。从式(1)可以看出,线路的电阻值、运行电压、功率因数以及负荷波动程度是影响线路损耗的主要因素。具体到实际线路,配电网线路的质量、绝缘程度、导线线径、负荷不对称及分布等都影响线路的损耗。配电网存在谐波电流时,非正弦周期电流有效值I等于其基波分量I1与各次谐波分量有效值Ik
(k=2,3,4,…)的平方和的平方根值,如式(2)所示:
(2)
存在谐波时,I流过电阻为RL的线路所导致附加有功损耗为式(3)所示:
ΔΔP=I 2RL-I 21RL(3)
此外,谐波的存在还会增加配电变压器涡流损耗和铁芯损耗。
2 降低线损的措施
降低线损的措施可以针对线损产生的原因进行。可以采取提高供电电压、合理布局、选择合适配电线路、合理安排负荷分布、优化无功补偿分配、采用配电自动化系统动态调整负荷分配、采用灵活配电系统(FACDS)等措施来实现。
2.1 提高供电电压
从式(1)可以看出,提高供电电压,即提高U,对降低线损的作用很明显。提高供电电压有两类。(1)提高供电电压等级,降低供电和变电损耗。如:①将35kV变电站(所)改造为110kV或220kV变电站。②将110、220kV电源引入负荷集中的区域或城市,再直接降压至10kV供电,以减少中间变电、输电环节的功率损耗。③将10kV电压引入到用户并合理布点,以减少低压配电环节和减小供电半径,必要时可以采用单相配电变压器供电。(2)合理调整配电网运行电压。配电网损耗直接与运行电压相关。可适当调整运行电压:对负荷较重、电流较大、可变损耗较大的情况,应在允许电压偏差范围内,提高运行电压。
2.2 合理布局
配电网网络结构调整与优化应该在保证供电可靠性和系统运行约束的基础上,进行配电网架的合理布局和一定的开关设备优化重组,以控制配电线路的输电半径;平衡不同馈线的负荷;消除过载,使配电网网损尽量减小。同用电负荷侧统计、预测与管理相结合,以长远的考虑角度为出发点,让低压配电变压器移近负荷中心,尽可能地减少低压线路的长度;对线路进行改造,同时对供电线路的经济电流密度进行计算,采用合理的结线方案来降低线路损耗。其次,在供电线路合理布局的基础上,供电部门应采取合理的供电运行方式。其中主要是要合理分配低压变压器的负荷分配。统计数据表明,低压变压器的负荷率在60% 左右时,其铜耗和铁耗相等,此时变压器的效率最高,满载和低载都是不理想的运行方式。对居民和商业区的供电线路,目前仍以单相供电线路为主,因此如何合理调度、分配负荷,力求达到低压变压器的三相负载平衡就显得尤为重要,这对变压器损耗和线路损耗皆有关系。
2.3 选择合适配电线路
配电线路的质量、绝缘程度、线径等直接影响线路损耗,根据负荷统计及预测,选择合适的配电线路,以实现经济运行。
2.4 合理安排负荷分布
若负荷对称,由于中线中没有电流流过,不产生损耗。若负荷不对称,中线有电流流过,将产生损耗;且零序分量电流在中线中产生的损耗比相线大得多,中线导线线径若选择不当,则将增加损耗。因此,合理地选择中线的导线线径以及合理分配负荷是降低低压网损的重要措施之一。对负荷严重不对称的低压网络,增加中线的截面能有效降低损耗。提高运行经济性。具体措施如下:(1)对各种负荷区域进行统计,评估不同负载水平下电网结构、配电线路导线及输送距离的合理性,并采取相应改造措施。(2)对不同季节性负荷下的环网线路进行潮流计算,确定各负荷状态下的最佳开环点。(3)进行综合考虑的配电网重构优化建模,利用各种启发式算法或人工智能算法进行求解,按所得方案结合实际状况进行改造。
2.5 优化无功补偿分配
