關(guān)于智能電網(wǎng)輸電線上降損的研究

【摘 要】在電力供電供應(yīng)輸送過程中，電力傳輸中產(chǎn)生的損耗給國家及人民造成較大的損失，用戶對電力供應(yīng)的要求也越來越高，如何應(yīng)用新技術(shù)減少輸電線路損耗的研究迫在眉睫。而智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展對于降低線損起到了重要作用。

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng)；降損

0.引言

在過去的20年里，雖然信息通信技術(shù)發(fā)生了翻天覆地的變化，但日漸老化的傳統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)并沒有跟上技術(shù)變革的步伐，在電力供電供應(yīng)輸送過程中，電力傳輸中產(chǎn)生的損耗給國家及人民造成較大的損失，用戶對電力供應(yīng)的要求也越來越高，如何應(yīng)用新技術(shù)減少輸電線路損耗的研究迫在眉睫。以超、特高壓為骨架的大型互聯(lián)電網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)大范圍資源優(yōu)化配置，同時(shí)也出現(xiàn)了一些亟待解決技術(shù)問題，如長距離輸送功率受限、潮流分布不合理、系統(tǒng)穩(wěn)定性變差等，這些問題可以通過先進(jìn)的靈活交流輸電技術(shù)加以解決。而智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展對于降低線損起到了重要作用。輸變電系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。在智能電網(wǎng)中，對輸變電系統(tǒng)提出了以先進(jìn)的自動化控制為基礎(chǔ)，靈活、高效、可靠地滿足發(fā)電、用電對電網(wǎng)提出的各種變化的要求，達(dá)到提高電網(wǎng)安全性、可靠性、靈活性和資源優(yōu)化配置水平的目的。通過對智能設(shè)備的靈活控制，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的柔性控制和調(diào)節(jié)，支撐由大區(qū)互聯(lián)、風(fēng)電和光伏發(fā)電等新能源大規(guī)模集中接人所帶來的系統(tǒng)......

本文首先介紹降損的意義，然后通過傳統(tǒng)的方式降低損耗與智能電網(wǎng)技術(shù)中一些降損方法的介紹與比較，闡述了智能電網(wǎng)技術(shù)的重大意義所在，在科技引領(lǐng)社會變革的時(shí)代，應(yīng)用智能電網(wǎng)新技術(shù)降低損耗將會產(chǎn)生強(qiáng)大的影響力。

1.降損意義

降低電的損耗可以保護(hù)經(jīng)營成果，降低線損，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益， 通過提高電壓就可以降低電網(wǎng)的電能損耗，所以是通過高壓來送電節(jié)約能源而且能使用戶的到純凈的能源電網(wǎng)整網(wǎng)，提高電源質(zhì)量和破舊線路的能量損耗。

1.1減少供電損耗，節(jié)約電費(fèi)

以線損為例，某廠年用電量約為2億千瓦時(shí)，補(bǔ)償前線損率約為5%，補(bǔ)償后功率因數(shù)從0.87提高到0.95，則每年可減低線損約為200萬千瓦時(shí)，按每度電0.4元計(jì)算，可節(jié)約電費(fèi)開支80萬元。

1.2提高設(shè)備利用率

功率因數(shù)從0.85提高到0.95，設(shè)備利用率提高11.8%。減少設(shè)備投資，充分發(fā)揮設(shè)備潛能。

1.3改善供電質(zhì)量

減少電壓損失，降低電壓波動，有效改善供電質(zhì)量。FACTS控制的意義：減少運(yùn)行和傳輸?shù)耐顿Y成本，增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性和可靠性，提高功率傳輸能力，全面提高輸送到用戶的電能質(zhì)量。

2.降損措施

2.1提高輸電容量，優(yōu)化利用發(fā)電資源

建設(shè)新的交流或直流輸電線路，升級現(xiàn)有線路和使現(xiàn)有線路的運(yùn)行逼近它們的熱穩(wěn)定極限，是提高輸電容量的三種主要方法。

