農(nóng)村配電網(wǎng)降損節(jié)能技術(shù)對(duì)策研究

夏志昊

（泰州三新供電服務(wù)有限公司，江蘇 泰州 225300）

電能作為一種重要的能源，其對(duì)于國(guó)家的節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)有著十分重要的作用。在我國(guó)，低壓電網(wǎng)的電能損耗占了整個(gè)供配電系統(tǒng)電能損耗的50%～60%，電能的損耗與浪費(fèi)相當(dāng)嚴(yán)重。農(nóng)村電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相當(dāng)分散，線路普遍較長(zhǎng)，擁有很多分支，負(fù)荷較為分散并且分布不均勻，負(fù)荷的功率因素低，線損率較高。農(nóng)村配電網(wǎng)線路長(zhǎng)、范圍廣、負(fù)荷密度小，因此其線路損耗占電網(wǎng)總損耗的比例較大。從全國(guó)范圍看，我國(guó)農(nóng)村電網(wǎng)平均線損高達(dá)30%以上，主要原因包括：一是農(nóng)網(wǎng)改造不同步，造成部分線路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、線徑細(xì)，線路末端電壓低，功率因數(shù)低，造成損耗大；二是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理，存在著變壓器空載運(yùn)行、配電變壓器運(yùn)行負(fù)荷率低、低壓側(cè)無(wú)功補(bǔ)償不到位等現(xiàn)象；三是農(nóng)網(wǎng)改造時(shí)沒(méi)有同步規(guī)劃設(shè)計(jì)建設(shè)，存在著供電半徑過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題；四是農(nóng)網(wǎng)改造時(shí)沒(méi)有同步改造規(guī)劃設(shè)計(jì)建設(shè)，存在著線路損耗大；五是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理、無(wú)功補(bǔ)償不到位等，造成了供電損耗大。雖然近年來(lái)開(kāi)展的農(nóng)網(wǎng)改造使得農(nóng)村低壓電網(wǎng)的線損率逐年下降，但是在當(dāng)前仍然存在著不少的問(wèn)題需要進(jìn)一步改進(jìn)。

1 農(nóng)村配電網(wǎng)的現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.1 無(wú)功補(bǔ)償容量不足

農(nóng)村配電網(wǎng)線路較長(zhǎng)，由于地理環(huán)境、地形、地貌、氣候等因素的影響，使得部分線路電壓偏低，在配電網(wǎng)中無(wú)功補(bǔ)償容量不足，致使部分線路和變壓器的功率因數(shù)過(guò)低，不利于電能質(zhì)量的提升。低壓側(cè)補(bǔ)償裝置的安裝數(shù)量較少。農(nóng)村配電網(wǎng)的面積比較廣，在無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備安裝時(shí)，由于當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)條件、地理環(huán)境等因素的影響，導(dǎo)致部分地區(qū)安裝了無(wú)功補(bǔ)償裝置卻沒(méi)有使用，或者是安裝了無(wú)功補(bǔ)償裝置但是沒(méi)有進(jìn)行合理的選擇和配置，導(dǎo)致大部分農(nóng)村配電網(wǎng)中的無(wú)功補(bǔ)償容量不足。低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)不合理。由于農(nóng)村配電網(wǎng)在建設(shè)時(shí)對(duì)于變壓器和低壓線路都沒(méi)有進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和規(guī)劃，導(dǎo)致在使用時(shí)出現(xiàn)了電壓偏低、功率因數(shù)過(guò)低、設(shè)備利用率過(guò)高等問(wèn)題。由于農(nóng)村配電網(wǎng)在建設(shè)時(shí)沒(méi)有合理地安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，導(dǎo)致農(nóng)村配電網(wǎng)中無(wú)功功率補(bǔ)償裝置配置不足、安裝不到位等問(wèn)題普遍存在，也給農(nóng)村配電網(wǎng)的運(yùn)行管理帶來(lái)了一定的困難。在對(duì)農(nóng)村配電網(wǎng)進(jìn)行運(yùn)行管理時(shí)，由于農(nóng)村配電網(wǎng)中的低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置相對(duì)比較少，并且管理不夠規(guī)范，導(dǎo)致部分低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置不能及時(shí)地投入運(yùn)行或投入時(shí)間較長(zhǎng)而失效。低壓無(wú)功補(bǔ)償容量與實(shí)際負(fù)荷不匹配。在實(shí)際生活中有許多用戶負(fù)荷比較大，并且沒(méi)有及時(shí)地安裝和使用相應(yīng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行節(jié)能降耗，導(dǎo)致線路出現(xiàn)了較多的負(fù)載損耗[1]。

