关于智能电网输电线上降损的研究

【摘 要】在电力供电供应输送过程中，电力传输中产生的损耗给国家及人民造成较大的损失，用户对电力供应的要求也越来越高，如何应用新技术减少输电线路损耗的研究迫在眉睫。而智能电网技术的发展对于降低线损起到了重要作用。

【关键词】智能电网；降损

0.引言

在过去的20年里，虽然信息通信技术发生了翻天覆地的变化，但日渐老化的传统电网结构并没有跟上技术变革的步伐，在电力供电供应输送过程中，电力传输中产生的损耗给国家及人民造成较大的损失，用户对电力供应的要求也越来越高，如何应用新技术减少输电线路损耗的研究迫在眉睫。以超、特高压为骨架的大型互联电网可实现大范围资源优化配置，同时也出现了一些亟待解决技术问题，如长距离输送功率受限、潮流分布不合理、系统稳定性变差等，这些问题可以通过先进的灵活交流输电技术加以解决。而智能电网技术的发展对于降低线损起到了重要作用。输变电系统是智能电网的基础。在智能电网中，对输变电系统提出了以先进的自动化控制为基础，灵活、高效、可靠地满足发电、用电对电网提出的各种变化的要求，达到提高电网安全性、可靠性、灵活性和资源优化配置水平的目的。通过对智能设备的灵活控制，实现电网运行的柔性控制和调节，支撑由大区互联、风电和光伏发电等新能源大规模集中接人所带来的系统......

本文首先介绍降损的意义，然后通过传统的方式降低损耗与智能电网技术中一些降损方法的介绍与比较，阐述了智能电网技术的重大意义所在，在科技引领社会变革的时代，应用智能电网新技术降低损耗将会产生强大的影响力。

1.降损意义

降低电的损耗可以保护经营成果，降低线损，提高企业的经济效益， 通过提高电压就可以降低电网的电能损耗，所以是通过高压来送电节约能源而且能使用户的到纯净的能源电网整网，提高电源质量和破旧线路的能量损耗。

1.1减少供电损耗，节约电费

以线损为例，某厂年用电量约为2亿千瓦时，补偿前线损率约为5%，补偿后功率因数从0.87提高到0.95，则每年可减低线损约为200万千瓦时，按每度电0.4元计算，可节约电费开支80万元。

1.2提高设备利用率

功率因数从0.85提高到0.95，设备利用率提高11.8%。减少设备投资，充分发挥设备潜能。

1.3改善供电质量

减少电压损失，降低电压波动，有效改善供电质量。FACTS控制的意义：减少运行和传输的投资成本，增强系统的安全性和可靠性，提高功率传输能力，全面提高输送到用户的电能质量。

2.降损措施

2.1提高输电容量，优化利用发电资源

建设新的交流或直流输电线路，升级现有线路和使现有线路的运行逼近它们的热稳定极限，是提高输电容量的三种主要方法。

当采用架空输电线路，远距离大容量传输电能时，高压直流输电线路（HVDC）的效率比高压交流输电线路更高一些。在同样的电压等级下，HVDC系统的输电容量是交流线路的2到5倍；而当传输的功率相同时，由于直流线路不传输无功功率，换流器的损耗仅为传输功率的1.0%～1.5%，因此HVDC输电系统的总损耗要小于交流系统。提高现有线路的输电容量，可以提高电压等级，增加导线截面积及每相的分裂导线数，或采用耐高温线材。最近耐高温线材技术的进步，为减轻中短距离输电线的热稳定极限的限制提供了一条有效途径。采用耐高温线材的输电线传输的电流是普通线材输电线（例如铝包钢增强型导线）的2到3倍，而它的截面直径与普通导线相同，不会增加杆塔等支撑结构的负担。在许多情况下，由于电压约束、稳定性约束和系统运行约束的限制，输电线路的运行容量远低于线路的热稳定极限。许多技术即针对如何提高输电容量的利用程度而被发明出来。

