降低线损的技术措施

降低线损的技术措施降低线损的技术措施大致分为两大类。一类是对电力网实施改造，在提高电力网的送电能力及改善电压质量的同时也降低了线损。因这类措施需要一定的投资，所以一般要根据技术经济分析来论证它们的合理性。另一类措施不需要投资费用，只要求改进电力网的运行管理，即可达到降低线损的目的。电力网运行管理部门应该重视这类措施，并在日常的运行和线损管理工作中积极贯彻实施。下面简要介绍降损的一些主要技术措施。一、选择合理的接线方式和运行方式电力网各部分的接线方式和运行方式是否合理，不但会影响供电的安全和质量，也会影响线损的大小，属于这方面的降损措施有以下几种：（1）高压引入大城市负荷中心随着城市发展和负荷的不断增长，原有的35kV和6～10kV高压配电网的负荷越来越重，而线损电量中的负载损耗是与负荷平方成正比，如果维持这种较低电压等级电网长距离供电状态，不但电压质量不能保证，线损电量也将达到不能允许的程度。对这种电力网采用110kV或220kV的较高电压引入的接线方式进行改造，是降损的有效措施之一。（2）对电力网进行升压，简化电压等级，减少重复的变电容量电力网元件（线路或变压器）中的负载功率损耗ΔP（kW）为ΔP=3I2R×10-3=22SRU×10-3=222cosPRU×10-3=222PQRU×10-3（9–29）式中，I——通过元件的电流，A；R——元件的电阻，Ω；S、P、Q——分别是通过元件的视在功率，kVA；有功功率，kW；无功功率，kVar；U——加在元件上的电力网电压，kV。由式（9–29）可知，在负荷功率不变的条件下，把电力网的电压提高，则通过电力网元件的电流将相应减小，负载损耗也随之降低。因此，升压是降低线损很有效的措施。升压可以和旧电力网的改造结合进行，减少电压等级，简化电力网的接线，适应负荷增长的需要，并降低电力网的线损。改善供电结构，减少重复的变电容量也可以降低线损。（3）合理确定环网的闭环或开环运行，或改变环网的断开点在环网中，不考虑各段线路中有功功率、无功功率损耗时的功率分布，称为近似功率分布；按照各线段阻抗关系的分布称为自然功率分布；按照各线段电阻的分布称为经济功率分布，此时对应的环网有功功率损耗最小。如果是均一的电力网，即各线段的X/R=常数，则自然功率分布和经济功率分布的差别愈大，有功功率损耗的差值也就愈大。在不同电压等级通过变压器连接的环网中，由于变压器的电抗与电阻的比值大于线路的电抗和电阻的比值，所以使电力网的不均一程度增大。为了降低线损，首先应该研究环网闭环还是开环运行比较合理的问题。在电力系统中，有时因为在闭环运行时断路器容量不足，或继电保护的配置比较复杂，往往使环网开环运行，而让有些线路处于带电的热备用状态。在闭环以后，原备用线路中有了功率流动，似乎会增加功率损耗，但由于这时其它线段中的功率都有改变，功率损耗有可能比开环时要小，这要通过计算和比较才能确定。当各个负荷的负荷曲线形状基本相同时，只需要比较不同断开点的方案，或闭环和开环不同运行方式时的功率损耗。如果各变电站的负荷曲线形状差别较大，则要比较不同方案的电能损耗，才能确定哪个运行方案比较经济合理。因为完全有可能在某些时间内一个方案的电能损耗较小，而在另一些时间内另一个方案的电能损耗较小。（4）利用纵横向调压变压器或串联电容器实现功率的经济分布为了降低不均一环网中的功率损耗和电能损耗，可以在环网自然分布的功率上叠加一个强迫的循环功率，并使两者之和等于经济的功率分布。要在环网中形成一个强迫的循环功率，必须要有一个附加电势。由于电力网的负荷是随时变化的，功率分布也随时间变化，所以循环功率应该是可以调节的。要产生一个可以调节的强迫循环功率，必须要有一个可以调节的附加电势。因为附加电势既有与电力网电压同相的纵向分量，又有与电力网电压相位相差900的横向分量，所以附加电势既要能改变大小，又要能改变相位。这种附加电势是靠在环网中接入串联调压变压器得到的。