电网线损分析及降损措施

线损分析及降损措施

一、线损产生的原因及构成

(一)、线损产生的原因

在电力系统中,电能是通过消耗一次能源由发电机转化产生,通过电网输送到千家万户的,在这个过程中,从发电机到电网中的线路、变压器、无功设备、调相及调压设备、绝缘介质、测量、计量设备、保护装置等输送和变换元件要消耗电能,此外,还有一些不明损失如窃电、漏电、表计误差、抄表影响等也将引起线损率的波动。针对以上产生线损率的原因并结合多年来线损管理的经验,降低线损应从技术和管理两方面入手,首先要对线损的构成进行仔细的分析,根据线损产生的具体原因有针对性地制定降损措施,有效地降低线损率。

电能损耗是电能在输电、变电、配电、用电等各个环节中的损耗,它可分为固定损失、变动损失、其它损失三部分。

1、固定损失

一般不随负荷变动而变化,只要设备带有电压,就要消耗电能,就有损失,与通过设备的功率或电流大小无关,因此,也叫空载损失(铁损) 或基本损失。主要包括变压器、调相机、调压器、电抗器、消弧线圈等设备的铁损及绝缘子的损失、电晕损失、电容器和电缆的介质损失、电能表电压线圈的损失等。

2、变动损失

它是随着负荷的变动而变化的,与电流的平方成正比,因此,也称可变损失或短路损失(铜损)。主要包括变压器、调相机、调压器、电抗器、消弧线圈等设备的铜损,输、配电线路和接户线的铜损,电能表电流线圈的铜损。

3、其它损失

是指在电能的输、变、配、用过程中的一些不明因素和在供用电过程中的偷、漏、丢、送等造成的损失,习惯称为不明损失或管理损失。主要包括变电所直流充电、控制及保护、信号、通风等设备消耗;电能表漏抄、电费误算等营业错误损失;电能表超差、错接线等计量损失;用户窃电损失的电量。

