珠海電力設(shè)計(jì)院有限公司 萬 浩

能源問題一直是制約我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素，堅(jiān)持開發(fā)與節(jié)約并舉，大力推進(jìn)節(jié)能降耗，提高能源利用效率，是解決能源問題的重要手段。依據(jù)國家和地方節(jié)能法規(guī)和政策，開展固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估工作，是深入貫徹落實(shí)節(jié)約資源基本國策、嚴(yán)控項(xiàng)目能耗準(zhǔn)入門檻的重要舉措，對(duì)全面推進(jìn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。2016年11月國家發(fā)展和改革委員會(huì)制定并發(fā)布《固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目節(jié)能審查辦法》，明確提出固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目節(jié)能審查意見是項(xiàng)目開工建設(shè)、竣工驗(yàn)收和運(yùn)營管理的重要依據(jù)。

經(jīng)濟(jì)發(fā)展電力先行。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各地500kV 及以上高壓輸電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大。500kV 變電站承擔(dān)著地市級(jí)電力負(fù)荷的供電任務(wù)，具備供電功率和年供電量大、建設(shè)投資高等特點(diǎn)，因此節(jié)能評(píng)估工作是500kV 輸變電項(xiàng)目前期的重要工作之一。

1 輸變電工程電能損耗組成

在電力系統(tǒng)中，發(fā)電廠生產(chǎn)的電力通過電力網(wǎng)絡(luò)流向用電端，但由于各級(jí)電網(wǎng)元件存在一定阻抗，導(dǎo)致電力在流通過程中產(chǎn)生了電能損耗。對(duì)于輸變電工程而言，其電能損耗主要包括電力傳輸過程中的運(yùn)行設(shè)備損耗以及變電站日常用電設(shè)備損耗，運(yùn)行設(shè)備損耗分為站內(nèi)設(shè)備損耗和站外設(shè)備損耗。

站內(nèi)設(shè)備損耗。主要包括變電站內(nèi)的主變壓器、電抗、電容等元件損耗。其中最主要的是變壓器損耗，變壓器損耗主要包括變壓器鐵芯中的鐵損（固定損耗）和變壓器繞組電阻上的銅損（可變損耗）。變壓器鐵損（固定損耗）是鐵芯的磁滯損耗和渦流損耗，變壓器只要通電即存在鐵損，與通過的功率無關(guān)，主要與變壓器的容量和電壓有關(guān)；變壓器銅損（可變損耗）與電阻和通過電流有關(guān)。

站外設(shè)備損耗。包括輸電線路電阻損耗與電暈損耗，其中架空線路主要包括電阻損耗及電暈損耗，電纜線路主要為電阻損耗；用電設(shè)備損耗。用電設(shè)備指為保障變電站正?？煽窟\(yùn)行的設(shè)備，如控制、信號(hào)、保護(hù)、照明、消防等附屬生產(chǎn)設(shè)施，該部分設(shè)備負(fù)荷主要由站用變壓器供電。變電站站用電水平主要與變電站電壓等級(jí)、規(guī)模及自動(dòng)化程度有關(guān)。

2 500kV 輸變電工程算例分析

2.1 500kV 輸變電工程概況

該500kV 變電站本期建設(shè)2×1000MVA 主變壓器，采用單相自耦變壓器，額定容量為1000/1000/240（334/334/80MVA）。本期每臺(tái)主變低壓側(cè)裝設(shè)2組60MVar 低壓電容器和2組60MVar低壓電抗器。站內(nèi)設(shè)置3臺(tái)站用變壓器，包括2個(gè)工作電源和1個(gè)備用電源，站用變壓器容量選用800kVA。500kV 出線本期4回，解口近區(qū)500kV架空線路入本站，新建500kV 同塔雙回架空線路長約2×2×27km，導(dǎo)線截面采用2×630mm2。

2.2 變電設(shè)備電能損耗計(jì)算

變電站主要能耗包括設(shè)備損耗及站內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備用電量。設(shè)備損耗包括主變損耗、站用變損耗、電容器損耗、電抗器損耗等，即500kV 變電站站內(nèi)部分主要能耗＝主變損耗＋站用變損耗＋電容器損耗＋電抗器損耗+生產(chǎn)設(shè)備用電量。

2.2.1 主變壓器損耗

根據(jù)《電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，主變壓器的能量損耗計(jì)算公式為：ΔAT=ΔP0T+3∫0TI2RT×10-3dt，式中第一項(xiàng)為鐵損，第二項(xiàng)為銅損。采用最大負(fù)荷損耗時(shí)間法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算式為：ΔAT=ΔP0T+3ΔPsγ2τ，式中，ΔAT為變壓器年損耗電量；ΔP0為空載損耗；ΔPs為短路損耗；T 為年運(yùn)行時(shí)間；γ為變壓器最大負(fù)載率；τ為最大負(fù)荷損耗時(shí)間。

該變電站1000M VA 主變型式采用三臺(tái)334 MVA 單相自耦變壓器，額定電壓下，單臺(tái)變壓器空載損耗不大于85kW，短路損耗不大于450kW。按主變合理負(fù)載率50%考慮，年運(yùn)行時(shí)間T 取8000小時(shí)；按當(dāng)?shù)刈畲筘?fù)荷利用小時(shí)數(shù)5100小時(shí)、功率因數(shù)0.95，查《電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表可得，最大負(fù)荷損耗時(shí)間τ 取3310小時(shí)。按以上公式計(jì)算，該500kV 變電站本期2臺(tái)1000MVA 主變壓器年電能損耗約為631.4萬kWh/年。