1.2 農(nóng)村電網(wǎng)設(shè)備陳舊，配電變壓器損耗大

農(nóng)村電網(wǎng)采用的配電變壓器均為單相變壓器，其損耗的主要影響因素有：

1.鐵損：由于鐵損產(chǎn)生的原因是鐵芯材料的含碳量高、表面含氧量高、表面氧化產(chǎn)生的氧化物等，因此鐵損越大，變壓器鐵損越大。

2.銅耗：由于銅耗產(chǎn)生的原因是導(dǎo)線電阻大，導(dǎo)線截面積小，因此銅耗越大。銅損和鐵損之和為變壓器總損耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，農(nóng)村配電網(wǎng)低壓線路中10kV 線路損耗占線路總損耗的70%以上，低壓臺(tái)區(qū)容量不足40%。農(nóng)村配電變壓器使用時(shí)間長(zhǎng)、負(fù)荷變化頻繁、空載運(yùn)行、過(guò)負(fù)荷運(yùn)行等情況下會(huì)產(chǎn)生較大損耗，主要原因?yàn)椋号潆娮儔浩髫?fù)荷變化頻繁。配電變壓器主要由三部分組成：一是主變壓器；二是配變（包括低壓線路上安裝的電器設(shè)備）；三是低壓線路。由于農(nóng)村地區(qū)供電線路長(zhǎng)、用電負(fù)荷變化快，造成配電變壓器負(fù)荷變化頻繁，尤其在夏季用電高峰期間，用戶用電量突增，配電變壓器負(fù)荷增加；農(nóng)村地區(qū)供電半徑過(guò)長(zhǎng)[2]。

1.3 電壓分布不均衡

在我國(guó)農(nóng)村配電網(wǎng)中，由于農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人口分布等因素，導(dǎo)致部分地區(qū)電壓分布不均衡，而這一情況對(duì)農(nóng)村配電網(wǎng)的運(yùn)行和降損工作產(chǎn)生了較大影響。農(nóng)村地區(qū)人口密集，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低，供電半徑過(guò)長(zhǎng)，使得供電距離較遠(yuǎn)的居民住宅區(qū)域、大型工廠和企業(yè)區(qū)域等負(fù)荷過(guò)大，由于供電半徑較長(zhǎng)，導(dǎo)致供電電壓在時(shí)間和空間上均出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象。同時(shí)，由于農(nóng)村地區(qū)電壓分布不均衡導(dǎo)致了負(fù)荷中心與電壓低的節(jié)點(diǎn)之間出現(xiàn)較大的用電差異。因此，在農(nóng)村配電網(wǎng)降損工作中必須充分考慮到這一問(wèn)題，采取有效的措施進(jìn)行解決。通過(guò)對(duì)我國(guó)部分地區(qū)農(nóng)村配電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，目前我國(guó)農(nóng)村配電網(wǎng)存在以下主要問(wèn)題：

1.電壓分布不均衡：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)農(nóng)村地區(qū)的經(jīng)濟(jì)水平也在不斷提高。在這種情況下，部分地區(qū)居民用電需求量也隨之增加。但是由于農(nóng)村配電網(wǎng)電壓分布不均衡導(dǎo)致了用戶用電需求與供電能力之間存在一定的矛盾。

