区域电网线路损失精细化计算及降损方法研究.pdf

2023.7 下 EPEM 207节能减排Energy Saving区域电网线路损失精细化计算及降损方法研究国网安徽省电力有限公司亳州供电公司 张宏伟 王 娟 安徽南瑞中天电力电子有限公司 陈义林摘要：本文介绍了线损精细化计算的常规方法，同时提出降损的技术措施和管理措施，包括提高功率因数、促进变压器经济运行、强化电网信息化数据采集和监测、建立降损管理的技术体系等。关键词：电网线损；精细化计算；降损方法精确计算电网线损失有利于分析成因，确定技术和管理中存在的问题。潮流分析法、均方根电流法、平均电流法等均可用于耗损量计算，实践中往往需要综合运用多种方法。在掌握线损原因后，须针对相关问题制定有效的降损措施，既要控制设备、线路自身引起的电能损失，又要消除管理缺陷，避免计量偏差。本文以国内某县域电网为研究对象，介绍线损精细化计算的常规方法，并开展典型日线损计算、一体化电量及线损管理系统的“四分”线损计算。同时，提出降损的技术措施和管理措施，包括提高功率因数、促进变压器经济运行、强化电网信息化数据采集和监测、建立降损管理的技术体系等。1 区域电网线损精细化计算1.1 常用线损计算方法1.1.1均方根电流法电网中负荷在某一时间内产生的电能耗损可等效于均方根电流造成的同期耗损，因而可通过均方根电流法计算线损失，计算过程如下：（1）（2）（3）式中：将电网线损失记为 A，均方根电流记为 Ieff，每天整点时对应的电流、电压、功率、电量分别记为 Ii、Ui、Pi、Qi，线路损失计算周期内的小时数记为 t，R 为等效电阻。1.1.2平均电流法平均电流和均方根电流之间存在等效关系，在掌握平均电流的情况下亦能计算出电网线损失。同 样 的，将 线 损 记 为 A，则 有 式（4）：A=3I2avK2Rt，式中：将形状系数记为 K（K=Ieff/Iav），将电网日负荷电流的平均值记为 Iav，为修正系数，R、t 的含义同式（3）。为简化计算，引入最小负载率 a=Imin/Imax，即电网中最小电流与最大电流之比，可通过 a 求得系数 K，计算方法为式（5）：（5）1.1.3最大电流法最大电流 Imax与均方根电流之间存在等效关系，由此衍生出通过最大电流计算线损失的方法1：A=3I2maxFRt、F=I2av/I2max，式 中：线 损 失 为 A，R、t、同上，F 表示损失因素。1.2 区域电网线损失精细化计算示例1.2.1日线损失计算计算条件：收集必要参数。以国内某县（以下简称“A 县”）域电网为计算和分析的对象，该县设置有27座公用变电站，电压等级包括110kV和35kV 两 种，主 变 容 量 分 别 为1070.5MVA、320.9MVA，总装机容量为73.225MW。电网线路208 EPEM 2023.7 下节能减排Energy Saving情况如表1；电网运行方式。为充分检验线路损失，将数据收集时间确定为2021年8月，时值夏季高温天气，电网呈大负荷运行状态。选择不实施调度停电的日期，同时加强输配电设备的维护管理，避免因故障停电、跳闸等因素影响计算效果。表1 某县域电网线路统计表线路等级线路数量线路总长度110kV22条261.67km35kV37条330.69km10kV180条3440.50km典型日及电网负荷测量：典型日选择。结合该县电网运行的历史数据，连续观测20182020年的最高日负荷数据及相应日期，发现日最高负荷连续3年上升，分别为355.9MW、433.2MW、456.5MW，对应日期分别为2018年8月21日、2019年8月30日、2020年9月3日。从时间来看，电网高负荷运行时间基本集中在8月中下旬至9月上旬。故此，将线损计算的典型日选定为2021年8月26日；负荷数据实测。