低電壓對(duì)電能計(jì)量及線損的影響

曾祥偉

(貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司畢節(jié)黔西供電局)

0 引言

在電能計(jì)量方面, 低電壓會(huì)導(dǎo)致電能表的讀數(shù)偏低, 從而可能會(huì)導(dǎo)致電費(fèi)的不公平計(jì)算, 影響電力市場的健康發(fā)展。在線損方面, 低電壓會(huì)導(dǎo)致電流增大、功率因數(shù)下降, 從而導(dǎo)致線路損耗的增加, 增加供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此, 對(duì)于低電壓的研究不僅可以提高電力系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)效益, 也有助于推動(dòng)電力市場的良性發(fā)展。

1 低電壓對(duì)電能計(jì)量的影響

1.1 低電壓對(duì)電能計(jì)量的影響機(jī)理

低電壓對(duì)電能計(jì)量的影響機(jī)理比較復(fù)雜, 主要表現(xiàn)為電路參數(shù)的變化和電機(jī)機(jī)械部分的運(yùn)行變化。在低電壓環(huán)境下, 電路中的電阻值會(huì)增大, 電容和電感的值會(huì)減小, 這會(huì)導(dǎo)致電流和電壓波形發(fā)生變化。由于電能表的電路也會(huì)受到這種變化的影響, 電能計(jì)量精度會(huì)下降。同時(shí), 低電壓還會(huì)導(dǎo)致電能表的運(yùn)行速度減緩, 從而進(jìn)一步影響電能計(jì)量的讀數(shù)。具體來說,低電壓會(huì)導(dǎo)致電路中的電容和電感值發(fā)生變化, 進(jìn)而影響電流和電壓波形的形態(tài)。電容和電感在電路中的作用是消耗和存儲(chǔ)能量, 當(dāng)電壓下降時(shí), 電容和電感存儲(chǔ)和釋放能量的速度會(huì)變慢, 進(jìn)而影響電流和電壓波形的形態(tài), 從而影響電能計(jì)量精度。此外, 低電壓還會(huì)對(duì)電能表的電機(jī)機(jī)械部分的運(yùn)行產(chǎn)生影響, 導(dǎo)致電能表的運(yùn)行速度減緩, 進(jìn)而影響電能計(jì)量的讀數(shù)[1]。

1.2 低電壓對(duì)不同類型電能表的影響

低電壓對(duì)不同類型電能表的影響是不同的。一般來說, 機(jī)械式電能表的影響最為顯著, 而電子式電能表和智能電能表的影響較小。這是由于不同類型電能表的工作原理和電路結(jié)構(gòu)不同所導(dǎo)致的[2]。低電壓對(duì)不同類型電能表計(jì)量精度的影響如表1 所示。

表1 低電壓對(duì)不同電能計(jì)量表的影響

從表格中可以看出: 低電壓對(duì)不同類型電能表的影響是不同的。一般來說, 機(jī)械式電能表的影響最為顯著, 而電子式電能表和智能電能表的影響較小。這是由于不同類型電能表的工作原理和電路結(jié)構(gòu)不同所導(dǎo)致的。機(jī)械式電能表是通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械部件旋轉(zhuǎn)來測量電能的, 因此其運(yùn)行速度受電壓影響較大。當(dāng)電壓下降時(shí), 機(jī)械式電能表的運(yùn)行速度會(huì)減緩, 從而導(dǎo)致電能計(jì)量精度下降。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù), 當(dāng)電壓下降10% 時(shí), 機(jī)械式電能表的讀數(shù)會(huì)減少約5% ～10%[3]。電子式電能表是通過電路中的電子元器件來實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量的, 其運(yùn)行速度受電壓影響較小。當(dāng)電壓下降時(shí), 電子式電能表的計(jì)量誤差主要來自于電路參數(shù)的變化, 如電阻值增大、電容和電感值減小等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù), 當(dāng)電壓下降10%時(shí), 電子式電能表的讀數(shù)會(huì)減少約2% ～5%。智能電能表是在電子式電能表的基礎(chǔ)上加入了通訊模塊, 具有遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)程控制等功能。智能電能表的運(yùn)行速度同樣受電壓影響較小。當(dāng)電壓下降時(shí), 智能電能表的計(jì)量誤差主要來自于電路參數(shù)的變化, 如電阻值增大、電容和電感值減小等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù), 當(dāng)電壓下降10%時(shí), 智能電能表的讀數(shù)會(huì)減少約1% ～2%。