2.2合理进行无功补偿，提高电网的功率因素

无功补偿按补偿方式可分为集中补偿和分散补偿。

2.2.1集中补偿

在变电站低压侧，安装无功补偿装置（电容器），安装配置容量按负荷高峰时的无功功率平衡计算，安装电容补偿装置的目的是根据负荷的功率因数的高低而合理及时投切电容器，从而保证电网的功率因数接近0.9，减少高压电网所输送的无功功率，使输电线路的电流减少，从而降低高压电网的网损。

2.2.2分散补偿

由于电力用户所使用的电器设备大多都是功率因数较低，例如工厂的电动机、电焊机的功率因数更低，为提高功率因数，要求大电力用户的变压器低压侧安装电力电容器，其补偿原理与变电站的无功补偿大致相同，不同的是用户就地补偿采用随机补偿，利用无功补偿自动投人装置及时、合理地投切无功补偿电容器，保证10kV电网的功率因数符合要求（接近0.9），从而减少10kV配电线路的电能损耗。

2.3抓紧电网建设，更换高耗能设备

导线的电阻和电抗与其截面积成反比.因此，截面积小的线路电阻和电抗大，在输送相同容量负荷情况下，其有功和无功损耗大。目前，配电网，特别是农网中，部分线路线径截面小，负荷重，导致线损率偏高。此外，配电网中还存在相当数量的高耗能配电变压器，其空载损耗P、短路损耗P、空载电流百分值I%、短路电压百分比U%等参数偏大.根据这些情况，应抓紧网架建设，强化电网结构，并按配电网发展规划，有计划、有步骤地分期分批进行配电设施的技术改造，更换配电网中残旧线路、小截面线路以及高耗能变压器。

2.4降低输送电流、合理配置变电器

2.4.1提高电网的电压运行水平，降低电网的输送电流

若变电站主变采用有载调压方式调压，调压比较方便，根据负荷情况，随时调节主变压器的分接开关保证电网电压处于规程规定的波动范围之内，最好略为偏高，避免负荷高峰期电网的电压水平过低而造成电能质量的下降，同时也可提高线路末端的电压，使线路电流下降，从而达到降损目的。

2.4.2提高输配电网效率的另一项关键技术，就是提高电气设备的效率

其中，提高配网变压器的效率尤其具有重大意义。从节能的观点来看，因为配网变压器数量多，大多数又长期处于运行状态，因此这些变压器的效率哪怕只提高千分之一，也会节省大量电能。基于现有的实用技术，高效节能变压器的损耗至少可以节省15%。通常在评价变压器的损耗时，要考虑两种类型的损耗：铁芯损耗和线圈损耗。铁芯损耗通常是指变压器的空载损耗。因为需要在变压器的铁芯中建立磁场，所以不论负荷大小如何，它们都会发生。线圈损耗则发生在变压器的绕组中，并随负荷的大小而变化。因此它又被称为负荷损耗。变压器的空载损耗可以通过采用铁磁材料或优化几何尺寸来减少。增加铁芯截面积，或减小每一匝的电压，都可以降低铁芯的磁通密度，进而降低铁芯损耗。减小导线的截面积，可以缩短磁通路径，也可以减小空载损耗。降低负荷损耗有多种方法，比如采用高导通率的线材，扩大导线截面积，或用铜导线来替代铝导线。采用低损耗的绕组相当于缩短了绕组导线的长度。更小的铁芯截面积和更少的匝数，都可以减少线圈损耗。

从以上的分析可见，减少空载损耗可能导致负荷损耗的增加，反之亦然。因此，降低变压器的损耗是一个优化的过程，它涉及物理、技术和经济等各方面因素，还要对变压器整个使用寿命周期进行经济分析。在大多数情况下，变压器的设计都要在考虑铁芯及绕组的材料、设计，以及变压器的业主总费用等各方面因素后，得到一个折中的方案。所谓业主总费用，是指花费的费用不但要包含购买变压器的初期投入，而且还包括整个运行使用寿命周期内的各种损耗。