该县电网运行全面采用 SCADA 系统，对数据监控和获取创造了有利的条件。通过数字化监控系统收集2021年8月26日的电力数据，从当天0点开始，在整点时采集电压、电流、有功电量、有功功率等数据，每一项指标均采集24个点数据，同时获取当天的累计电量。线损失计算及结果分析：计算方法。电网线损失计算具有较高的复杂性，均方根电流法、平均电流法属于相对基础的计算方法，除以上方法之外，在研究过程中还引入了潮流计算法（适用于35kV 以上线路）、电量分摊法（适用于不超过10kV 的线路）。线路功率因数优先选用实际测量结果，缺乏实测值的情况下可采用统一的数值。精细化的理论计算方法用于380V 低压线路的线损计算；结果分析。全天累计供电量为7911MWh，按照线损理论计算的结果见表2。表2 a 县电网线损失计算结果统计表电压等级供电量/mWh电量损失/mWh线损率/%线路变压器变电站用电量其他 合计铁损铜损380V164487/875.2910kV 7066.8 144.9 27.425.8/198.12.835kV 3832.5 18.86.73.10.20.529.30.76110kV 7520.7 26.019.87.22.01.556.50.75全网7911276.0 54.136.22.21.9370.4 4.68从表2可知，10kV 线路上产生的线损值最大，380V 线路的线损率最高。110kV 线路和35kV 线路为高压输电，其线损率明显低于中低压输电线路，全网综合线损失达到了4.68%。从控制线损的角度看，10kV 线路和380V 线路是重点。1.2.2一体化电量及线损管理系统的“四分”线损计算示例一体化电量及线损管理系统。早期的电网系统大量采用人工方式抄表，读取电量，这种管理模式常常导致电量统计滞后，不利于准确地计算线损失。随着电力系统引入 SCADA 管理系统以及各种先进的智能传感器，电量统计和监控的自动化程度不断提高。一体化电量及线损管理系统建立在 SCADA的基础上，能够实现电量监控和线损自动计算。“四分”。指按照区域、电压等级、线路、台区进行分类统计和管理。从电力企业的角度看，以上四种管理范围由不同的部门负责。例如，电力公司的调控部门负责分压管理，运维检修部门通常负责分线管理。“四分”计算是按照以上四种分类方法计算线损。计算方法分析。线损计算属于分线管理的范畴，以输电线路、配网线路的线损为例，其计算方法如下：输电线路线损=（供电侧下表底-供电侧上表底）倍率-（受电侧下表底-受电侧上表底）倍率）/（供电侧下表底-供电侧上表底）倍率）100%，配网线路线损=（变电站关口（下表底-上表底）倍率-台区电量总和）/（变电站关口（下表底-上表底）倍率)100%，另外还可计算母线不平衡率、换表电量等指标。计算结果分析。针对一体化电量及线损管理系统的线损计算可有效匹配电网模型，进而计算出输配电设备、线路、台区对应的线损失。通过分析相关结果，可有效掌握电表超容、用户窃电、无表临时用电、采集故障等异常因素。例如，表3是针对某台35kV 变压器的按月线损率数据，其中2021年5月份的线损计算结果达到25.2%，远远超过正常范围，此类情况通常由大用户窃电引起。表3 a 县某35kV 变压器月度线损率计算统计结果（2020-2021年）月份 12月 01月 02月 03月 04月 05月 06月 07月 08月线损率0.9%0.4%0.6%9.8%0.7%25.2%1.2%0.8%0.4%2 区域电网线路降损方法2.1 技术性措施2.1.1降低变压器引起的损耗2023.7 下 EPEM 209节能减排Energy Saving变压器造成的电量耗损主要来自铁芯和铜线圈，因而分别称为铁损和铜损。电流流过铜线圈时产生的损耗与电流平方成正比，因而铜损和变压器负荷存在密切的联系。