2 低電壓對(duì)線損的影響

2.1 線損的定義和分類

線損是指電力系統(tǒng)輸電輸配電過程中因電阻、電感、電容等元件或裝置而使得電能轉(zhuǎn)換成其他形式能量的損耗, 通常包括導(dǎo)線電阻損耗、變壓器鐵損、電容器損耗、絕緣損耗等[4]。

根據(jù)損耗形式和性質(zhì), 線損可分為兩類: 固定損耗和可變損耗。固定損耗是指在正常運(yùn)行條件下, 由于電氣設(shè)備內(nèi)部材料、結(jié)構(gòu)等原因而導(dǎo)致的損耗, 是一種固定的、不可避免的損耗。固定損耗主要包括變壓器鐵損、電纜絕緣損耗、開關(guān)電器觸頭接觸損耗等?？勺儞p耗是指電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中由于電壓、電流、環(huán)境溫度等因素的變化而產(chǎn)生的損耗。可變損耗主要包括導(dǎo)線電阻損耗、電容器損耗、變壓器銅損等。

根據(jù)損耗位置的不同, 線損可分為輸電線路損耗和配電線路損耗。輸電線路損耗是指電力系統(tǒng)中電壓等級(jí)為110kV 及以上的輸電線路上的損耗; 配電線路損耗是指電力系統(tǒng)中電壓等級(jí)為35kV 及以下的配電線路上的損耗。通常來說, 輸電線路損耗比配電線路損耗要小得多, 但輸電線路的長度更長, 因此輸電線路損耗所導(dǎo)致的總損耗量仍然很大。

2.2 低電壓對(duì)線損的影響機(jī)理

在電力系統(tǒng)中, 低電壓是導(dǎo)致線路損耗的主要因素之一。低電壓會(huì)導(dǎo)致電流和功率因數(shù)的變化, 進(jìn)而增加線路的損耗。具體而言, 低電壓對(duì)不同類型電力設(shè)備產(chǎn)生的影響如下: 首先, 低電壓會(huì)導(dǎo)致輸電線路中電阻損耗的增加, 因?yàn)楫?dāng)電壓下降時(shí), 電流會(huì)增加,從而增加線路的電阻損耗。例如, 當(dāng)電壓下降10%,電流會(huì)增加11.1%, 從而導(dǎo)致線路損耗增加21%[5]。其次, 低電壓會(huì)降低電力系統(tǒng)的功率因數(shù), 從而增加線路的無功損耗。功率因數(shù)是衡量電力設(shè)備能效的重要指標(biāo), 低功率因數(shù)會(huì)導(dǎo)致電力設(shè)備的能效下降, 增加無功損耗。再次, 低電壓還會(huì)導(dǎo)致電力設(shè)備的壽命縮短, 增加了維修和更換的成本, 進(jìn)一步增加了線路損耗。表2 總結(jié)了低電壓對(duì)不同類型線路損耗的影響。

表2 低電壓對(duì)不同類型線路損耗的影響

從表格中可以看出, 低電壓對(duì)不同類型線路損耗的影響是不同的。電阻損耗和電感損耗是線路損耗的主要來源, 因此, 對(duì)于電力系統(tǒng)來說, 保持電壓的穩(wěn)定是降低線路損耗和提高能效的重要手段之一。

3 低電壓的改善措施

通過上述論述, 電力系統(tǒng)中低電壓對(duì)于電能計(jì)量和線損都有著較為顯著的影響, 為用戶的用電安全和用電質(zhì)量產(chǎn)生了不良的影響。為了解決這個(gè)問題就需要針對(duì)低電壓的現(xiàn)象制定相應(yīng)的改善措施, 從而降低對(duì)電力計(jì)量和線損的影響。

