王彪，鄭濤，倪斌，李斌，李曉松，高瓊

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004;2.岳陽(yáng)市臨湘電業(yè)局，湖南 岳陽(yáng)414300)

農(nóng)村低壓配電網(wǎng)理論線損計(jì)算及降損措施研究

王彪1，鄭濤2，倪斌2，李斌2，李曉松1，高瓊1

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004;2.岳陽(yáng)市臨湘電業(yè)局，湖南 岳陽(yáng)414300)

針對(duì)臨湘市低壓配電網(wǎng)典型臺(tái)區(qū)，在現(xiàn)場(chǎng)繪制圖紙并多次錄取相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，用等值電阻法計(jì)算其理論線損。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)合實(shí)際及目前農(nóng)村電網(wǎng)存在的問題提出降損措施。

理論線損;等值電阻法;降損

1 引言

電能損耗是客觀存在于電網(wǎng)傳輸和配送電能過(guò)程中的現(xiàn)象，線損率是衡量電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的一項(xiàng)重要指標(biāo)［1－5］。準(zhǔn)確的理論線損計(jì)算將為分析線損構(gòu)成、制定降損措施提供依據(jù)。然而，由于農(nóng)村低壓臺(tái)區(qū)具有電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、線路結(jié)構(gòu)參數(shù)繁多且常有新用戶接入，用電季節(jié)性、運(yùn)行數(shù)據(jù)難以采集及歷史資料不全等特點(diǎn)［4］，因此，如何較準(zhǔn)確的計(jì)算理論線損，并加以分析，以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和降低損耗，多數(shù)電力企業(yè)為之困擾。

本文在現(xiàn)場(chǎng)采集大量相關(guān)數(shù)據(jù)并繪制電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上，從線路結(jié)構(gòu)及參數(shù)、負(fù)荷變化特點(diǎn)到理論線損的計(jì)算，進(jìn)行了較為全面的研究，為臨湘市供電局在農(nóng)網(wǎng)改造、規(guī)劃及管理等方面提供了重要依據(jù)。

2 基于等值電阻法的理論線損計(jì)算

2.1 基本原理

用等值電阻法計(jì)算線損的基本思想是:在低壓配電線路的首端處設(shè)想有一個(gè)等值的線路電阻Req，線路首端的總電流I流過(guò)Req產(chǎn)生的損耗與線路各支路的電流Ii通過(guò)相應(yīng)支路的電阻Ri產(chǎn)生的損耗總和相等［1，2］。理論線損計(jì)算模型如下:

式中:N—配電變壓器低壓出口電網(wǎng)結(jié)構(gòu)系數(shù)，單相兩線制供電取2，三相三線制供電取3，三相四線制供電取3.5;K—線路首端負(fù)荷形狀系數(shù);Req—低壓線路等值電阻(Ω);Ipj—線路首端平均電流(A);T—線路實(shí)際運(yùn)行時(shí)間(h)。

采用該方法僅要求測(cè)量變壓器出口處的運(yùn)行數(shù)據(jù)，避免了收集和整理各負(fù)荷點(diǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的大量工作，但要求假設(shè)各負(fù)荷點(diǎn)功率因數(shù)相同以及各節(jié)點(diǎn)電壓相同，在一定程度上降低了精度。

2.2 有關(guān)參數(shù)的確定

(1)負(fù)荷形狀系數(shù)

低壓線路負(fù)荷形狀系數(shù)K是描述低壓線路首端負(fù)荷變化特征的一個(gè)參數(shù)，定義為線路首端負(fù)荷電流的均方根值(Ijf)與平均值(Ipj)之比，即

關(guān)于K負(fù)荷形狀系數(shù)的計(jì)算，最關(guān)鍵問題是如何選取代表日，對(duì)此，許多文獻(xiàn)做了介紹［4］，但由于農(nóng)村低壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，很難從理論上給出一個(gè)通用的原則。

我們根據(jù)農(nóng)網(wǎng)特點(diǎn)及對(duì)過(guò)去用電情況的分析，在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)選取了多個(gè)代表日，記錄有關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)式(2)得到8個(gè)臺(tái)區(qū)的負(fù)荷形狀系數(shù)K，如表1所示。

