電網(wǎng)經(jīng)濟運行分析及措施

【摘要】從電網(wǎng)經(jīng)濟運行的角度提出了利用電網(wǎng)改造、組織變壓器經(jīng)濟運行、電網(wǎng)運行方式、提高負荷的功率因數(shù)、適當提高電網(wǎng)運行電壓、提高系統(tǒng)供電負荷率、電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度等方法，并且介紹了可降低線損及電網(wǎng)損耗的措施，以達到電網(wǎng)經(jīng)濟運行的目的。

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng) 網(wǎng)損 經(jīng)濟運行

0引言

電網(wǎng)經(jīng)濟運行方式是在保證電網(wǎng)安全運行和供電質(zhì)量及滿足供電需求基礎(chǔ)上，通過對電網(wǎng)中變壓器和電力線路不同運行方式所產(chǎn)生的損耗進行定量計算，通過對比優(yōu)選變壓器及電力線路損耗最小的運行方式，從而達到降低電網(wǎng)損耗的目的。

1合理進行電網(wǎng)改造，降低電能損耗

1.1電力線損

按經(jīng)濟電流密度優(yōu)化合理原則可以采用兩線路并聯(lián)運行或增加導線截面積(同時一定程度上增加了電網(wǎng)的成本)。

線路負荷重、供電半徑過長、線路迂回供電，是造成線路損耗增大原因之一。對此，可采取在線路上增設(shè)一條導線，讓兩條線路并列運行的方式。

設(shè)原導線的電阻為R1，新增設(shè)導線的電阻為R2。

改造前線損：

改造后線損：

所降線損：

增大導線截面的同時，也就降低了線路的電阻，從而降低線路的有功損耗。設(shè)增大截面后的導線電阻為R2，則所降線損為：。

因此一條線路，不僅可有效地降低線損，還可提高線路供電的可靠性。

1.2合理選用變壓器容量

農(nóng)網(wǎng)改造中一些農(nóng)村用電負荷。其高峰負荷時間較短而輕負荷時間較長，所以應(yīng)根據(jù)農(nóng)村用電負荷的實際情況合理選擇配電變壓器的容量，避免“大馬拉小車”的現(xiàn)象，以減少變壓器的有功功率損耗。這時，可根據(jù)農(nóng)村用電負荷的實際高峰負荷時間來確定配電變壓器的容量。假設(shè)一天中某村用電高峰負荷為S1，時間為T小時，輕負荷為S2，其時間應(yīng)為24-T小時。在這種情況下，若選擇容量較小的配電變壓器為SNA，較大的為SNB，則其一天中的有功損耗分別為：

若使SA＝SB ，則可求出高峰負荷的時間為：

若實際農(nóng)村照明負荷最大小時數(shù)T＜時，應(yīng)選擇容量較小的配電變壓器。而T＞時，應(yīng)選擇容量較大的配電變壓器，這樣能夠減少配電變壓器的有功功率損耗，實現(xiàn)配電變壓器的經(jīng)濟運行。

通過調(diào)整變壓器的安裝地點可以提高電壓質(zhì)量，降低線損，選用節(jié)能型變壓器淘汰高能耗變壓器可使變壓器運行中的有功損耗和無功消耗最低。

1.3電網(wǎng)類型和結(jié)構(gòu)

(1) 調(diào)整不合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

合理設(shè)計、改善電網(wǎng)的布局和結(jié)構(gòu)，可避免或減少城農(nóng)網(wǎng)線路的交錯、重疊和迂回供電，減少供電半徑太大的現(xiàn)象。

簡化電網(wǎng)電壓等級，降低網(wǎng)絡(luò)損耗。每簡化一級，就可減少一級設(shè)備，并可減少運行管理和檢修工作，以及減少線損。

(2) 積極應(yīng)用節(jié)能裝備

對于配變多為民用生活和工廠供電，因存在峰谷負荷相關(guān)懸殊，低谷用時間內(nèi)存在配變二次電壓升高以及配變的實際電能轉(zhuǎn)換效率低的問題，如果安裝節(jié)能自動相數(shù)轉(zhuǎn)換開關(guān)，就可解決上述問題，從而可有效地降低變壓器、線路空載、輕載損耗。