众所周知,配电网络的潮流分布情况及工业用电的无功补偿是影响到网损大小的关键因素。除线路阻抗因素外,无功补偿不足或过量也会引起潮流分布不合理,并恶化电压质量,还会导致网损增大,因此应采取无功优化措施。无功优化的基本依据是“等微增”原理。无功优化结果还有助于线路压降损失的减小,提高节点的电压水平,以保证供电质量的提高。常见配电网的无功补偿方式有10kV馈线的杆上分组自动投切补偿或固定补偿、配电变压器低压侧0.4kV的分组统一补偿或分相补偿等。实际中,不同的补偿方式在价格、补偿效果、运行方式等方面各有特点,配电线路的无功配置理应在充分考虑各种工程因素条件下,对10/0.4kV两级电压的多种无功补偿方式同时进行综合优化规划,才能实现投资和降损效果全局最佳。
2.6 采用节能型配电变压器
目前,配电网中还存在一定数量的高能耗变压器。其有功、无功损耗均偏大。长期运行将造成电能的严重损失。将高能耗变压器更换为新型节能变压器可获得明显的降损效果和经济效益。因为更换后的配电变压器有功、无功需求均减小,也降低了线路功率损耗。此外,新型变压器的供电可靠性、电能质量也会提高,维护量则相对减小。
2.7 安排配电变压器经济运行
配电网变压器损耗与其参数、容量、台数、负荷等因素有关。当变压器的空载损耗P0等于短路损耗Pk时,变压器效率最高。多台变压器并列运行的,应按各变压器的参数,以最小总损耗为原则分配各变压器负荷进行最佳运行方式的选择。对于一些峰谷差很大的工厂企业,建议采用“母子变压器”,重载时采用大容量变压器供电,轻载时采用小容量变压器供电,这样就大大减小了轻载时变压器的损耗。
2.8 积极进行谐波治理
治理谐波的措施一般可分为两类:一类是根据测量结果要求谐波含量超标的负荷进行治理;另一类是在变电站10kV母线加装谐波补偿装置,包括无源滤波器、有源滤波器和混合滤波器。对于谐波污染较为严重的配电线路进行谐波治理,将会取得明显的降损效益。
2.9 积极推进配电自动化系统
配电网络的潮流分布情况是随时变化的,积极推进配电自动化系统,采用基于远程终端单元RTU的馈线自动化系统,实时监控配电网络潮流的分布情况,并根据系统实际情况设置优化原则,对配电网络的潮流分布进行优化,从而达到整个网络的线路损耗最小,这是目前配电网管理中较先进的做法。
2.10 采用灵活配电系统
灵活配电系统(FACDS)是和灵活输电系统(FACTS)相对应的技术,是电力电子技术在配电网络中的应用,采用可控串补、静止无功补偿器等设备对改善配电网无功分布、降低线路损耗以及提高配电网络电能质量等都有积极的作用。
3 经济运行的新问题
随着电力市场的深入发展,配电市场也将逐步形成,从而给配电网经济运行也带来了许多新问题。配电网运行的重要任务之一是运行的经济性,要求采取先进的技术和科学的管理手段,使组成配电网的各电气元件在运行中消耗的电能(即线损)降至最低。为保证国民经济高速稳定发展,寻求一条不用投资就能节电的途径具有重大意义,配电网经济运行就是不用投资就取得明显节电效果的一项内涵节电技术。配电网经济运行是在保证城网、农网、企业网电压等级大部分在110kV以下的电网安全运行和在满足供电量及保证供电质量的基础上,充分利用电网现有的输、配、变电设备,通过优选变压器及电力线路经济运行方式和负载经济调配及变压器与供电线路运行位置的优化组合等技术措施,从而最大限度地降低变压器及供电线路的有功损耗和无功损耗。在电力市场环境下,电力用户对电价信息、供电的可靠性和电能质量更为关心。因此,随着现代工业的发展,家用电器的普及以及用户对电压质量要求的日益提高,电压质量已不能只局限于传统的电压偏差管理,在供电企业的电压管理内容中,增加电压闪变、电压不平衡、谐波电压的危害与管理等新内容是必需的。而从供电企业本身出发,加强线损管理也是势在必行的。
4 结语
采取提高供电电压、合理布局、选择合适配电线路、合理安排负荷分布、优化无功补偿分配、推进配电自动化系统、采用灵活配电系统等措施是降低城市配电网络总损耗的有效手段,可达到最大限度地降低网损,并维持电压质量,实现良好的经济效益。
参考文献
[1] 曾重谦,廖民传,张勇军.配电网电能损耗的原因与主要降损措施[J].供用电,2009.
[2] 万善良.城市配电网节能主要途径分析[J].供用电,2008.