2.設(shè)備老化：目前我國(guó)農(nóng)村配電網(wǎng)中仍然存在部分老舊設(shè)備和陳舊線路。在這些老舊設(shè)備和陳舊線路中，電力變壓器、低壓電抗器、低壓架空導(dǎo)線等設(shè)備老化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，且這些設(shè)備也未得到及時(shí)的更新和改造，從而導(dǎo)致了用電負(fù)荷的增長(zhǎng)速度與配電變壓器容量不匹配的情況出現(xiàn)。

3.無(wú)功補(bǔ)償不足：在農(nóng)村配電網(wǎng)中，由于缺乏相應(yīng)的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)施和技術(shù)水平，導(dǎo)致配電網(wǎng)中無(wú)功補(bǔ)償裝置不能起到補(bǔ)償作用，從而使得農(nóng)村配電網(wǎng)中電壓分布不均衡現(xiàn)象嚴(yán)重。

1.4 線路及配變老化，線徑小

目前，農(nóng)村配電網(wǎng)中的線路及配變老化、線徑小問(wèn)題嚴(yán)重，尤其是低壓線路損耗比較大，很多低壓線路的線徑只有3mm～5mm，甚至更小。這主要是因?yàn)檗r(nóng)村配電網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程中沒(méi)有考慮到運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，只注重了設(shè)備的數(shù)量、容量以及造價(jià)等因素，沒(méi)有注意到配電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，為了滿足農(nóng)村用電需求而盲目增加了負(fù)荷密度，造成了線徑小、損耗大等問(wèn)題[3]。

農(nóng)村配電網(wǎng)中的線損出現(xiàn)問(wèn)題后，會(huì)嚴(yán)重影響到供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益和形象，導(dǎo)致供電企業(yè)利潤(rùn)減少、效益下滑。因此，農(nóng)村配電網(wǎng)線損問(wèn)題是目前農(nóng)村配電網(wǎng)中的一項(xiàng)重要問(wèn)題。在農(nóng)村中，線損主要由以下幾個(gè)方面引起：導(dǎo)線截面過(guò)小會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線發(fā)熱嚴(yán)重、影響絕緣強(qiáng)度、導(dǎo)線與配電變壓器之間的距離太近等。若導(dǎo)線截面過(guò)小，線路上將會(huì)出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷現(xiàn)象，導(dǎo)致電流過(guò)大或電壓降增大，最終出現(xiàn)電能損耗增大的問(wèn)題。短路故障主要由線路接頭接觸不良、線路絕緣損壞、接地不良等引起。若短路故障發(fā)生在電力變壓器處時(shí)會(huì)出現(xiàn)電流增大現(xiàn)象；若短路故障發(fā)生在低壓配電柜處時(shí)會(huì)出現(xiàn)電壓降低現(xiàn)象。配電變壓器容量選擇不合理：農(nóng)村中配電變壓器容量選擇不合理也是導(dǎo)致農(nóng)村配電網(wǎng)線損高的重要因素之一。一般情況下，配變?nèi)萘吭酱缶€損越小。若配電變壓器容量選擇過(guò)大時(shí)會(huì)增加線損；若配電變壓器容量選擇過(guò)小會(huì)降低線損效率。無(wú)功補(bǔ)償配置不合理：農(nóng)村中無(wú)功補(bǔ)償裝置配置不合理也會(huì)導(dǎo)致農(nóng)村配電網(wǎng)線損增大[4]。