2合理安排變壓器的運行方式

變壓器經(jīng)濟運行應(yīng)在確保其安全運行和保證供電質(zhì)量的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)有設(shè)備，通過擇優(yōu)選取變壓器最佳運行方式、負載調(diào)整的優(yōu)化、變壓器運行位置最佳組合以及改善變壓器運行條件等技術(shù)措施，從而最大限度地降低變壓器電能損失和提高其電源側(cè)的功率因數(shù)，所以變壓器經(jīng)濟運行的實質(zhì)就是變壓器節(jié)電運行。

2.1變壓器經(jīng)濟負載系數(shù)

合理計算變壓器經(jīng)濟負載系數(shù)，使變壓器處于最佳的經(jīng)濟運行區(qū)。變壓器并非在額定時最經(jīng)濟，當負荷的銅損和鐵損相等時才最經(jīng)濟，效率最高。

2.2平衡變壓器三相負荷

變壓器不平衡度越大，損耗也越大，因此，一般要求電力變壓器低壓電流的不平衡度不得超過10%；低壓干線及主變支線始端的電流不平衡度不得超過20%。電網(wǎng)如果在運行中三相負荷不平衡，會在線路、變壓器上增加損耗，因此要經(jīng)常測量變壓器出口和主干線路的三相電流，做好負荷的平衡工作，減少電網(wǎng)損耗率。

假設(shè)某條線路的三相電流分別為IA、IB、IC，中性線電流為IO，若中性線電阻為相線電阻的2倍，相線電阻為R，則這條線路的有功損耗為：

當三相負荷電流平衡時，這時線路的有功損耗為：

假若中性線電阻和相線電阻一樣大，單相負荷在線路各相上對稱均勻分布時的功率損耗，僅是集中接在某一相上產(chǎn)生功率損耗的1/6。而實際中性線電阻是遠大于相線電阻的，這樣三相負荷不平衡增加的功率損耗會更大。因此，要定期、定時對三相負荷測試，從線路末端開始對不平衡的三相負荷進行調(diào)整，力求單相負荷在各相線上對稱均勻分布。

2.3合理調(diào)配變壓器的并列與分列的經(jīng)濟運行方式

按備用變、容量、臺數(shù)組合等因素，優(yōu)先考慮技術(shù)特性及并列、分列經(jīng)濟的變壓器運行方式。以兩臺變壓器為例：

容量相同時，設(shè)變電站總負荷為S，每臺變壓器額定容量為Sr，變壓器的空載損耗和短路損耗均為、 。

單臺變壓器運行時的損耗：

兩臺變壓器并列運行時的損耗：

由上面兩式可知，在變壓器輕負荷運行時，繞組銅損耗所占比重相對減小，鐵損耗相對增大，在某一負荷下切除一臺變壓器，將使總損耗減少，設(shè)時的負荷功率為臨界功率Srj，當S=Srj時：

由上式可得：

當變電站負荷功率S＜SRJ時，可切除一臺變壓器，單臺變壓器運行，以減少變壓器總的損耗；當變電站負荷功率S＞SRJ時，應(yīng)投入兩臺變壓器運行比較經(jīng)濟。

容量不同時，在計算變壓器損耗時，同時考慮因變壓器投入而引起的線路損耗，即考慮無功經(jīng)濟當量C（指每增加或減少1kvar無功功率所引起的有功功率損耗變化值）。設(shè)兩臺變壓器A和B，其容量SA＜SB，變電站的負荷為S，分3種運行狀態(tài)分析如下：

A變運行時的損耗： (1)

B變運行時的損耗：(2)

A、B變并列運行時的損耗：

考慮由于變壓器投入時引起的線路損耗加大，用無功經(jīng)濟當量C加以修正(I0空載電流，U0短路電壓)：

將上兩式代入式(1)、(2)即可，其邊界條件：

由此解得S，設(shè)求得S＝X；，設(shè)求得S＝Y(jié)，當變電站總負荷S>Y時，應(yīng)投入兩臺變壓器并列運行；當變電站總負荷S

2.4變壓器運行電壓分接頭選擇

在滿足變壓器負載側(cè)電壓需要的前提下，用定量計算方法，按電源側(cè)電壓的高低和按工況負載的大小，對變壓器運行電壓分接頭進行優(yōu)化選擇，從而降低變壓器損耗，提高其運行效率。

2.5考慮變壓器的特殊經(jīng)濟運行以降低損耗

變壓器由于使用范圍較廣，根據(jù)不同的運行方式與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，要考慮一些特殊的運行方式。