3.1 提高供電可靠性的措施

供電可靠性是指電力系統(tǒng)能夠在各種情況下保持電力供應(yīng)的能力, 包括正常運(yùn)行、故障時(shí)的恢復(fù)和預(yù)防措施。常見的提高供電可靠性的方式如下: 第一增加備用容量, 在電力系統(tǒng)中增加備用容量是提高供電可靠性的一種常見措施。通過增加備用容量, 電力系統(tǒng)能夠在發(fā)生故障時(shí)保持電力供應(yīng), 從而降低停電的風(fēng)險(xiǎn)。第二完善配電網(wǎng)絡(luò), 完善配電網(wǎng)絡(luò)可以有效地降低故障發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。例如, 通過在電力系統(tǒng)中增加環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)和跨越線路, 可以減少因單點(diǎn)故障導(dǎo)致的停電風(fēng)險(xiǎn)。第三強(qiáng)化設(shè)備檢修和維護(hù), 定期檢修和維護(hù)電力設(shè)備可以有效地減少因設(shè)備故障導(dǎo)致的停電風(fēng)險(xiǎn)。此外, 對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期檢查和維護(hù)也可以提前發(fā)現(xiàn)潛在故障, 并采取措施進(jìn)行修復(fù), 從而降低停電風(fēng)險(xiǎn)。第四采用智能化配電技術(shù), 智能化配電技術(shù)包括遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制、故障自動(dòng)定位和隔離等功能。這些技術(shù)可以提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和響應(yīng)速度, 從而降低停電的風(fēng)險(xiǎn)[6]。第五增加供電來源, 增加供電來源可以提高電力系統(tǒng)的可靠性。例如, 在電力系統(tǒng)中增加可再生能源的比例可以降低對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴,從而降低因燃料供應(yīng)不穩(wěn)定導(dǎo)致的停電風(fēng)險(xiǎn)。表3 為上述五種措施的優(yōu)缺點(diǎn)。

表3 提高供電可靠性的措施的優(yōu)缺點(diǎn)

3.2 提高線路運(yùn)行效率的措施

為了提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率, 降低線路運(yùn)行的損耗和停電風(fēng)險(xiǎn), 需要采取一系列的措施來保證線路的穩(wěn)定運(yùn)行。首先, 通過合理規(guī)劃線路布局, 可以避免線路交叉、串并、走迂回路線等不必要的路徑, 減少線路損耗和停電風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí), 對(duì)于重要的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)和電源節(jié)點(diǎn), 可以采用環(huán)網(wǎng)供電的方式, 避免單點(diǎn)故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響[7]。其次, 選擇合適的線路材質(zhì)和截面可以有效地降低線路的損耗和阻抗, 提高線路的輸電能力和運(yùn)行效率。一般來說, 銅導(dǎo)線比鋁導(dǎo)線的電導(dǎo)率高, 線路損耗低; 同時(shí), 增加導(dǎo)線的截面可

3.3 提高用戶用電質(zhì)量的措施

提高用戶用電質(zhì)量是電力系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)重要目標(biāo), 具體來說可以從以下幾個(gè)方面著手: 通過合理的配電網(wǎng)設(shè)計(jì)和布局, 降低線路阻抗和負(fù)載電流, 減少電網(wǎng)損耗和電壓下降, 提高電力供應(yīng)的可靠性和穩(wěn)定性; 通過安裝自動(dòng)化裝置實(shí)現(xiàn)智能化管理, 減少人為操作的失誤, 提高供電可靠性和安全性; 定期進(jìn)行線路巡視和設(shè)備檢修, 及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題, 防止故障的發(fā)生, 提高用戶用電質(zhì)量; 選用高品質(zhì)的電力設(shè)備, 確保設(shè)備的安全性、可靠性和穩(wěn)定性, 從源頭上提高用戶用電質(zhì)量; 通過安裝濾波器和諧波抑制器等裝置, 降低諧波污染對(duì)用戶用電質(zhì)量的影響。表4 列舉了采取上述措施之后的實(shí)際效果[9]。

表4 應(yīng)用控制措施后的用電效果

4 結(jié)束語

在現(xiàn)階段的電力系統(tǒng)中, 電能計(jì)量和線損方對(duì)電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益, 和用戶的用電質(zhì)量和用電效果都有著深遠(yuǎn)的影響。通過上述的分析, 電力企業(yè)應(yīng)該深刻認(rèn)識(shí)到低電壓對(duì)電能計(jì)量和線損的影響, 通過采取相應(yīng)的措施, 合理、科學(xué)地匹配電能計(jì)量設(shè)備、選擇合適的電能計(jì)量方式, 以及使用電流互感器來減少導(dǎo)致誤差產(chǎn)生的因素, 可以降低電能計(jì)量誤差, 減少線損, 以此不斷提高供電質(zhì)量和用戶的用電體驗(yàn), 進(jìn)而促進(jìn)電力事業(yè)的長久穩(wěn)定發(fā)展。