1.5 降損措施

在農(nóng)村地區(qū)配電網(wǎng)中，經(jīng)常存在低壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理、負(fù)荷分布不均勻、臺(tái)區(qū)與主干線距離較遠(yuǎn)的問(wèn)題。通過(guò)優(yōu)化農(nóng)村配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，能夠有效地提高農(nóng)村地區(qū)的供電能力，提高配電網(wǎng)的電能質(zhì)量。將低壓配電網(wǎng)建設(shè)成環(huán)型網(wǎng)絡(luò)，使各低壓配電所的出線形成環(huán)形供電，使負(fù)荷的分配更加均勻，減少無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。合理規(guī)劃和布局低壓電網(wǎng)，避免重復(fù)建設(shè)、重復(fù)供電，使其能夠合理分布在區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷中心，有效地減少了線損。在農(nóng)村地區(qū)選擇合適的配變?nèi)萘?，保證變壓器可以適應(yīng)負(fù)荷的變化；合理布置變壓器的位置和臺(tái)數(shù)，并保持負(fù)荷中心和低壓干線之間距離合適；配置功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，提高功率因數(shù)可以有效降低無(wú)功損耗；適當(dāng)調(diào)整農(nóng)村地區(qū)線路的截面、長(zhǎng)度、分支數(shù)等參數(shù)以保證導(dǎo)線在線路中傳輸?shù)碾娔苜|(zhì)量；在農(nóng)村地區(qū)推廣使用新型節(jié)能型配變和新型節(jié)能型配電變壓器；合理選用導(dǎo)線材料以提高導(dǎo)線自身線徑及降低電阻率來(lái)降低無(wú)功損耗；充分利用低壓配電網(wǎng)線路上無(wú)功補(bǔ)償裝置，提高無(wú)功功率輸送能力；安裝低壓配電網(wǎng)絡(luò)保護(hù)裝置，定期進(jìn)行巡視檢查[5]。

1.6 合理調(diào)整負(fù)荷

（1）合理調(diào)整負(fù)荷：通過(guò)對(duì)負(fù)荷的分析，確定最小負(fù)荷和最大負(fù)荷，調(diào)整各時(shí)段的負(fù)荷分配，使得電壓分布合理。（2）實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償：在進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用高壓補(bǔ)償?shù)姆绞?，根?jù)無(wú)功損耗的情況以及電網(wǎng)的實(shí)際情況，合理選擇補(bǔ)償容量、方式和地點(diǎn)。（3）合理配置無(wú)功功率：根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際情況，對(duì)其進(jìn)行合理配置，對(duì)有功功率和無(wú)功功率進(jìn)行合理配置。（4）正確選擇變壓器容量：根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際情況，按負(fù)載率與供電半徑確定變壓器容量。（5）安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備：根據(jù)負(fù)荷的大小和地區(qū)氣候等因素，選擇適當(dāng)?shù)臒o(wú)功補(bǔ)償裝置。（6）合理選擇導(dǎo)線截面：根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際情況及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求，合理選擇導(dǎo)線截面。（7）建立完善的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：對(duì)配電網(wǎng)中的各臺(tái)變壓器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)掌握各臺(tái)變壓器負(fù)載情況，并將其與配電線路負(fù)荷情況進(jìn)行對(duì)比分析，為電網(wǎng)運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支撐。（8）利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)：通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)用電需求進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)合實(shí)際用電情況調(diào)整線路運(yùn)行參數(shù)及容量。（9）對(duì)用戶電壓質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)：定期對(duì)用戶電壓質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)分析，為降低電能損耗提供數(shù)據(jù)支撐。（10）積極開(kāi)展無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)工作：在配電網(wǎng)中安裝電容器、電抗器等無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。通過(guò)上述措施的實(shí)施可以使電壓分布更加合理、電壓質(zhì)量得到提升，使得配電線路的損耗大幅降低。為了使以上措施更加有效地實(shí)施，還需對(duì)以下問(wèn)題進(jìn)行深入研究：從技術(shù)的角度看，提高配電網(wǎng)中功率因數(shù)（特別是無(wú)功功率的利用率）是降低線路損耗的主要途徑。從理論上講，只要在一定范圍內(nèi)增加配電網(wǎng)中的無(wú)功補(bǔ)償容量，就可以提高功率因數(shù)。但目前農(nóng)村配電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償容量一般是按變壓器容量的15%～25%配置，遠(yuǎn)不能滿足用電負(fù)荷增長(zhǎng)的需要。因此，需要對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行綜合分析，確定最佳補(bǔ)償容量。