(二)、引起线损的原因分析

1、技术原因分析

(1)、线路损耗

)、电网规划不合理,电源点远离负荷中心,长距离输电使损耗升高;或因线路布局不合理,近电远供,迂回供电,供电半径过长等原因使损耗升高。

2)、导线截面过大或过小,线路长期轻载、空载或过负荷运行,不能达到最佳经济运行状态引起损耗升高。

3)、线路老化,缺陷严重,瓷件污秽等原因引起绝缘等级降低,阻抗、泄漏增大,损耗升高。

4)、无功补偿不足或过补偿,致使无功穿越,影响了供电能力,使线路损耗升高。

(2)、变电主设备损耗

1)、高耗能主变压器不能及时更新改造。

2)、运行方式不科学,致使主变压器不能按经济运行曲线运行,造成主变过负荷运行或轻载运行。

3)、无功补偿容量不足,无功穿越严重,通过线路、变压器传输,造成功率因数低,电压质量差,有功损耗增加。

4)、主设备老化,缺陷不及时消除等原因使介质损耗和瓷瓶、瓷套泄漏增大,导线接头设备线夹接触电阻增大,损耗增加。

(3)、配网损耗

1)、配电变压器容量与负荷不匹配,造成“大马拉小车”或“小马拉大车”,引起损耗增加。

2)、配电变压器安装位置不在偏离负荷中心。

3)、低压无功补偿不合理,高峰欠补,低谷过补。

4)、电压等级设置不合理。高耗能配电变压器没有及时更换。

5)、低压线路三相负荷不平衡,引起中性线电流增大,损耗增加;因低压线路过长引起末段压降过高使损耗增加;接户线过细、过长,破损严重使损耗升高。

(4)、计量误差损耗

1)、电流互感器角误差不符合规定要求,精度不够。二次线截面过小,二次压降过大。

2)、用电负荷小,计量设备容量大,长期轻载或空载计量,使计量误差增大。

2、管理原因分析

(1)、电网运行设备检修质量对线损的影响。

(2)、营业工作中抄、核、收管理不到位,漏抄、估抄、漏计、错计现象严重。

(3)、内部生活、生产用电无表计计量。

4)、对排灌、供热等季节性供电配变不能及时停运。

(5)、计量设备不按周期检修、校验、轮换。

(6)、用户违章用电、窃电。

二、降损措施

为了保护经营成果,降低线损,提高企业的经济效益,针对造成线损率高的具体原因,分别从技术和管理两方面实施降损措施。

(一)、技术措施

降低线损的技术措施包括需要增加一定投资对电网进行技术改造的措施和不需要增加投资仅需改善电网运行方式的措施。

1、加强电网改造

由于各种原因导致的电网规划不合理,如送变电容量不足,出现“卡脖子”现象;或电源点远离负荷中心,长距离输电;因线路布局不合理,近电远供,迂回供电,供电半径过长等现象,不但影响了供电的安全和可靠性,还使电网损耗升高。为全面落实科学发展观,电网建设要以市场需求为导向,以安全为基础,以提高更大范围优化配置资源的能力为重点,坚持电网的节约发展、安全发展、协调发展,进一步加快电网建设,基本消除电网瓶颈,保证电力输送和分配,满足经济社会发展的需要。优化电网结构,提升电网技术装备水平。提高电网安全稳定水平,确保电网经济可靠运行。电网改造主要从四个方面进行:一是要调整不合理的网络结构;二是要进行电网升压改造,简化电压等级;三是要优化电源分布;四是要推广应用新技术、新工艺、新设备和新材料。

2、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。

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。例如,当发生“并联支路潮流”或“环路潮流”问题时,调相器常被用来消除支路的热稳定限制。串联电容补偿是另一种远距离高压交流输电线路常用的提高输电容量的方法。现在人们利用大功率电力电子技术开发了一系列设备,统称为柔性交流输电设备,它可以使人们更好地利用输电线、电缆和变压器等相关设备的容量。据估计,柔性交流输电设备的推广应用,可以将现在受电压约束和稳定约束限制的线路的最大输电容量提高20%~40%。

3、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。

(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)、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。例如:10kV线路末端进行无功补偿,如补偿前0.7到补偿后功率因数达到0.9,经过补偿后,电能损失减少了39.5%,节能效果可见一斑。

4、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,应抓紧现在的农网改造工程建设,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。

5、降低输送电流、合理配置变电器

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,例如:电压水平从额定值的95%升到105%时,线路所输送的电流降低9.5%,电能损耗下降18.2%。同样道理,对于用户配电变压器及10kV公用配变,可根据季节的变化,在规程规定电压波动范围内可合理调节配变的分接开关,尽量提高配网的电压运行水平,同样达到降损的目的。另外,可根据负荷的大小,利用变压器并列经济运行曲线分析负荷情况,合理切换,实行并列运行或是一单台主变运行,减少变电站的主变变损。

(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%,现在电网中S7及以下高能耗变压器还有不少,例如我公司高能耗变压器还占37.3%。

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。合理配置配电变压器,对各个配电台区要定期进行负荷测量,准确掌握各个台区的负荷情况及发展趋势,对于负荷分配不合理的台区可通过适当调整配电变压器的供电负荷,使各台区的负荷率尽量接近75%,此时配变处于经济运行状态。在低压配电网的规划时,也要考虑该区的负荷增长趋势,

“大马拉小车”的现象。另外严格按国家有关规定选用低耗变压器,对于历史遗留运行中的高损耗变压器,在经济条件许可的情况下,逐步更换为低损耗变压器,减少配电网的变损,从而提高电网的经济效益。

6.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%。

无论高低压的线路截面选择都对线损影响极大,在规划时要有超前意识,准确预测好该处在未来几年内的负荷发展,不得因负荷推测不准而造成导线在短期内过载。在准确推测负荷发展的前提下,按导线的经济电流密度进行选型,并留有一定裕度,以保证配电网处于经济运行状态,实现节能的目的。

7、合理安排运行方式

(1)、电力系统和电力网的经济运行

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。在系统有功负荷经济分配的前提下,做到电力网及其设备的经济运行是降低线损的有效措施。而变电站的经济运行主要是确定最佳的变压器运行组合方式和最佳负荷率。对于环网的合理运行方式的确定,到底是合网运行还是开网运行,以及在哪一点开环都是与电网的安全、可靠和经济性有关的问题。从增强供电可靠性和提高供电经济性出发,应当合环运行,但是合环运行会导致继电保护复杂化,从而使可靠性又受影响。而开环运行应根据网损计算结果并考虑安全性和可靠性原则选择最佳解列点。