铁损的成因为涡流和激磁，与负荷无关。每台电力变压器都存在经济运行区间，当其处于这一范围时，产生的功率损耗、电量损耗都较低。根据电力变压器经济运行（GB/T13462-2008），变压器的经济负载系数可按照以下公式进行计算：（6）式中：将综合功率经济负载系数记为 JZ,负载波动损耗系数记为 KT，将变压器的综合功率空载耗损记为 P0Z，将变压器综合功率下的额定负载功率耗损记为 KT。在区域电网变压器管理中可按照以上公式判断负载的合理性。2.1.2降低输电线损耗输电线路的损耗可分为两类，第一类称为固定损耗，与负荷、功率大小无关，其成因为电容和电晕，损耗的电能几乎不变。第二类称为可变损耗，输电线路本身具有一定的电阻值，将损耗记为W，则有 W=I2R。显然，当经过输电线路的电流越大时，损耗的电能也越大。降低线损的方法为控制电流强度，使其维持在经济运行区间内。将电力负荷合理地分配于空载线路和重过载线路。正确的分配方式为将部分重载线路的负荷迁移至空载线路，从而降低固定耗损在线损中的占比。2.1.3降低配网损耗配网损耗难以避免，关键在于如何将损耗控制在较低水平。损耗偏高的常见原因为负荷中心与变压器距离过远、负荷与变压器容量不协调、缺乏有效的无功补偿设计等。以配电变压器为例，影响其损耗的因素涉及变压器容量、空载耗损、额定容量以及负载耗损等参数2。针对配网变压器的降损措施为提升低压侧三相负荷的平衡性。在实际运行过程中，配电变压器的负荷与季节变化存在密切联系，夏季高温会造成负荷大幅增加。应加强对低压侧三相负荷的监测，并根据监测结果优化负荷分配策略。另外，配变的容量和位置也需要进行灵活调整。2.1.4提高功率因数功率因数可用于评价建立磁场的无功功率的占比，无功功率高意味着能量的有效利用率偏低。将线路中的电流分为有功电流和无功电流，分别记为IP和 IQ。则无功电流造成的线损失可表示为3I2QR。显然，应尽可能降低 IQ的数值。分别将提高前后的功率因数记为 cos1、cos2，将线损率记为P，则有如下表达式：P%=l-cos22/cos21100%。由于 Cos2 cos1，因而 P为负值，线损失降低。2.2 管理优化措施提升电网管理的信息化水平。从以上分析过程可知，电网线损计算对负荷、电流、电压等运行参数具有高度的依赖性。为避免因电量统计滞后、电量计量不准确而造成过大的计算误差，相关电力输配企业应加强基础设施建设和运维管理，提升信息化、自动化水平。一是在成本允许的情况下，使用智能化的电力计量设备，同时引入信息化的后台监控系统（如 SCADA），对线损实施长期计量。二是加强对电力设备的运维管理，尤其是计量设备、变压器，确保数据监测的准确性。构建专业的线损控制技术体系。电网线损控制呈现出显著的系统性特点，要求电力企业从各个方面降低线损。鉴于此，相关企业需要建立专业的线损控制技术体系，一方面要掌握线损失的精确计算方法，另一方面要针对各类问题，开展深入研究，应用当前主流的降损技术。控制体系应涵盖三个基本组成部分，其一为数据测量体系，依托企业的电能计量设备及管理后台。其二是线损精细化计算体系，其三为线损控制管理体系。3 结语在县域电网线损精细化计算中，应该综合运用潮流分析法、电量分摊法以及各种常规的计算方法，重点掌握不同线路的总线损、铁损、铜损等，分析不同电压等级的线损占比。降损途径分为两类，技术性措施包括提高功率因数、提升配网变压器低压侧三相负荷的平衡性、控制变压器的运行区间等。管理措施为加强电网信息化基础设施建设、建立专业的线损控制技术体系。参考文献1史琳,彭斐,等.电网线损的精益化管理分析 J.集成电路应用,2021,8.2李海铎,杨建万,等.数据校核与校正算法实现电网线损监测研究 J.信息技术,2020,8.