3合理調(diào)節(jié)配網(wǎng)運行方式，改善其潮流分布

電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行主要是確定機組的最佳組合和經(jīng)濟地分配負荷。電網(wǎng)要考慮的是全系統(tǒng)的經(jīng)濟性，是在保證區(qū)域電網(wǎng)和地區(qū)電網(wǎng)的安全運行和保證供電質(zhì)量的基礎(chǔ)上，充分利用電網(wǎng)中現(xiàn)有輸(配)變電設(shè)備，在系統(tǒng)有功負荷經(jīng)濟分配的前提下，做到配電網(wǎng)及其設(shè)備的經(jīng)濟運行是降低線損的有效措施。

合理調(diào)整配電線路的聯(lián)絡(luò)方式：配電線路應(yīng)該采取最佳運行方式使其損耗達到最小，通過互為備用、環(huán)網(wǎng)、并聯(lián)線、雙回線路等是可以達到的。對于環(huán)形的供電網(wǎng)絡(luò)，正常需要運行斷開，應(yīng)根據(jù)兩側(cè)壓降基本相等的原則，找到一個經(jīng)濟功率的斷開點，使線路的電能損耗最小。推廣帶電作業(yè)，減少線路停電時間；對雙回線路供電的網(wǎng)絡(luò)，雙回線路并列是最經(jīng)濟的，因此要盡量利用帶電作業(yè)，減少雙回線的停電次數(shù)與時間。

4合理安排無功補償和配置電網(wǎng)的補償裝置

4.1增裝無功補償設(shè)備，提高功率因數(shù)

線路要合理增設(shè)電容器，進行無功補償，提高功率因數(shù)，根據(jù)供電網(wǎng)絡(luò)情況，運用集中補償和分散補償相結(jié)合的方法，變電所可通過高壓柜靈活控制功率因數(shù)的變化。

電網(wǎng)線損的60%～70%是在配電網(wǎng)絡(luò)中損耗掉的，因此，降低配網(wǎng)損耗成為電網(wǎng)降損的關(guān)鍵。配電網(wǎng)絡(luò)直接面對用戶，用戶大量的無功負載造成電網(wǎng)的功率因數(shù)下降，提高用戶的功率因數(shù)就可以減少通過各級線路及變壓器的無功功率和電流，進而可減少電網(wǎng)的無功損耗和電能損耗，改善電網(wǎng)的供電電壓質(zhì)量，提高設(shè)備的利用率。提高電網(wǎng)功率因數(shù)的途徑便是在電網(wǎng)運行中投入適量的無功補償裝置，對電網(wǎng)實行無功就地補償。

設(shè)某一線路，補償前功率損耗為△P1，補償后功率損耗為△P2，線路末端有功負荷P一定，線路補償前后的功率因數(shù)分別為cosφ1、cosφ2。

當功率因數(shù)為cosφ1時，線路的功率損耗為：

式中：K=P2R/U2

若將功率因數(shù)提高，線路cosφ2的功率損耗為：

所以，線路功率損耗降低的效率為：

當負荷功率因數(shù)由0.8提高到0.95時，線路的功率損耗可降低29.1%，降損效果十分可觀。安裝無功補償裝置離電源點越遠，其降損效果越明顯。使無功就地平衡，可減少電網(wǎng)中無功功率的傳輸、降低電網(wǎng)的線損。

4.2無功功率的合理分布

按照就近原則安排減少無功遠距離輸送，對進行線損計算制定合理的補償方式。

5適當提高電網(wǎng)運行電壓

根據(jù)線路輸送容量和輸送距離，以及發(fā)展要求合理選擇升壓方案，而且升壓投資回收率較快，因此適當考慮升壓供電是可行的。電網(wǎng)的功率損耗由可變損耗和固定損耗兩部分組成?？勺儞p耗與電網(wǎng)的運行方式息息相關(guān)，它與電網(wǎng)運行電壓的平方成反比，因此在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)，適當提高電網(wǎng)的運行電壓，一方面可改善電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，另一方面還可降低線路損耗。

設(shè)電網(wǎng)的可變損耗在電壓提高前為△P1，電壓提高U1%后電網(wǎng)的可變損耗為△P2，電壓提高后電網(wǎng)可變損耗的降損量為△P：

