無功分布調(diào)節(jié)與降損

何偉龍

廣東電網(wǎng)梅州豐順供電局

摘要：線損是電力部門一項(xiàng)綜合性的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，不但反映了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方面的合理性，而且反映了電力企業(yè)的技術(shù)水平和管理水平。本文概述了線損的概念，分析系統(tǒng)傳輸?shù)臒o功功率對(duì)線損的影響，結(jié)合豐順電網(wǎng)實(shí)際情況，從調(diào)度運(yùn)行方面出發(fā)，提出降損措施，并對(duì)存在問題提出建議。

關(guān)鍵詞：無功功率；調(diào)度運(yùn)行；降損

前言

電能從生產(chǎn)到被用戶使用，需經(jīng)過電網(wǎng)的層層傳輸，而線損是電能在傳輸過程中所產(chǎn)生的有功電能、無功電能和電壓損失的總稱（在習(xí)慣上常稱為有功電能損失）。電網(wǎng)的線損按性質(zhì)可分為技術(shù)線損和管理線損。技術(shù)線損又稱為理論線損，它是電網(wǎng)中各元件電能損耗的總稱。管理線損是由計(jì)量設(shè)備誤差引起的線損以及由于管理不善和失誤等原因造成的線損。

根據(jù)線損產(chǎn)生的原因，降損措施各有不同，其中在調(diào)度運(yùn)行中最常用、最有效的降損節(jié)能技術(shù)措施之一是無功分布調(diào)節(jié)。它是借助于無功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無功功率，以提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，或者通過變壓器分接頭及改變系統(tǒng)運(yùn)行方式來改變無功功率分布，使系統(tǒng)中傳輸?shù)臒o功功率降低，從而達(dá)到降低損耗的目的。

1.線損的概念及產(chǎn)生線損的原因

1.1 線損的概念

發(fā)電廠發(fā)出來的電能，通過輸變電和配電設(shè)備供給用戶使用。電能在電力網(wǎng)輸送，變壓，配電的各個(gè)環(huán)節(jié)中，有一部分損耗，主要表現(xiàn)在電網(wǎng)元件如導(dǎo)線，變壓器，開關(guān)設(shè)備，用電設(shè)備發(fā)熱，電能變成熱能散發(fā)在周圍空氣中，另外，還有管理方面的因素造成的電能流失等等。線損是電能在電力網(wǎng)傳送，分配過程中客觀存在的物理現(xiàn)象。

1.2 產(chǎn)生線損的原因

電能在傳輸過程中產(chǎn)生線損的原因有以下幾方面：

（1）電阻作用：線路的導(dǎo)線，變壓器，電動(dòng)機(jī)的繞組，都是銅或者鋁材料的導(dǎo)體。當(dāng)電流通過時(shí)，對(duì)電流呈現(xiàn)一種阻力，此阻力稱為導(dǎo)體的電阻。電能在電力網(wǎng)傳輸中，必須克服導(dǎo)體的電阻，從而產(chǎn)生了電能損耗，這一損耗見之于導(dǎo)體發(fā)熱。由于這種損耗是由導(dǎo)體的電阻引起的，所以稱為電阻損耗，它與電流的平方成正比。變壓器，電動(dòng)機(jī)等繞組中的損耗，又習(xí)慣稱之為銅損。

（2）磁場(chǎng)作用：變壓器需要建立并維持交變磁場(chǎng)，才能升壓或降壓。電動(dòng)機(jī)需要建立并維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，才能運(yùn)轉(zhuǎn)而帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械做功。電流在電氣設(shè)備中建立磁場(chǎng)的過程，也就是電磁轉(zhuǎn)換過程。在這一過程中，由于交變磁場(chǎng)的作用，在電氣設(shè)備的鐵芯中產(chǎn)生了磁滯和渦流，使鐵芯發(fā)熱，從而產(chǎn)生了電能損耗。由于這種損耗是在電磁轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的，所以稱之為勵(lì)磁損耗，它造成鐵芯發(fā)熱，通常又稱之為鐵損。

（3）管理方面的原因：由于供用電管理部門和有關(guān)人員管理不夠嚴(yán)格，出現(xiàn)漏洞，造成用戶違章用電和竊電，電網(wǎng)元件漏電，電能計(jì)量裝置誤差以及抄表人員漏抄，錯(cuò)抄等而引起的電能損失。由于這種損耗無一定規(guī)律，又不易測(cè)算，故稱為不明損耗。不明損耗是供電企業(yè)營業(yè)過程中產(chǎn)生的，所以又稱為營業(yè)損耗。

2.系統(tǒng)傳輸?shù)臒o功功率對(duì)線損的影響

有功功率與無功功率在電網(wǎng)中傳輸都產(chǎn)生電能損耗。只有發(fā)電機(jī)才能提供有功電源，所以用戶消耗的有功功率必須從發(fā)電端傳輸至用戶端；無功電源除發(fā)電機(jī)外，還有電容器組、電抗器組、調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等，這些設(shè)備可以在電網(wǎng)任何一節(jié)點(diǎn)安裝補(bǔ)償。所以，一般只討論系統(tǒng)傳輸?shù)臒o功功率對(duì)線損的影響。

電能損耗計(jì)算公式為

或

式中：、為第i段線路上通過的電流和本段的導(dǎo)線電阻，Ω；、為第i段線路上通過的有功和無功功率；為第i段線路上與（、）同一節(jié)點(diǎn)的電壓；m為該條配電線上的總段數(shù)。