當(dāng)采用架空輸電線路，遠(yuǎn)距離大容量傳輸電能時(shí)，高壓直流輸電線路（HVDC）的效率比高壓交流輸電線路更高一些。在同樣的電壓等級下，HVDC系統(tǒng)的輸電容量是交流線路的2到5倍；而當(dāng)傳輸?shù)墓β氏嗤瑫r(shí)，由于直流線路不傳輸無功功率，換流器的損耗僅為傳輸功率的1.0%～1.5%，因此HVDC輸電系統(tǒng)的總損耗要小于交流系統(tǒng)。提高現(xiàn)有線路的輸電容量，可以提高電壓等級，增加導(dǎo)線截面積及每相的分裂導(dǎo)線數(shù)，或采用耐高溫線材。最近耐高溫線材技術(shù)的進(jìn)步，為減輕中短距離輸電線的熱穩(wěn)定極限的限制提供了一條有效途徑。采用耐高溫線材的輸電線傳輸?shù)碾娏魇瞧胀ň€材輸電線（例如鋁包鋼增強(qiáng)型導(dǎo)線）的2到3倍，而它的截面直徑與普通導(dǎo)線相同，不會增加桿塔等支撐結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)。在許多情況下，由于電壓約束、穩(wěn)定性約束和系統(tǒng)運(yùn)行約束的限制，輸電線路的運(yùn)行容量遠(yuǎn)低于線路的熱穩(wěn)定極限。許多技術(shù)即針對如何提高輸電容量的利用程度而被發(fā)明出來。

2.2合理進(jìn)行無功補(bǔ)償，提高電網(wǎng)的功率因素

無功補(bǔ)償按補(bǔ)償方式可分為集中補(bǔ)償和分散補(bǔ)償。

2.2.1集中補(bǔ)償

在變電站低壓側(cè)，安裝無功補(bǔ)償裝置（電容器），安裝配置容量按負(fù)荷高峰時(shí)的無功功率平衡計(jì)算，安裝電容補(bǔ)償裝置的目的是根據(jù)負(fù)荷的功率因數(shù)的高低而合理及時(shí)投切電容器，從而保證電網(wǎng)的功率因數(shù)接近0.9，減少高壓電網(wǎng)所輸送的無功功率，使輸電線路的電流減少，從而降低高壓電網(wǎng)的網(wǎng)損。

2.2.2分散補(bǔ)償

由于電力用戶所使用的電器設(shè)備大多都是功率因數(shù)較低，例如工廠的電動機(jī)、電焊機(jī)的功率因數(shù)更低，為提高功率因數(shù)，要求大電力用戶的變壓器低壓側(cè)安裝電力電容器，其補(bǔ)償原理與變電站的無功補(bǔ)償大致相同，不同的是用戶就地補(bǔ)償采用隨機(jī)補(bǔ)償，利用無功補(bǔ)償自動投人裝置及時(shí)、合理地投切無功補(bǔ)償電容器，保證10kV電網(wǎng)的功率因數(shù)符合要求（接近0.9），從而減少10kV配電線路的電能損耗。

2.3抓緊電網(wǎng)建設(shè)，更換高耗能設(shè)備

導(dǎo)線的電阻和電抗與其截面積成反比.因此，截面積小的線路電阻和電抗大，在輸送相同容量負(fù)荷情況下，其有功和無功損耗大。目前，配電網(wǎng)，特別是農(nóng)網(wǎng)中，部分線路線徑截面小，負(fù)荷重，導(dǎo)致線損率偏高。此外，配電網(wǎng)中還存在相當(dāng)數(shù)量的高耗能配電變壓器，其空載損耗P、短路損耗P、空載電流百分值I%、短路電壓百分比U%等參數(shù)偏大.根據(jù)這些情況，應(yīng)抓緊網(wǎng)架建設(shè)，強(qiáng)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并按配電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，有計(jì)劃、有步驟地分期分批進(jìn)行配電設(shè)施的技術(shù)改造，更換配電網(wǎng)中殘舊線路、小截面線路以及高耗能變壓器。

2.4降低輸送電流、合理配置變電器

2.4.1提高電網(wǎng)的電壓運(yùn)行水平，降低電網(wǎng)的輸送電流

若變電站主變采用有載調(diào)壓方式調(diào)壓，調(diào)壓比較方便，根據(jù)負(fù)荷情況，隨時(shí)調(diào)節(jié)主變壓器的分接開關(guān)保證電網(wǎng)電壓處于規(guī)程規(guī)定的波動范圍之內(nèi)，最好略為偏高，避免負(fù)荷高峰期電網(wǎng)的電壓水平過低而造成電能質(zhì)量的下降，同時(shí)也可提高線路末端的電壓，使線路電流下降，從而達(dá)到降損目的。

