论配电网在节能降损相关技术分析.docx

论配电网在节能降损相关技术分析

江志宏
摘要：本文从规划设计、经济调度、平衡配电网相间负载与推广带电作业等几方面去探讨了配电网节能降损，仅供参考。
关键词：配电网，节能降损。
前言
电力系统的经济运行主要是确定机组的最佳组合和经济地分配负荷，降低线损。我国线损分配结构：110kV 以上：35kV : 10kV 及以下=l : 1.5:2.5，可见线损大部分（还未包括电厂内部线损）分配在低压配网上，在保证电网安全运行和保证供电质量的基础上，充分利用电网中现有输（配）变电设备，在系统有功负荷经济分配的前提下，做到配电网及其设备的经济运行是降低线损的有效措施。
配网线损耗高的原因主要为：
( l ）无功补偿度较低；
( 2 ）配变损耗大；
( 3 ）配网负荷很不均衡；
由于配电网有着与输电网不同的特性：
( l ）输电网的线路一般为联络线，中间很少T 接负荷，负荷一般位于末端；配电网的负荷则沿着线路分配，而且分配不均匀；
( 2 ）配电网点多面广，结构复杂，客户用电性质不同，负荷变化波动大；而输电线路的负荷是多个配电线路、变压器的负荷的集合，对负荷性质和波动的反应远不如配电的灵敏；
( 3 ）由于低压线路的供电方式不同，易出现三相负荷不平衡的问题。
因此，除使用输电网降损的相关技术外，配电网还有些其它的降损技术。
一、规划设计方面
配网结构对供电可靠吐起关键作用，而且也是配电网降损的重要环节。改造配网不能简单化地加大寻伐截面或改为电缆、增大配变容量，而是应该首先做好配电网络的规划，并在统一规划的指导下进行配网的建设和改造，使其逐步成为合理的现代化配电网络结构。
我公司一般采用环网结构，通过手拉手开关或环网柜方式，简单易行；对于可靠性要求高的，可采用双回线加备自投方式。既可满足“N 一1 ”的要求，又能利于配电网的经济运行。
配电网规划设计要和城市发展规划紧密结合，以经济发展规划和城市用地规划来进行负荷预测和负荷分布，划分供电区域，确定导线截面、开关站规模和配变容量。
1.规划设计时调整不合理的网络结构，合理地分配负荷
合理设计、改善电网的布局和结构；避免或减少城农网线路的交错、重叠和迂回供电，减少供电半径太大的现象，合理地分配负荷。
新建一座变电站，为一个供电区供电，共设计了10 回出线间隔，如何分配负荷才能使得损耗最小呢？
假设各出线的电流分别为I1 、I2 、… I10 ，电阻分别为Rl 、RZ 、… RIO ，则总有功耗为：
△ P＝3 ( I12R1+ I22R2 +…. I102R10)(1)
根据等微增率法则，若想使△P 最小，则有
I12R1+ I22R2 +…. I102R10(2)
即各回路按其等值电阻的倒数比分配负荷时总损耗最小。
配电变压器是配电网中主要设备，分布面非常广泛，其总数量及总容量都很大，其损耗更不容忽视。这样，任意一条配电线路的损耗就包括线路的损耗及其所带配电变压器的铁损和铜损。其有功损耗和电量损耗可表示为：
△P=△P0+△P2=△P0+krP2RLZ (3)
△A=△PT+△A0+TKTP2TRLZ/U2COS2φr(4)
将上式两边除以供电量A（A=PTT）得线损率为：
式中
△PO——线路所带的配电变压器的铁损（kW）
△PZ——线路有功损耗与配变的铜损（kW）
T——线路运行时间（h）
PT——运行期平均负荷（kW）
U——线路运行电压（kV）
KT——负荷波动损耗系数
RLZ——线路、配变的待值电阻（）
cosφT——功率因数