由以上公式可知，在有功負(fù)荷一定的情況下，系統(tǒng)中傳輸?shù)臒o功功率越小，損耗就越小。因此，本文主要討論在電網(wǎng)運(yùn)行中如何進(jìn)行無功分布的調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)中傳輸?shù)臒o功功率達(dá)到最優(yōu)，從而達(dá)到降損的目的。

3.無功分布調(diào)節(jié)的主要手段

無功分布調(diào)節(jié)的主要手段包括調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的無功功率輸出、投切電容器（電抗器）、調(diào)節(jié)變壓器的分接頭以及改變系統(tǒng)運(yùn)行方式等。

電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t是基本上按分層分區(qū)和就地平衡原則考慮，并應(yīng)能隨負(fù)荷或電壓進(jìn)行調(diào)整，保證系統(tǒng)各樞紐點(diǎn)的電壓在正常和事故后均能滿足規(guī)定的要求，避免經(jīng)長距離線路或多級(jí)變壓器傳送無功功率。

3.1 調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的無功功率輸出

調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的無功功率輸出，不用附加設(shè)備，不需附加投資。通過改變勵(lì)磁電流，可連續(xù)調(diào)節(jié)無功，且可吸可發(fā)感性無功。

豐順電網(wǎng)地處水資源豐富的山區(qū)，水電站通過10kV公用配電線路、10kV專線、35kV專線、110kV專線各電壓等級(jí)并網(wǎng)，可根據(jù)就地平衡原則，合理調(diào)節(jié)各發(fā)電廠無功輸出，但應(yīng)注意盡量不向系統(tǒng)反送無功。

3.2 投切電容器（電抗器）

在變電站及線路上進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ须娙萜鹘M、電抗器組、調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等，較為常用的有并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器。

并聯(lián)電容器輸出無功與電壓有關(guān)，電壓越高，輸出無功越大，只發(fā)感性無功；并聯(lián)電抗器輸出無功與電壓有關(guān)，只發(fā)容性無功，用于超高壓、長距離、輕載線路。兩者的優(yōu)點(diǎn)是投資小，經(jīng)濟(jì)性好。兩者的缺點(diǎn)是不可連續(xù)調(diào)節(jié)，不能作為動(dòng)態(tài)無功電源。

并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備的工作原理：重負(fù)荷時(shí)輸出感性無功，就地補(bǔ)償負(fù)荷的感性無功需求；輕負(fù)荷時(shí)則吸收感性無功。從而降低系統(tǒng)中傳輸?shù)臒o功功率而降低線損。

3.3 調(diào)節(jié)變壓器的分接頭

在系統(tǒng)無功功率富裕的情況下，可以通過調(diào)節(jié)變壓器的分接頭改變無功功率分布，使系統(tǒng)中傳輸?shù)臒o功功率降低。此方法通常在調(diào)壓時(shí)配合使用。

3.4 改變系統(tǒng)運(yùn)行方式

改變系統(tǒng)運(yùn)行方式進(jìn)行無功分布調(diào)節(jié)，實(shí)質(zhì)上是改變了無功功率流向。但由于正常情況下，系統(tǒng)運(yùn)行方式相對(duì)固定，因此通過改變運(yùn)行方式進(jìn)行無功分布調(diào)節(jié)的方法不太常用。

4.存在問題及建議

4.1 存在問題

（1）由于本電網(wǎng)轄區(qū)通過10kV公用線路并網(wǎng)的小水電多屬徑流式水電站，發(fā)電曲線極易受天氣及上游電站影響，且通常受線徑影響，無功調(diào)節(jié)能力弱。

（2）在進(jìn)行無功功率調(diào)節(jié)時(shí)，只考慮就地平衡，未考慮整體無功分布。通常在大負(fù)荷時(shí)降壓變電站低壓側(cè)無功不足電壓降低，小負(fù)荷時(shí)電壓則升高。調(diào)度當(dāng)值經(jīng)常只考慮本站低壓側(cè)無功平衡，通過投切電容器組補(bǔ)償無功來調(diào)節(jié)電壓，忽略了系統(tǒng)有富裕的無功容量。

4.2 對(duì)存在問題的建議

（1）因技術(shù)原因及線路原因，正常方式運(yùn)行情況下，不對(duì)徑流式水電站無功功率作出嚴(yán)格限制；只在事故非正常方式時(shí)嚴(yán)格限制其無功功率。正常情況下，嚴(yán)格控制專線電站向系統(tǒng)輸送無功。

（2）當(dāng)系統(tǒng)無功功率富裕而某降壓變電站低壓側(cè)無功不足時(shí)，首選通過調(diào)節(jié)變壓器分接頭來調(diào)節(jié)無功分布，從系統(tǒng)調(diào)節(jié)無功補(bǔ)償本站變壓器及低壓側(cè)無功功率，降低系統(tǒng)傳輸?shù)较乱欢尉€路的無功功率，整體上達(dá)到降損目的。

（3）當(dāng)系統(tǒng)無功嚴(yán)重不足時(shí)，可下令水電站多向系統(tǒng)輸送無功。

總之，在調(diào)度運(yùn)行中，統(tǒng)籌整體，做到靈活調(diào)度，通過合理安排水電站無功、電容器組、變壓器分接頭等調(diào)節(jié)方法，合理調(diào)節(jié)無功分布，使整體線損達(dá)到最低。

5.結(jié)語

電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動(dòng)機(jī)、變壓器等，大部分屬于感性負(fù)荷，在運(yùn)行過程中需向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率。但無功功率在線路中傳輸會(huì)產(chǎn)生電能損耗，通過無功分布調(diào)節(jié)，可以減少電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供由線路輸送的無功功率。由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的傳輸，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，從而達(dá)到節(jié)能降損的目的。

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