2.4.2提高輸配電網(wǎng)效率的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，就是提高電氣設(shè)備的效率

其中，提高配網(wǎng)變壓器的效率尤其具有重大意義。從節(jié)能的觀點(diǎn)來看，因?yàn)榕渚W(wǎng)變壓器數(shù)量多，大多數(shù)又長期處于運(yùn)行狀態(tài)，因此這些變壓器的效率哪怕只提高千分之一，也會節(jié)省大量電能?；诂F(xiàn)有的實(shí)用技術(shù)，高效節(jié)能變壓器的損耗至少可以節(jié)省15%。通常在評價(jià)變壓器的損耗時(shí)，要考慮兩種類型的損耗：鐵芯損耗和線圈損耗。鐵芯損耗通常是指變壓器的空載損耗。因?yàn)樾枰谧儔浩鞯蔫F芯中建立磁場，所以不論負(fù)荷大小如何，它們都會發(fā)生。線圈損耗則發(fā)生在變壓器的繞組中，并隨負(fù)荷的大小而變化。因此它又被稱為負(fù)荷損耗。變壓器的空載損耗可以通過采用鐵磁材料或優(yōu)化幾何尺寸來減少。增加鐵芯截面積，或減小每一匝的電壓，都可以降低鐵芯的磁通密度，進(jìn)而降低鐵芯損耗。減小導(dǎo)線的截面積，可以縮短磁通路徑，也可以減小空載損耗。降低負(fù)荷損耗有多種方法，比如采用高導(dǎo)通率的線材，擴(kuò)大導(dǎo)線截面積，或用銅導(dǎo)線來替代鋁導(dǎo)線。采用低損耗的繞組相當(dāng)于縮短了繞組導(dǎo)線的長度。更小的鐵芯截面積和更少的匝數(shù)，都可以減少線圈損耗。

從以上的分析可見，減少空載損耗可能導(dǎo)致負(fù)荷損耗的增加，反之亦然。因此，降低變壓器的損耗是一個(gè)優(yōu)化的過程，它涉及物理、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等各方面因素，還要對變壓器整個(gè)使用壽命周期進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。在大多數(shù)情況下，變壓器的設(shè)計(jì)都要在考慮鐵芯及繞組的材料、設(shè)計(jì)，以及變壓器的業(yè)主總費(fèi)用等各方面因素后，得到一個(gè)折中的方案。所謂業(yè)主總費(fèi)用，是指花費(fèi)的費(fèi)用不但要包含購買變壓器的初期投入，而且還包括整個(gè)運(yùn)行使用壽命周期內(nèi)的各種損耗。

2.5降低導(dǎo)線阻抗

隨著城區(qū)開發(fā)面積不斷擴(kuò)張，低壓配電網(wǎng)也越來越大，10kV配電網(wǎng)也不斷延伸，如何規(guī)劃好各個(gè)供電臺區(qū)的供電范圍將至關(guān)重要，隨著居民生活水平的不斷提高，用電負(fù)荷與日俱增，為了解決0.4kV線路過長、負(fù)荷過重的問題，在安全規(guī)程允許的情況下，將10kV電源盡量引到負(fù)荷中心，并且根據(jù)負(fù)荷情況，合理選擇10kV配變的分布點(diǎn)，盡量縮小0.4kV的供電半徑（一般為250m左右為宜），避免迂回供電或長距離低壓供電。目前，研究人員正在研究高溫超導(dǎo)體，用它制成的高溫超導(dǎo)輸電線所能傳輸?shù)碾娔苁瞧胀ㄣ~質(zhì)線材的3到5倍。即使算上用于超導(dǎo)材料冷卻的消耗，采用高溫超導(dǎo)線材的輸電網(wǎng)的損耗，也要遠(yuǎn)小于普通的架空輸電線和電纜。與普通線材的5%到8%的電網(wǎng)損耗相比，采用高溫超導(dǎo)線材的電網(wǎng)損耗僅為0.5%。而且，如果用超導(dǎo)線材替代傳統(tǒng)變壓器繞組中的銅導(dǎo)線，還可以進(jìn)一步降低網(wǎng)損。以一個(gè)100兆瓦變壓器為例，超導(dǎo)線圈變壓器的總損耗（包括線損，鐵耗和線圈冷卻消耗）一般是普通變壓器的65%到70%。