(2)等值電阻

等值電阻Req的計(jì)算依賴于線路結(jié)構(gòu)及其參數(shù)和各用戶的用電記錄，且一般先從簡(jiǎn)化線路結(jié)構(gòu)——?jiǎng)澐钟?jì)算線段著手。但從現(xiàn)場(chǎng)得到的線路結(jié)構(gòu)圖來(lái)看，幾乎不能做出對(duì)其劃分計(jì)算線段的簡(jiǎn)化，因?yàn)?，?shí)際中一般不存在“線路長(zhǎng)度及截面相同”的線段。因此，只能按照線路的實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，即每一段線路(包括接戶線)為一計(jì)算線段，工作量相當(dāng)大。

表1 8個(gè)臺(tái)區(qū)代表日負(fù)荷形狀系數(shù)

根據(jù)實(shí)際線路結(jié)構(gòu)圖，選取抄表率為100%的月份的用戶用電量數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算線路的等值電阻，其計(jì)算公式如下:

式中，第j段導(dǎo)線的電阻Rj=rσj×lj(Ω)，rσj—第j段導(dǎo)線的單位長(zhǎng)度電阻值(Ω);lj—第j段的導(dǎo)線長(zhǎng)度(km);Aj—第j段線路上低壓用戶電能表抄見電量(kWh);Nj—第j段線路的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)系數(shù);n—計(jì)算線路上低壓用戶總數(shù)。根據(jù)式(3)得到8個(gè)臺(tái)區(qū)的等值電阻如表2所示。

表2 臺(tái)區(qū)線路等值電阻(單位:Ω)

(3)線路首端平均電流

通過(guò)采集臺(tái)區(qū)典型代表日24小時(shí)的數(shù)據(jù)，包括三相電壓值、三相電流值、有功電量、無(wú)功電量、功率因數(shù)等來(lái)完成線路首端平均電流的計(jì)算。主要有以下三種方法:

式中，Upj—代表日三相平均電壓(kV);Apg、Aqg——配電變壓器低壓側(cè)出口有功電量(kWh)和無(wú)功電量(kvarh);cosφpj—代表日平均功率因數(shù);T1為代表日低壓線路的運(yùn)行時(shí)間(h)。

選取兩個(gè)典型臺(tái)區(qū)，按照上述方法計(jì)算得到線路首端平均電流見表3。用三種方法計(jì)算結(jié)果差別不是很大，但方法一、方法三所需要的數(shù)據(jù)每小時(shí)都是在不斷的變化，對(duì)數(shù)據(jù)采集要求高，處理難度大，會(huì)有少許誤差，方法二所用數(shù)據(jù)主要由電能表測(cè)量，結(jié)果較為精確。

表3 代表日臺(tái)區(qū)首端平均電流(單位:A)

2.3 損耗計(jì)算

(1)電能表?yè)p耗

單相電能表每月每只按1kWh計(jì)算，而三相電能表每月每只按3kWh計(jì)算。接戶線已計(jì)入線路結(jié)構(gòu)圖即等值電阻中，故不再考慮其損耗。

(2)線路損耗

農(nóng)村低壓配電網(wǎng)多為三相四線制線路，且多數(shù)時(shí)間三相負(fù)荷存在不對(duì)稱，本處計(jì)算不考慮三相不平衡問題，將中線電能損耗納入其中，取結(jié)構(gòu)系數(shù)N=3.5。由式(1)計(jì)算可得8個(gè)臺(tái)區(qū)在所選代表日當(dāng)月的理論線損結(jié)果如表4所示。