(2)、电力网的合理运行电压

电力网的运行电压对电力网中的元器件的空载损耗均有影响。一般在35kV及以上供电网

1%,可降低损耗1.2%左右。要提高电网的电压水平,除了提高发电机出口电压外,主要是搞好全网的无功平衡工作,其中包括提高用户功率因数,采用无功补偿装置等。在无功平衡的前提下调整变压器的分接头也是重要手段。在6~10kV 农配电网中,由于空载损耗约占总损耗的50%~80%,特别是在深夜时,因负荷低,则空载损耗的比例更大,所以应根据用户对电压偏移的要求,适当降低电压运行。而对于低压电网,其空载损耗很小,宜提高运行电压。所以在电网运行中,大量采用有载调压设备可以在不同的负荷情况下合理地调整电网的运行电压。

(3)、电网变压器的经济运行

据统计,电力网中变压器的损耗占全系统线损总量的30%~60%,降低变压器的损耗是电网降损的重要内容。根据负荷的变化适当调整投入运行的变压器台数,可以减少功率损耗。当负荷小于临界负荷时,减少一台变压器运行较为经济;反之,当负荷大于临界负荷时,并联运行较为经济。一般在变电站内应设计安装两台以上的变压器为改变系统运行方式的技术基础。这样既提高了供电的可靠性,又可以根据负荷合理停用并联运行变压器的台数,降低变压器损耗。同时变压器一般要选用节能型。对于负荷受季节变化影响大的农配电变压器,可以采用子母变压器,可根据不同季节的负荷情况,选择投切容量降低空载损耗。

(4)、调整负荷曲线、平衡三项负荷

负荷峰谷差大,在供电量相同的情况下损耗大,变压器三相负荷不平衡时,特别是低压网络,既影响变压器的安全运行又增加了线损。对于峰谷差较大的负荷,应采取双回路供电方式。而对三相不平衡的负荷,调整负荷是主要技术手段。三相不平衡在配电线路中经常出现。如果不平衡度大,则不仅增加相线和中线上的损耗,同时危及配变的安全运行。为了减少这方面的损耗,应及时调整三相负荷,应根据各用户的用电规律,合理而有计划地安排用电负荷和用电时间,提高电网负荷率。通过调整三相不平衡电流,减少中线的电流,达到降低线损和安全运行的目的。

8、提高计量准确性

计量工作的好坏,直接影响线损统计的准确性。要坚持用合格的电能表,用精确的互感器,坚持轮校轮换周期,提高校验质量。对电网中存在DD14,DD28,DT8,DS8等这些国家已明令淘汰的电能表应全部更换,减少计量损失,积极采用误差性好、准确度高、起动电流小、超载能力强、抗倾斜、防窃电、可实现抄表自动化管理且表损低的全电子电能表,提高计量精度、合理设置计量点,推广使用具有宽量程,高精度电子式电能表。对低压电流互感器应由0.5级更换为0.2级,提高计量准确度,杜绝人为因素的影响,及时查处现场各种计量差

(二)、管理措施

除了通过技术措施降低线损外,加强组织和管理也是降损的重要措施。由管理因素和人的因素造成的线损称为管理线损。降低管理线损的措施有多种,定期展开线损分析对于确保取得最佳的降耗目标和经济效益起着非常重要的作用。

1、加强线损理论计算和实际统计线损比较。

线损理论计算和分析理论线损是线损管理的最基础资料,是分析线损构成,制定技术降损措施的依据,也是衡量线损管理好坏的尺度,所以必须加强线损理论计算,并要认真分析理论线损和实际线损的差距。把统计线损率与理论线损率作认真地比较,若统计线损率过高,则说明管理线损过大,电力网漏电严重或管理方面存在较多问题,应从“偷、漏、差、误”现象和“抄、核、收”不到位现象着手,有针对性地制定管理措施,降低线损。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,推动线损管理工作的全方位开展。