可變損耗降低的百分數(shù)為：

若將電壓提高5%，則電網(wǎng)的可變損耗可降低△P=9.3%。

另外，電網(wǎng)的固定損耗主要是變壓器鐵心中的功率損耗，鐵損在額定電壓附近時與電壓的平方成正比，但由于提高了電網(wǎng)電壓后，則使電流減少，變壓器的鐵損會相應(yīng)的增加。如果在提高電網(wǎng)電壓的同時，變壓器的分接頭也作相應(yīng)的調(diào)整，則可保持電網(wǎng)的固定損耗基本不變。適當提高電網(wǎng)運行電壓水平，有利于降低線路損耗，也可提高線路的傳輸效率和降低線路的電壓損耗。

6提高系統(tǒng)供電負荷率（做好負荷預測）

設(shè)電網(wǎng)在某負荷下運行，運行期間T時刻的電流為I，則電網(wǎng)損耗為：

平均電流為：；令為某時

刻電流(對平均電流)的增量，則：

由于，所以，

因此：

上式右邊前兩項為線路以平均電流均衡運行時的損耗。在電網(wǎng)運行中，若峰谷負荷差距增大，電流增量 將增大，產(chǎn)生的損耗也隨之增大。

這說明電網(wǎng)負荷率下降時，運行中產(chǎn)生的損耗要比負荷率提高時產(chǎn)生的損耗大；負荷率提高了，峰谷負荷差距將縮小，運行負荷趨于均衡，電流變化增量△i變小，電網(wǎng)輸送負荷產(chǎn)生損耗也隨之減小。為此，要減少電網(wǎng)輸送負荷過程中產(chǎn)生的損耗，必須提高負荷率，采取的措施是錯峰填谷。在電網(wǎng)正常的運行中，調(diào)度員要合理地組織負荷，提高電網(wǎng)供電的負荷率；在用電方面，可實行峰、谷電價，鼓勵人們低谷用電，以達到削峰填谷，提高電網(wǎng)供電負荷率的目的，從而降低電網(wǎng)的損耗。

7經(jīng)濟調(diào)度，有效降低網(wǎng)損

電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度是以電網(wǎng)安全運行調(diào)度為基礎(chǔ)，以降低電網(wǎng)線損為目標的調(diào)度方式。電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度是屬于知識密集和技術(shù)密集型領(lǐng)域，是按電網(wǎng)經(jīng)濟運行的科學理論，實施全面電網(wǎng)經(jīng)濟運行的調(diào)度方式。

合理制定電網(wǎng)的運行方式：合理調(diào)整電網(wǎng)年度、季度運行方式，把各種變電設(shè)備和線路有機地組合起來充分挖掘設(shè)備的潛力，減少網(wǎng)絡(luò)損耗，提高供電的可靠性。根據(jù)電網(wǎng)實際潮流變化及時調(diào)整運行方式，做好電網(wǎng)的經(jīng)濟調(diào)度；根據(jù)電網(wǎng)的實際潮流變化，及時合理地調(diào)整運行方式，做好無功平衡，改善電壓質(zhì)量，組織定期的負荷實測和理論計算，使電網(wǎng)線損與運行方式密切結(jié)合，實現(xiàn)電網(wǎng)運行的最大經(jīng)濟效益。尤其在農(nóng)網(wǎng)運行中，應(yīng)合理調(diào)度電力負荷，強化用電負荷管理，從而達到配電網(wǎng)絡(luò)的降損節(jié)能。

8結(jié)束語

電網(wǎng)損耗可以通過一些有效的措施來降低，使電網(wǎng)達到最優(yōu)的經(jīng)濟運行，提高社會經(jīng)濟效益，促進電網(wǎng)運行管理走向定量化、擇優(yōu)化、有序化的現(xiàn)代化管理。電網(wǎng)的經(jīng)濟運行是一個大課題，需要研究的內(nèi)容還很多、需要做的也很多。只有把電網(wǎng)管理工作與科學技術(shù)結(jié)合起來。以科學為理論依據(jù)，才能提高電力資源的利用效率，爭取更大的經(jīng)濟效益?？傊?，在工業(yè)發(fā)展速度之快的今天，為應(yīng)付電力緊缺，節(jié)約和合理利用電能，就必須搞好電網(wǎng)的經(jīng)濟運行。