图9–2（a）为这种横向调压变压器的单相原理接线图，图9–2（b）是电压相量图，图9–2（c）是这种调压变压器在电力网中的接入方式。图中所示的调压变压器只能加入横向附加电势，纵向附加电势可以改变电力网中原有变压器的变比得到。图9–2环网中接入横向附加电势（a）单相原理接线；（b）电压相量图；（c）接入电网方式由于纵横向调压变压器的投资费用较大，所以一般在由不同电压等级线路组成的、并流过巨大功率的环网中，才采用这种纵横向调压变压器。在一般的不均一电网中，可采用串联电容器来补偿线路的部分阻抗，以达到功率的经济分布。图9–2所示为两条不同截面导线的线路所组成的最简单的环网。两条线路中的电流与它们的阻抗成反比分配，即*1222*1112IZRjXZRjXI（9–30）且有***12III。假定22XR＞11XR，为了满足经济分布的条件，可以在XR比值较大的一条线路上（2#）串联接入电容器来补偿它的部分电抗，以达到两条线路的XR比值相等，从而使电流分布符合有功功率损耗最小的条件。可见，接入的电容器的容抗XC应满足下式的要求2121CXXXRR（9–31）从上式可求出补偿的容抗为2211CRXXXR（9–32）也就是说，2#线路的补偿度为11222/1/CCXXRKXXR（9–33）（5）避免近电远供或迂回供电图9–3所示为某电力网的部分运行接线图。变电站A和B都由发电厂C供电，断路器2断开。当发电厂C检修设备不供电时，如果断路器2仍断开，变电站B就改由变电站A通过发电厂C的高压母线供电。这时就造成迂回供电的不合理运行方式，因此必须加以调整，即合上断路器2，断开断路器3，把变电站B直接换接到联络线上供电较为合理。必须指出，380/220Ｖ的低压配电网，常常为了不使配电变压器过载而调整配电变压器的供电范围，如果不加注意，往往会出现迂回供电的情况。（6）合理安排设备检修，尽量实行带电检修电力网正常运行时的接线方式，一般是比较安全和经济合理的接线方式。如果遇设备检修，则正常的运行接线不得不加以改变，改变后的接线方式不但会降低运行的可靠性，而且会使线损大量增加。图9–4所示是某电力网的正常运行接线，线路参数及电流均已在图中表明。在正常运行时，断路器6断开，这时的线损功率为P=（502×9.9+102×10.92+1002×13.02）×3×10-3=470.76（kW）当线路AD检修时，则断路器7和8必须断开，这时的线损功率为'P=（1502×9.9+1102×10.92+1002×14.1）×3×10-3=1488（kW）图9–3某电力网的部分运行接线图（实线箭头表示正常运行时的潮流方向；虚线箭头表示发电厂C检修时的潮流方向）图9–4某电力网正常运行与检修时的接线比较（a）正常运行接线图；（b）检修时的运行接线图'PP=1488470.76=3.16计算表明，在同样的负荷条件下，检修时的线损功率为正常时的3倍多。假定检修进行10h，损耗因数为0.5，则多损耗的电量为A=（1488—470.76）×0.50×10=5086（kW·h）。因此，合理安排设备检修，加强检修的计划性，是一项重要的降组措施（例如线路AD的检修可与断路器7、8及由变电站D供电的用户的设备检修或工厂休假日配合进行）。同时尽量缩短检修时间，或者积极实行带电作业来完成检修任务，以减少线损。（7）更换导线，加装复导线，或架设第二回线路由于工农业生产的迅速发展，线路输送功率增加。有一些旧线路原用的导线截面较小，以致电压损耗和线损都很大。在不可能升压的情况下，可以更换截面较大的导线，或加装复导线来增大线路的输送容量，同时达到降低线损的目的。有时还可以架设第二回路，甚至对一部分电力网进行必要的改造。二、搞好电力网的无功功率平衡，合理确定电力网的电压水平合理确定电力网的电压水平的措施，主要是搞好无功功率的平衡工作，其中包括合理调节发电机的励磁、提高发电机的电压、提高用户的功率因数、采用无功功率补偿设备和串联电容器等，其次才是调整变压器的分接头。