2.6降損的管理措施

由管理因素和人的因素造成的線損稱為管理線損。首先要比較統(tǒng)計(jì)線損率與理論線損率，若統(tǒng)計(jì)線損率過高，說明電力網(wǎng)漏電嚴(yán)重或管理方面存在較多問題.其次理論線損率與最佳線損率比較，如果理論線損率過高就說明了電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)或布局不合理，電力網(wǎng)運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)，最后如果固定損耗和可變損耗對比，若固定損耗所占比例較大，就說明了線路處于輕負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，配電變壓器負(fù)荷率低或者電力網(wǎng)長期在高于額定電壓下運(yùn)行?？傊归_定期線損分析工作不僅可找出當(dāng)前線損工作中的不足，指明降損方向，還可以找出電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)電力網(wǎng)運(yùn)行中存在的問題，并可以查找出線損升、降的原因，確立今后降損的主攻方向。

降損節(jié)電是復(fù)雜而艱巨的工作，既要從微觀抓好各個(gè)環(huán)節(jié)具體的降損措施，又要從宏觀上加強(qiáng)管理：從上到下建立起有技術(shù)負(fù)責(zé)人參加的線損管理隊(duì)伍，定期進(jìn)行線損分析，及時(shí)制定降損措施實(shí)施計(jì)劃；搞好線損理論計(jì)算工作，推廣理論線損在線測量，及時(shí)掌握網(wǎng)損分布和薄弱環(huán)節(jié)；制定切實(shí)可行的網(wǎng)損率計(jì)劃指標(biāo)，實(shí)行逐級承包考核，并與經(jīng)濟(jì)利益掛鉤；搞好電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和電網(wǎng)改造工作，使網(wǎng)絡(luò)布局趨于合理，運(yùn)行處于經(jīng)濟(jì)狀態(tài)；加強(qiáng)計(jì)量管理，落實(shí)有關(guān)規(guī)程。

2.7高溫超導(dǎo)體技術(shù)

目前，研究人員正在研究高溫超導(dǎo)體，用它制成的高溫超導(dǎo)輸電線所能傳輸?shù)碾娔苁瞧胀ㄣ~質(zhì)線材的3到5倍。即使算上用于超導(dǎo)材料冷卻的消耗，采用高溫超導(dǎo)線材的輸電網(wǎng)的損耗，也要遠(yuǎn)小于普通的架空輸電線和電纜。與普通線材的5%到8%的電網(wǎng)損耗相比，采用高溫超導(dǎo)線材的電網(wǎng)損耗僅為0.5%。而且，如果用超導(dǎo)線材替代傳統(tǒng)變壓器繞組中的銅導(dǎo)線，還可以進(jìn)一步降低網(wǎng)損。以一個(gè)100兆瓦變壓器為例，超導(dǎo)線圈變壓器的總損耗（包括線損，鐵耗和線圈冷卻消耗）一般是普通變壓器的65%到70%。據(jù)估算，通過降低輸配電網(wǎng)損耗，可直接提高電網(wǎng)能源利用效率約占總電量的1%。

上述技術(shù)可以單獨(dú)使用，也可以組合起來使用。這些技術(shù)的推廣應(yīng)用，不但需要平衡長遠(yuǎn)利益和現(xiàn)實(shí)成本的矛盾，還需要相關(guān)部門的不斷探索、政策環(huán)境的不斷推動和全社會的支持。但一旦使用開來，整個(gè)電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)損耗將會大大減少。

3.總結(jié)

降低輸電線路損耗提高資源利用率，提高設(shè)備使用效率，提高國民生活質(zhì)量具有重要意義。如何降低輸電線路損耗在傳統(tǒng)輸電技術(shù)中大概有提高輸電電壓等級，進(jìn)行無功補(bǔ)償裝置等等，但由于傳統(tǒng)降損方法尚達(dá)不到上述方法的實(shí)際技術(shù)要求，所以以傳統(tǒng)降損方法進(jìn)行的效果并不理想。智能電網(wǎng)概念的提出，柔性輸電技術(shù)的誕生，從根本上實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)降損方法所無法取得的效果。

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