2、加强计量管理

搞好计量管理工作,对线损管理很有意义。首先,完善计量管理制度,把好计量设备的采购、选配、校验、安装维护关,对不合格、不符合计量标准的计度设备不安装、不校验、不供电等措施,定期进行轮校轮换,规范了计量管理流程。合理设计计量设备容量,避免小负荷,大容量,长期轻载或空载计量,使计量误差增大。并充分发挥用电检查部门职能,大力开展营业普查,查处违章用电和窃电现象,针对重点用户可加装防窃电的电能表,可根据不同用户和不同用电性质的负荷采用高、低压计量箱,加强计量点的管理。其次,健全营销管理制度,要求抄表人员严格按照规定日期完成抄收工作,抄表时间及抄表人公开公布,主管部门不定期组织抽查,杜绝抄表不同步、漏抄、估抄或不抄现象,确保抄表及时准确,核算细致无误。严格防止“估、漏、送”现象,进一步加强营业管理,规范用电市场。

3、加强电网运行设备检修质量

提高设备检修质量,对线损管理大有益处。变电设备的高质量检修,可以保证电压互感器、电流互感器的稳定运行,可以确保电流、电压端子可靠接触,对提高电能计量准确度大

。在春、秋两季的输配线路检修,应认真组织及时清除线路通道障碍,对线路绝缘子进行擦拭维护,及时更换零值、破损的瓷瓶,提高线路绝缘水平,减少事故跳闸次数,减少线路漏电。合理安排检修对线损管理同样具有重要意义,当某一设备停下来检修时,可能由另一设备来代替,但是由于负荷的增加,损耗也增加了,因此应缩短检修时间,减少损耗的发生,行之有效的办法是制订检修定额工时,采用承包责任制。

4、加强线损管理体系建设

随着国家电网公司“一强三优”现代公司发展目标的推进,线损管理的职能式组织结构的各种弊端逐渐显现出来,“电网坚强”所要求的“经济高效”被忽略。健全线损管理体系就尤为重要,线损工作是全员、全过程、全方位的工作,强化线损管理首先要从强化领导体系入手。供电企业应建立健全由主管领导亲自挂帅,生技、调度、计量、营业等部门领导和线损专责人以及各供电所线损专责人参加的三级线损管理网络,完善了电能计量管理、用电检查、用电营业报装等环节的具体工作规范、程序和要求,形成在管理体制、权利设置、程序控制、奖惩激励四个环节全过程的制约因素。并定期召开线损分析例会,重点问题重点分析,专项议题随时讨论,使信息反馈及时、准确,分析研究渠道畅通。供电企业应根据线损理论计算值、历年线损完成情况,稳步下降的原则,下达企业的年度综合线损指标,并且科学、合理地分解线损指标,及时按照月、季、年对线损实际完成情况进行实行动态管理并严格考核。形成降损措施迅速落实,快捷、高效的管理体系,保证了线损管理工作的高效有序开展。

(三)、技术降损和管理降损的关系

对照线损产生的原因,降损的手段可分为管理降损和技术降损。技术降损措施得当可以带动理论线损值的降低,管理降损措施得当可以促使实际线损值向理论线损值逼近,由此可见技术降损与管理降损对县级供电企业线损效益同等重要。一般而言技术降损需要大量的资金投入,以优化电压等级、改善网络结构、缩短供电半径、优化无功配置等方式来达到降压的目的;而管理降损一般资金投入量较小,通过加强管理,减少供电环节人为因素造成的“跑、冒、滴、漏”电量损失来达到降损的目的。既然技术降损与管理降损有区别,那么是否可以使两者处于游离状态,答案必定是否定的。技术降损和管理降损是降损管理过程中的两个轮子,缺一不可。管理降损活动需要管理,技术降损活动更加需要管理,否则大量的资金投入将无法见到良好的经济效益。线损管理就是要通过有效的组织结构、激励机制、控制手段,实现资源有效整合,通过管理措施与技术手段使其更好的为县级供电企业的线损战略目标服务。

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。

虽然降低损耗的方式多种多样,但我们不应盲目模仿,而应按照具体要求来采取不同的降损措施。

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