下面主要说明调整变压器分接头或采用带负荷调压变压器对降低线损的影响。图9–5调整变压器分接头（a）调整前分接头；（b）调整后分接头图9–5所示是一电力网的接线图，图中已注明所有变压器与分接头的运行位置对应的变化，UF为发电机电压。图9–5（b）所示是变压器分接头改变后的接线图。假定发电机电压和负荷在变压器分接头改变前后保持不变，而把T1的分T2T3T4T1T3T2T1T4接头由124kV改接到127kV，则110kV电力网的电压就提高2.5%；T2的分接头从115.5kV换接到112.8kV，中压侧分接头从38.5kV移到40.4kV，则35kV电力网的电压又提高7.5%，总共提高10%。而T2的6kV侧提高了（2.5%+2.5%=5%）。为了使用户处的电压保持不变，T3的分接头应从33.3kV改接到36.7kV，T4的分接头应从6.0kV换接到6.3kV。由于6、35、110kV各级电压电力网的电压水平分别提高了5%、10%及2.5%，故它们的负载损耗可以降低。如果各种电压电力网的空载损耗占总损耗的比例仅为10%，可以算出上述3种电压的电力网总损耗分别可降低约7.5%、15%和3.75%。由此可见，变压器工作的分接头位置，既要根据电压质量的要求，也要考虑减少线损的可能来合理选择。但必须指出，如果系统中无功功率供应比较紧张，用调整变压器分接头来提高电力网电压的办法，将使负荷的无功功率消耗增加。虽然这时110kV以上线路的有功功率将因电压提高而增加，但系统的无功功率仍无法平衡，迫使电压不能维持在拟提高的电压水平上。所以只有在搞好电力网无功功率平衡的前提下，才能依靠改变变压器分接头位置来提高电力网的电压水平。也必须指出，在非排灌季节，农村电力网的电压一般会偏高，应当从110kV和35kV主变压器分接头位置的调整着手，降低10kV农用配电线路的电压水平，以减少变压器的空载损耗。三、采用无功功率补偿设备和提高功率因数图9–6所示为一个简单的电力系统。从图中可以明显地看出，在负荷的有功功率P保持不变的条件下，提高负荷的功率因数，可以减小负荷所需的无功功率Q，因而可以减少发电机送出的无功功率和通过线路及变压器的无功功率，所以也将减少线路和变压器中的有功功率和电能损耗。GT1T2P+jQ图9–6简单的电力系统3.1.无功补偿降损效益的计算3.1.1.减少功率损耗的计算由式（9–29）可知，当负荷功率因数从cosφ1提高到cosφ2时，有功功率损耗降低的百分数可用下列简单关系式表示2122cos%[1]100%cosP（9–34）因为空载功率损耗与功率因数无关，所以提高功率因数对降低负载功率损耗的影响如表9–1所示。表9–1提高功率因素对降低负载功率损耗的影响功率因素从右列数值提高至0.950.600.650.700.750.800.850.90负载功率损耗降低百分数（%）60534638292010究竟负荷的功率因数提高到什么程度才算经济合理，这个问题关系到安装补偿设备的经济效果和补偿设备经济合理布置的问题。对这个问题的分析，通常采用无功补偿功率当量这个概念。在图9–5所示的简单系统中，设负荷的最大有功功率与最大无功功率同时出现，在负荷处未安装无功补偿设备时，系统中线路和变压器的最大有功功率损耗1zdP为2231210zdzdzdPQPRU（9–35）式中，zdP、zdQ——负荷的最大有功功率，kW；最大无功功率，kVar；R——归算到电压U的系统电阻（包括变压器T1和T2以及线路在内的全部电阻），Ω。当负荷处安装了容量为Qbch的补偿设备后，系统中线路和变压器的最大有功功率损耗2zdP为22322()10zdzdbchzdPQQPRU（9–36）因此，由于安装了补偿设备而减少的有功功率损耗为3122(2)10zdbchbchzdzdbPbchQQQPPRCQU（9–37）32(2)10zdbchbPQQCRU（9–