线路投运后，其结构与参数相对固定，支行电压与功率因数为定值时，线损率△A%平均负荷PT的函数。
在上式中对PT求两阶导数，得出：
2△PO/P4T >(6)
证明此函数有最小值。通过求其一阶导数可得出最小值为
PT=UcosφT√△PO/KTRIZ (7)
又由于
PZ=P2TKrRLZ/U2cos2Φt(8)
所以
△PO=△Pz (9)
即，只有当线路自身的有功损耗与配变的铜损等于配变的铁损时，才能满足线损率最小。
此时的线损率称为线路的经济线损率△ Aj % , 线路传输的负荷值称为线路的有功经济负荷Pj，即：
Pj=UcosΦT√△PO/KTRIZ(10)
依此类推，可以推导出无功损耗和综合功率损耗的公式。
电网规划设计时，在现场实际条件满足的条件下，尽量按照以匕方法处理。
2.确定合理的分散无功补偿容量和地点
无功配置是配网规划的一个重要内容。配网无功规划应该按照分层、分区平衡。既要在变电站进行集中补偿（可参照输电网降损部分），又要在配电线路及部分用户进行分散补偿，但大部分补偿设备应配置在配电网络中，实现就地就近补偿。配电线路分散补偿，是指在配电线路上加装补偿电容器，直接减少配电线路传输的无功电流和缩短无功输送距离，从而达到降低配电线路损耗的目的。
配电线路分支多、挂接变压器多，给理论计算带来诸多不便，但是对大多数公用配电线路特别是农村配电线路而言，配电变压器的布点较均匀、容量也较接近、且其用电量与变压器容量几近正比；其负荷性质较为一致、形状曲线相似，因此可近似将此类配电线路，看成是负荷沿线均匀分布的理想线路，从而使计算工作大为简化。
一般对于均匀分布负荷的配电线路，其补偿容量和安装位置按[Zn / ( Zn + l ) ] （其中n 为不小于1 的整数）规则，求得最优补偿方案。考虑到无功补偿装置的运行维护、补偿效益及投资回收期限，因此，沿线的无功补偿点以安装一处为适宜，最多不应超过二处，可以直接连接于主干线上和较大的分支线上。
配电线路上无功补偿容量应适当控制，并且在线路负荷低谷时，不应出现过补偿向系统倒送无功。负荷在线路上的分布状况不同，安装地点也不相同，具体位置应根据负荷分布特点和容量的大小计算确定见表1 。
表1 配电线路分散补偿电容器组的安装
负荷沿主干线分布状况 电容器安装组数 电容器安装容量与线路无功功率比 安装位置位于主干线首端长度
均匀分布 1 2/3 2/3
2 4/5 3/5、4/5
非均匀分布 分支线呈60° 1 4/5 3/5
分支线呈60° 1 4/5 2/3
3.选用节能型变压器
59 与57 系列变压器相比，空载损耗平均降低10 % ，负载损耗平均降低25 % ，为了节约能源、推广新技术产品，国家已于1998 年3 月明令在当年年底停止生产和淘汰S7 和SL7 系列产品，推荐S9 系列为更新替代产品。
在S9 系列的基础上，改进结构设计，选用超薄型硅钢片，进一步降低空载损耗，开发了S11 系列变压器。目前S11 系列变压器的空载损耗比S9 系列降低了30 ％。
为了降低变压器空载损耗，采用高导磁率的软磁材料，将非晶态合金应用于变压器，制戈非晶态合金铁心的变压器。
非晶态合金引起的滋化性能的改善，其B 一H 磁化曲线很狭窄，因此其磁化周期中的磁滞损耗就会大大降低，又由于非晶态合金带厚度很薄，并且电阻率高，其磁化涡流损耗也大大降低。据实测，非晶态合金铁心的变压器与同电压等级、同容量硅钢合金铁心变压器相比，空载损耗要低75 ％~80 ％。空载电流可下降80 ％左右。