3 線損分析及降損措施

3.1 影響損耗的原因分析

(1)三相負(fù)荷不平衡。當(dāng)前農(nóng)村電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡現(xiàn)象普遍存在，部分地區(qū)三相負(fù)荷分布嚴(yán)重不均，導(dǎo)致額外的電能損耗增加。導(dǎo)致三相負(fù)荷不平衡的原因可能為:①農(nóng)村用戶絕大部分為單相生活用電，單相負(fù)載接線基本是按數(shù)量在三相上平均分配;有的地區(qū)線路陳舊，甚至分不清ABC三相，因而新增用戶隨意接線，導(dǎo)致三相的接線在數(shù)量上也出現(xiàn)較大的差異;③由于農(nóng)民經(jīng)濟(jì)狀況不均衡，各用戶家用電器的增添及其用電量的差異越發(fā)明顯;④用戶用電分時(shí)段的差異，在白天負(fù)荷時(shí)段，三相負(fù)載基本平衡，晚上負(fù)荷高峰時(shí)段不平衡程度相當(dāng)嚴(yán)重。這類負(fù)載的特點(diǎn)是三相生產(chǎn)和單相生活用電量都很大。白天主要是生產(chǎn)用電，三相電壓較平衡。因單相生活用電在三相上分配不均，形成晚上生活用電高峰時(shí)段三相電流不平衡;④有的三相負(fù)載不平衡隨季節(jié)變化，這是由于各季節(jié)三相生產(chǎn)用電和單相生活用電的比例在變化，而單相負(fù)載在三相上分配不均造成的;⑤各相負(fù)載電流大小隨時(shí)間變化，在這一時(shí)間里這一相電流大，而在另一時(shí)間里另外一相電流又相對(duì)較大。這反映了單相負(fù)載波動(dòng)大，而該波動(dòng)在三相上是不同步的。

表4 理論線損計(jì)算結(jié)果(%)

(2)配電網(wǎng)導(dǎo)線種類繁多且陳舊老化。從筆者在現(xiàn)場(chǎng)繪制的供電網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)圖了解到，配電網(wǎng)導(dǎo)線種類繁多，特別是進(jìn)戶線，其中有些導(dǎo)線電阻率非常高。部分線路陳舊老化，且截面過(guò)小等等，這些將導(dǎo)致線路電阻變大，因而線損值較大。

(3)變壓器不在負(fù)荷中心。部分臺(tái)區(qū)變壓器所處位置不在供電負(fù)荷中心，甚至一端供電，使得供電半徑較大、壓降變大，等值電阻大大增加，線損也相應(yīng)增加。

(4)變壓器負(fù)荷率低。農(nóng)村用電主要以照明為主，一些經(jīng)濟(jì)還不太發(fā)達(dá)的地區(qū)負(fù)荷非常小，但配備電壓器容量較大，存在大馬拉小車的現(xiàn)象，許多變壓器近似空載運(yùn)行，負(fù)荷率低，損耗大。

(5)管理不嚴(yán)。筆者在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)繪制圖紙的過(guò)程中，遇到不少竊電盜電事例，這是臺(tái)區(qū)線損增大的一個(gè)重要原因。

3.2 降損建議

(1)重新規(guī)劃，改造陳舊線路。由于農(nóng)村經(jīng)濟(jì)落后，許多地方電網(wǎng)規(guī)劃不合理，線路結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，亂接亂搭現(xiàn)象非常嚴(yán)重;大部分臺(tái)區(qū)的配電線路陳舊，線徑小且用線混亂，導(dǎo)致電能損耗加劇。重新規(guī)劃并改造陳舊的線路是降低損耗的有效措施之一。

(2)根據(jù)臺(tái)區(qū)用電負(fù)荷大小選取變壓器容量，增設(shè)變壓器。部分臺(tái)區(qū)用戶分布較散，負(fù)荷低，但所屬一個(gè)變電臺(tái)區(qū)，由一臺(tái)變壓器供電且變壓器容量大，這樣一來(lái)變壓器供電半徑巨大，供電線路過(guò)長(zhǎng)，壓降大，且變壓器負(fù)荷率小，多數(shù)時(shí)間空載運(yùn)行，導(dǎo)致?lián)p耗嚴(yán)重。供電部門可根據(jù)臺(tái)區(qū)負(fù)荷特點(diǎn)選擇變壓器容量并合理布局變壓器位置，適當(dāng)增設(shè)變壓器。

(3)調(diào)整變壓器位置使之處在負(fù)荷中心。部分變壓器所處位置不在供電負(fù)荷中心，甚至一端供電，使得供電半徑較大、壓降變大，等值電阻大大增加，線損也相應(yīng)增加。因此，調(diào)整好變壓器位置也是降低損耗的重要舉措之一。