2.5降低导线阻抗

随着城区开发面积不断扩张，低压配电网也越来越大，10kV配电网也不断延伸，如何规划好各个供电台区的供电范围将至关重要，随着居民生活水平的不断提高，用电负荷与日俱增，为了解决0.4kV线路过长、负荷过重的问题，在安全规程允许的情况下，将10kV电源尽量引到负荷中心，并且根据负荷情况，合理选择10kV配变的分布点，尽量缩小0.4kV的供电半径（一般为250m左右为宜），避免迂回供电或长距离低压供电。目前，研究人员正在研究高温超导体，用它制成的高温超导输电线所能传输的电能是普通铜质线材的3到5倍。即使算上用于超导材料冷却的消耗，采用高温超导线材的输电网的损耗，也要远小于普通的架空输电线和电缆。与普通线材的5%到8%的电网损耗相比，采用高温超导线材的电网损耗仅为0.5%。而且，如果用超导线材替代传统变压器绕组中的铜导线，还可以进一步降低网损。以一个100兆瓦变压器为例，超导线圈变压器的总损耗（包括线损，铁耗和线圈冷却消耗）一般是普通变压器的65%到70%。

2.6降损的管理措施

由管理因素和人的因素造成的线损称为管理线损。首先要比较统计线损率与理论线损率，若统计线损率过高，说明电力网漏电严重或管理方面存在较多问题.其次理论线损率与最佳线损率比较，如果理论线损率过高就说明了电力网结构或布局不合理，电力网运行不经济，最后如果固定损耗和可变损耗对比，若固定损耗所占比例较大，就说明了线路处于轻负荷运行状态，配电变压器负荷率低或者电力网长期在高于额定电压下运行。总之展开定期线损分析工作不仅可找出当前线损工作中的不足，指明降损方向，还可以找出电力网络结构的薄弱环节，发现电力网运行中存在的问题，并可以查找出线损升、降的原因，确立今后降损的主攻方向。

降损节电是复杂而艰巨的工作，既要从微观抓好各个环节具体的降损措施，又要从宏观上加强管理：从上到下建立起有技术负责人参加的线损管理队伍，定期进行线损分析，及时制定降损措施实施计划；搞好线损理论计算工作，推广理论线损在线测量，及时掌握网损分布和薄弱环节；制定切实可行的网损率计划指标，实行逐级承包考核，并与经济利益挂钩；搞好电网规划设计和电网改造工作，使网络布局趋于合理，运行处于经济状态；加强计量管理，落实有关规程。

2.7高温超导体技术

目前，研究人员正在研究高温超导体，用它制成的高温超导输电线所能传输的电能是普通铜质线材的3到5倍。即使算上用于超导材料冷却的消耗，采用高温超导线材的输电网的损耗，也要远小于普通的架空输电线和电缆。与普通线材的5%到8%的电网损耗相比，采用高温超导线材的电网损耗仅为0.5%。而且，如果用超导线材替代传统变压器绕组中的铜导线，还可以进一步降低网损。以一个100兆瓦变压器为例，超导线圈变压器的总损耗（包括线损，铁耗和线圈冷却消耗）一般是普通变压器的65%到70%。据估算，通过降低输配电网损耗，可直接提高电网能源利用效率约占总电量的1%。

上述技术可以单独使用，也可以组合起来使用。这些技术的推广应用，不但需要平衡长远利益和现实成本的矛盾，还需要相关部门的不断探索、政策环境的不断推动和全社会的支持。但一旦使用开来，整个电网的网络损耗将会大大减少。

3.总结

降低输电线路损耗提高资源利用率，提高设备使用效率，提高国民生活质量具有重要意义。如何降低输电线路损耗在传统输电技术中大概有提高输电电压等级，进行无功补偿装置等等，但由于传统降损方法尚达不到上述方法的实际技术要求，所以以传统降损方法进行的效果并不理想。智能电网概念的提出，柔性输电技术的诞生，从根本上实现了传统降损方法所无法取得的效果。

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