配电网电能损耗机理与节能降耗措施探析

摘要：配电网作为电能配置的受端环节，覆盖区域广，用户及其设备繁多，其运行状况是电网经济效益和社会能耗的重要体现。本文首先剖析了配电网电能损耗产生的元件和机理，明确了影响配电网中设备和用户能耗的关键因素及其节能潜力，然后本文基于上述原理分析，同时也结合实际运行经验，对配电网建设改造、运行调整及管理监控等几个方面进行探讨并提出了相应的节能降耗措施。

关键词：配电网；电能；节能降耗；线损管理

1引言

近年来，随着我国经济的发展，用电负荷持续快速增长，配电网中广泛存在着线损率偏高、电能损失严重的现象。在当前能源供应日趋紧张的形势下，积极采取合理的节能降耗措施，有效降低配电网电能损耗，对实现节能环保和低碳经济具有重要的作用。目前，国内外很多学者和研究机构针对配电网节能方案开展了大量研究[1-5]，这些研究具有重要的参考价值。本文以配电网节能降耗的现状和基本概念为出发点，先从理论上分析了配电网络中电能损耗产生的物理机理，然后结合实际建设、改造、运行的工程因素有针对性的研究了配电网节能降耗措施，这些措施及方案对配电网节能工作的开展具有很好指导意义。

2. 配电网物理网损产生机理

配电网中的电能损耗主要为线路损耗和配电变压器损耗，此外配网中的电容器、断路器、开关等设备在运行过程中也会产生一定的损耗。本文先分析配电网网损产生的物理机理和相关因素，为下一步研究配电网节能降耗措施提供了理论基础。

2.1 配电线路上的损耗

配电线路是配电网中最基本也使用最多的元件，其等值电路常以电阻、电抗、电纳、电导来表示，如下图1所示。

图1 配电线路等值电路图

根据电路原理可知，配电线路的大部分有功损耗ΔPL计算式如下：

(1)

式(1)中，RL为线路等值电阻；IL为线路输送电流；P为线路输送的有功功率；U为线路运行电压；cosφ为线路运行功率因数。

考虑配电线路一定运行周期内负荷存在波动，则线路在运行时间T内的有功电能损失ΔAL计算式如下：

(2)

式(2)中，IL(t)为线路t时刻电流；Ieq为线路等效电流值；Iav为线路平均电流值；Uav为平均运行电压；Pav为平均输送有功功率；cosφav为线路平均功率因数，K为形状系数，随负荷波动程度的增大而增大。

可见，线路的负载大小、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。电阻越小、负荷波动越小、运行电压和功率因数越高将更有利于线路损耗的降低。

2.2 配电变压器的损耗

中压配电网中一般采用双绕组变压器，配变的有功损耗ΔPT和无功损耗ΔQT如下：

(3)

(4)

式(3)~(4)中，ΔPCu、ΔPFe为配变负载有功损耗和空载有功损耗；ΔQCu、ΔQFe为配变负载无功损耗和空载无功损耗；S、SN为运行视在功率和额定视在功率；U、UN为运行电压和额定电压；PkN、P0、I0%、UkN%依次为配变参数：短路损耗、空载损耗、空载电流百分值、短路电压百分值，其中PkN和P0可由配变高低压绕组的总电阻RT和配变励磁支路的电导GT计算得到，参考图2。

图2配电变压器等值电路

考虑到配变运行实际，并忽略电压波动的影响，配变年电能损耗ΔAT和年运行效率η如下：

(5)

(6)

式(5)~(6)中，βmax为配变最大负载率，即βmax=Smax/SN；τmax为年最大负荷损耗小时数；Tmax为年最大负荷利用小时数；cosφ为配变年负荷等效至最大负荷的对应功率因数。

可见，提高变压器自身技术参数、减小流过变压器的无功以减小运行视在功率(提高配变负载功率因数)、合理选择运行电压，可以降低变压器的有功损耗。此外，减小变压器的负载波动和恰当的安排其负载率也可以降低其损耗电量。

2.3 并联电容器的损耗

电容器在配电网中起到减少无功潮流和有功损耗的作用，广泛应用于中低压配电系统中。但电容器的投运本身也会产生一定的损耗：

ΔPC=QCtana(7)

式(7)中，ΔPC为电容器有功损耗，QC为电容器的额定容量，tana为电容器介质损耗角。

3配电网节能降耗的措施探析

基于前面的分析，可以对配电网采取建设改造降损、调整运行降损和管理降损措施[2,3]三种措施。

3.1 配电网建设改造降损措施

所谓建设改造措施主要指通过对供配电线路装备进行改造升级，使供配电系统的送电能力得到节能降耗、改善电压质量等效果，常见手段有：

(1) 对电网进行升压改造，减少变电容量并降低配电网络损耗。

(2) 增加电源(变电站、开关站、配电站)布点，减小中低压供电半径。

(3) 增加并列线路运行，降损并提高送电能力。

(4) 更换并增大线路的导线截面。

(5) 改造不合理的接线方式，如迂回线路、卡脖子线路等。

(6) 进行无功就地平衡，适当增加中低压无功补偿。

(7) 逐步更新老式高能耗变压器，采用低损耗、有载调压新型变压器，配电网中适当采用单相变压器。

(8) 更新并推广采用新式节能开关、用电设备等。

3.2 配电网运行调整降损措施

运行调整措施指不需要投资或仅需少量投资，将供配电系统调整至经济优化区间运行，以达到节能降耗的目的，常见手段有：

(1) 确定并改用经济型供配电网络接线方式和合理的运行方式，如最佳合环、闭环、双回路并列运行等。

(2) 根据不同的线路状况选择合理的运行电压。

(3) 合理调整用电负荷削峰填谷，减小负荷波动，提高负荷率。

(4) 开展变压器经济运行，在低负荷时适当停用部分变压器。

(5) 平衡三相用电负荷，减小三相不平衡造成的附加损耗。

3.3 配电网管理降损措施

通过优化配电网的管理运作也可以起到一定的降损效果，其中常见措施如下：

(1) 指标管理，供电企业应进行线损理论计算，并与实际情况相比较，以获得较合理的线损指标，将指标按年、季、月下达给各基层部门并纳入经济责任制考核。

(2) 无功管理，根据负荷用电特点，选择合适的电容器投切依据。

(3) 谐波管理，供电企业应对本系统的谐波存在和污染程度进行检测，做到心中有数，必要时应采取谐波抑制措施。

(4) 计量管理，对电度表应定时检查、校验，及时调整倍率，降低电能计量装置的综合误差。

(5) 统计分析，分区、分片、分电压等级进行线损统计，定期分析线损现状，分析电压、无功工作中出现的问题，提出改进措施，确保线损指标的完成。

4结论

目前，国家电网和南方电网均对配电网节能降耗提出了明确的目标，配电网因电压等级低，用户和设备极多，线损长期居高不下，一直是节能降耗的重点。本文从研究损耗产生的基本元件和物理原因出发，结合实际配电网现状和实际因素，合理的提出节能降耗的建设、改造、运行及管理措施，既有理论依据，也有相当的工程实用价值。

参考文献

[1] 张利生. 电力网电能损耗管理及降损技术[M]. 北京:中国电力出版社，2006.

[2] 赵全乐. 线损管理手册[M]. 北京：中国电力出版社，2007.

[3] 河南省电力公司. 城市中低压配电网建设改造技术细则. 2007.

[4] 王正风. 变压器容量选择和经济运行[J]. 变压器. 2006, 43(3):30-32.

[5] 中国南方电网有限责任公司. 中国南方电网城市配电网技术导则. 2006.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。