目前農(nóng)村配電網(wǎng)中普遍采用無(wú)功就地平衡和集中補(bǔ)償相結(jié)合的補(bǔ)償方式，提高配電網(wǎng)中的功率因數(shù)。在農(nóng)村配電網(wǎng)中主要采用并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器兩種無(wú)功補(bǔ)償裝置，前者可通過(guò)直接補(bǔ)償或集中補(bǔ)償兩種方式實(shí)現(xiàn)，后者則一般采用集中補(bǔ)償方式。從技術(shù)上看，提高功率因數(shù)可以通過(guò)兩種途徑實(shí)現(xiàn)，即增加無(wú)功功率和降低線路損耗。增加無(wú)功功率主要有兩種途徑：一是提高變壓器電壓等級(jí)和容量；二是在變壓器空載時(shí)投切電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。從技術(shù)上看，降低線路損耗主要有三種途徑：一是采取合理架設(shè)架空線路以減少導(dǎo)線長(zhǎng)度；二是提高供電半徑以減少導(dǎo)線截面；三是在配電變壓器低壓側(cè)裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置。

從技術(shù)上看，提高配電變壓器效率可以采用以下兩種途徑：一是在配電變壓器低壓側(cè)裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置；二是對(duì)配電網(wǎng)中的變壓器進(jìn)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理。降低功率因數(shù)的措施：科學(xué)管理用電，首先是要做好電力負(fù)荷預(yù)測(cè)工作。供電企業(yè)在進(jìn)行電力負(fù)荷預(yù)測(cè)時(shí)，要充分考慮農(nóng)村的特點(diǎn)，科學(xué)制定供電方案。其次是加強(qiáng)用電設(shè)備管理，提高電能質(zhì)量。為了保證用電設(shè)備的運(yùn)行安全可靠，必須加強(qiáng)對(duì)用電設(shè)備的管理和維護(hù)，及時(shí)消除設(shè)備的不正常現(xiàn)象。對(duì)配電變壓器應(yīng)合理分布，安裝必要的變壓器及無(wú)功補(bǔ)償裝置；對(duì)線路、電桿、導(dǎo)線等要加強(qiáng)維護(hù)管理，防止因絕緣老化、線路發(fā)熱而導(dǎo)致絕緣能力降低，從而產(chǎn)生相間短路、接地短路等現(xiàn)象；對(duì)有載調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)、電容器等電氣設(shè)備要進(jìn)行定期檢查維護(hù)，保證其良好運(yùn)行；對(duì)電壓互感器、電流互感器和避雷器要定期進(jìn)行校驗(yàn)。

2 結(jié)論

通過(guò)加強(qiáng)配電網(wǎng)建設(shè)改造，合理安排配電網(wǎng)的建設(shè)、運(yùn)行方式，可提高配電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，減少短路電流，從而減少電能損耗。具體來(lái)講：加強(qiáng)無(wú)功功率平衡控制，在保證系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的前提下，盡可能提高系統(tǒng)中無(wú)功功率的利用率，提高電壓合格率；合理選擇導(dǎo)線截面，優(yōu)先選用新型節(jié)能導(dǎo)線；加強(qiáng)配電變壓器的運(yùn)行管理，防止變壓器空載損耗；做好農(nóng)村配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)，優(yōu)化變電站布局及變電站臺(tái)數(shù)，合理選擇線路供電半徑、導(dǎo)線截面及臺(tái)數(shù)；推廣使用新型節(jié)能型變壓器，安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置并保證其正常運(yùn)行；合理選擇配電線路導(dǎo)線截面，選用合適的線徑并選擇合適的導(dǎo)線類(lèi)型；加強(qiáng)用電管理。