(4)相關(guān)工作人員定期監(jiān)控負(fù)荷情況，調(diào)整三相負(fù)荷，盡量使三相負(fù)載均衡。大多數(shù)臺(tái)區(qū)存在嚴(yán)重的三相不平衡現(xiàn)象，這是困擾降損工作者已久的問題。由前文提到的農(nóng)村用電的種種特點(diǎn)，導(dǎo)致了三相不平衡現(xiàn)象以及額外線路損耗的不可避免性，但過(guò)于嚴(yán)重的三相不平衡狀況可以通過(guò)人為的調(diào)整加以控制。因此，由過(guò)嚴(yán)重三相不平衡導(dǎo)致的額外線損率還有較大的減小空間。

(5)做好管理工作，加大巡查力度，防止竊電現(xiàn)象的發(fā)生。從上文的理論線損值以及以往的學(xué)者對(duì)農(nóng)網(wǎng)理論線損計(jì)算的結(jié)果來(lái)看(允許一定的誤差值)，理論值的大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及實(shí)際線損值，這就說(shuō)明存在管理上的問題，管理線損占整個(gè)線損的絕大部分，做好管理工作對(duì)電力企業(yè)效益的提高具有明顯的作用。

3.3 降損實(shí)例分析

以臨湘市低壓配電臺(tái)區(qū)“長(zhǎng)江六組變”為例，移動(dòng)其變壓器位置，使之接近負(fù)荷中心，其配電圖如圖1。

圖1 長(zhǎng)江六組變臺(tái)區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

從圖1中可以看出，變壓器原來(lái)處在較邊緣的位置?，F(xiàn)根據(jù)所繪線路結(jié)構(gòu)圖走向及其線路的長(zhǎng)短，以及各支路的負(fù)荷大小，選擇變壓器向各向供電負(fù)荷較為平均的位置如圖1所示。

移動(dòng)變壓器后長(zhǎng)江六組的數(shù)據(jù)對(duì)比如表5所示。表中的計(jì)算結(jié)果對(duì)比顯示變壓器在移動(dòng)至負(fù)荷中心后的等值電阻有大幅度的降低，線路損耗隨之相應(yīng)減少。表明了對(duì)于不在負(fù)荷中心供電的低壓臺(tái)區(qū)，重新計(jì)算規(guī)劃好變壓器的位置對(duì)于降低線路損耗是非常有效的措施之一。

表5 長(zhǎng)江六組變壓器移動(dòng)前后計(jì)算結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

線損管理是電力企業(yè)提高供電水平，增強(qiáng)企業(yè)能力，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要舉措。本次對(duì)臨湘市農(nóng)網(wǎng)的理論線損計(jì)算旨在通過(guò)大量實(shí)錄數(shù)據(jù)較精準(zhǔn)的計(jì)算配電臺(tái)區(qū)理論線損，證明電網(wǎng)規(guī)劃的合理性，將理論線損值控制在合理范圍之內(nèi)，并通過(guò)在計(jì)算過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問題及存在的缺陷提出相應(yīng)的改善措施，優(yōu)化農(nóng)村電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，農(nóng)村電網(wǎng)的線損還有大量的降損空間，電力部門做好降損及管理工作對(duì)企業(yè)效益的提高有著重要的意義。

［1］ 廖學(xué)琦．農(nóng)網(wǎng)線損計(jì)算分析與降損措施［M］．2版，北京:中國(guó)水利水電出版社，2008．

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Calculation on Theoretical Line Loss of Rural Low-voltage Distribution
Network and Study on Loss Reduction M easures

WANG Biao1，ZHENG Tao2，NIBin2，LIBin2，LIXiao-song1，GAO Qiong1
(1.School of Electrical Engineering and Information，Changsha University of Science ＆ Technology，Changsha 410004，China;2.Linxiang Electric Power Bureau，Yueyang 414300 China)

According to the typical transformer powered areas of rural low-voltage distribution in LIN Xiang city，calculating the theoretical line losswith equivalent resistancemethod on the basis of field drawing and deeply collecting the data.Then，putting forward some reduction measures in accerdance with the field research and the existence problem of rural distribution network at present.

theoretical line loss;equivalent resistancemethod;loss reduction

TM72

B

1004－289X(2013)03－0028－05

2013－01－30