目前国内已有生产厂开发矩形铁心截面的卷铁心单、三相变压器，绕组采用矩形形式。这种变压器铁心窗口填充系数和油箱的利用率较高，同时也解决了变压器的维修问题。国内生产的10kV 、63 队VA 及以下卷铁心变压器，其空载损耗比S9 系列变压器下降30 % ，空载电流比豹系列变压器下降20 ％。
因此，结合城农网改造，尽可能地将原有的损耗高的配变更换为S9 、S11 、卷铁心变压器或非晶态合金铁心的变压器，以实现电网的经济运行。
4.按经济电流密度优化合理选择电力线路导线截面。
导线选择按经济电流密度优化合理选择并考虑留有一定发展的余度，这样既可以降低线路损耗又可以减少重复投资。
二、配电网的经济调度
配电网的经济调度大体上与输电网相同，但由于配电网自身的特点，其经济调度与输电网的经济调度有不同之处。
1.确定合理的线路运行经济区间
由于配电网线路上接带很多配电变压器，所以配电线路有经济运行负荷区间（见2.1.1部分的公式推导）。根据计算推导：线路的经济运行的负荷区域为a67 一1 . 52 巧较为合理，其线路线损率仍处于较小值。
2.确定合理的变压器运行方式
变压器并非在额定时最经济，当负荷的铜损和铁损相等时才最经济，即效率最高。在配电网中，开闭所、配电站、环网柜所带灼变压器一般都在两台或两台以上，其运行方式应根据变压器经济运行曲线确定其经济运行区域负荷小于临界负荷时，一台运污。负荷大于临界负荷时两台运行。而台架变、箱变多为单台变压器运行，所以需要确定经济运行区间。根据2 . 1 . 1 部分的公式可以推导出变压器经济运行区为O . 75Se 一1 . 333P0z / PkZSe ，负荷运行在此区间内，可降低配变损耗（这种办法一般在输电网中使用。因为调整配变低压侧40OV 线路的负荷，远没有象调整10kV 线路负荷那样简单容易，甚至必须对用户停电。因此一般只在选择配变容量时使用）。
在实际运行中，需要掌握配电线路、变压器的经济运行负荷区域（主要是指配电线路），合理地分配负荷（通过拉手开关、环网柜等改变线路负荷）, 使配电线路、变压器经济运行。
三、平衡配电网相间负载
负荷的三相不平衡引起的磁滞和涡流损耗往往使变压器局部金属件温度升高，严重时将导致变压器运行事故。而且还会导致电动机出力减少。如果电动机中性线接N 线，零序电流通过电动机绕组将会消耗电能，引起局部过热，且消耗较大的无功功率。同时，负荷的三相不平衡，将增加配电线路、变压器的损耗。在输送相同容量电能的情况下，其消耗掉的功率比对称负载运行时多得多，必将造成很大的浪费。
当变压器运行在平衡时，即
Ia＝Ib＝Ic＝1
Qa= Qb＝Qc＝3 I 2R(11)
当变压器运行在最大不平衡时，设
Ia = 3 I
Ib＝Ic＝0
Qa= (3 I) 2R＝3.3 I 2R
通过比较，可以看出，变压器处于三相负荷最大不平衡运行状态时的变损是处于平衡时的3 倍。因此，调整配网三相负荷分布，使其达到平衡，是降低变压器损耗的一个重要措施。
四、推广带电作业，减少线路停电时间
即使对双回路供电的网络，如因检修工作，其中一条线路停电，由于负荷电流全部通过另一条运行的线路，会使线损大大增加，因此也要尽量利用带电作业，减少双回线的停电次数与时间。
结束语
综上所述，配电网的损耗也是可以通过一些有效的措施来减低，使配电网达到最优的经济运行，提高社会的经济效益，促进电网运行管理上走向定量化、择优化、有序化的现代化管理。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

-全文完-