2.2.2 站用變損耗計(jì)算

該500kV 變電站內(nèi)設(shè)置3臺(tái)站用變壓器，包括2個(gè)工作電源和1個(gè)備用電源，站用變壓器容量選用800kVA，額定電壓下空載損耗980W，短路損耗7500W。根據(jù)站用變負(fù)荷測算，站用變主變負(fù)載率約為50%，年運(yùn)行時(shí)間T 取8000小時(shí)，查表得最大負(fù)荷損耗時(shí)間τ 取7350h。因此，按ΔAT=ΔP0T+3ΔPsγ2τ 計(jì)算，本工程2臺(tái)工作站用變年功率損耗約為4.3萬kWh/年。

2.2.3 并聯(lián)電容器損耗計(jì)算

根據(jù)《電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，變電站內(nèi)電容器損耗相關(guān)計(jì)算公式為：ΔA=0.003QcT，其中：Qc為電容器容量；T 為電容器年運(yùn)行時(shí)間。該變電站每臺(tái)主變壓器本期配置2×60MVar 低壓并聯(lián)電容器組，主要用于補(bǔ)償主變無功損耗。通過考察該變電站在不同負(fù)載率下的無功平衡及無功設(shè)備投入情況，測算得到該變電站每組電容器組的等效運(yùn)行時(shí)間T 取1500小時(shí)。因此按上式計(jì)算，該站本期新建2×60MVar 低壓并聯(lián)電容器組年電能損耗約為108萬kWh/年。

為減少電容器組涌流倍數(shù)及抑制諧波電壓放大，減小系統(tǒng)電壓波形畸變，需在每個(gè)電容器裝置回路中增加串聯(lián)電抗器。該站采用12%干式空心單相串聯(lián)電抗器，在75℃、額定電流和額定頻率下，串聯(lián)電抗器額定損耗不超過26.4kW。根據(jù)《電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，變電站內(nèi)電抗器損耗相關(guān)計(jì)算公式：ΔA=ΔPeT，其中：ΔPe為額定電壓下的功率損耗；T 為電抗器運(yùn)行時(shí)間。根據(jù)設(shè)備參數(shù)及設(shè)運(yùn)行時(shí)間，按上式計(jì)算，該站本期串聯(lián)電抗器損耗電能約為47.5萬kWh/年。

綜上，該站低壓并聯(lián)電容器年電能損耗合計(jì)約為155.5萬kWh/年。

2.2.4 并聯(lián)電抗器損耗計(jì)算

為實(shí)現(xiàn)無功就近平衡，提高電網(wǎng)運(yùn)行靈活性，增加無功電壓調(diào)節(jié)手段，該變電站每臺(tái)主變壓器本期配置2×60MVar 低壓并聯(lián)電抗器組，采用單相干式空芯并聯(lián)電抗器組，在75℃、額定電流和額定頻率下，并聯(lián)電抗器額定損耗不超過65.5kW。通過考察該變電站在不同負(fù)載率下的無功平衡及無功設(shè)備投入情況，測算得到該變電站每組電抗器組的等效運(yùn)行時(shí)間T 取1500小時(shí)。因此，按ΔAT=ΔPeT 計(jì)算，該站本期新建2×60MVar 低壓并聯(lián)電抗器年電能損耗約117.9萬kWh/年。

2.2.5 站用變壓器用電量計(jì)算、站內(nèi)電能損耗合計(jì)

該500kV 變電站3臺(tái)站用變壓器，包括2個(gè)工作電源和1個(gè)備用電源，站用變壓器容量選用800kVA。工作站用變運(yùn)行時(shí)間T 取8000小時(shí)，參考廣東電網(wǎng)公司輸變電工程電力消費(fèi)量核算值，全站站用變年用電量約為169萬kWh/年。綜上，該500kV 輸變電工程站內(nèi)設(shè)備電能損耗合計(jì)約762.4萬kWh/年，其中站內(nèi)設(shè)備損耗593.4萬kWh/年，生產(chǎn)設(shè)備用電量169萬kWh/年。

2.3 輸電設(shè)備電能損耗計(jì)算

架空線路主要包括電阻損耗及電暈損耗。根據(jù)《電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，電阻損耗功率計(jì)算公式為：P=3×I2×R，其中：I 為線路達(dá)產(chǎn)時(shí)的輸送電流；R為線路電阻參數(shù)，參考《電力工程高壓送電設(shè)計(jì)手冊(cè)》中取值，該站4×JL/LB20A-630/45架空導(dǎo)線電阻參數(shù)取0.0118Ω/km。

電能損耗計(jì)算公式為：A=K×P×τ×L，其中：K 為線路損耗折算系數(shù)； τ 為年最大負(fù)荷損耗時(shí)間；L 為線路長度。該500kV 輸變電工程本期解口新建同塔雙回線路長約2×27.0+2×27.0km，根據(jù)電網(wǎng)潮流分析，該工程本期新建的兩個(gè)雙回路架空線路達(dá)產(chǎn)年輸送潮流分別約為212MA、497MW，核算輸送電流分別約為250A、585A。

按當(dāng)?shù)刈畲筘?fù)荷利用小時(shí)數(shù)5100小時(shí)、功率因數(shù)0.95，查《電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表可得，最大負(fù)荷損耗時(shí)間τ 取3310小時(shí)。損耗綜合折算系數(shù)K取1。線路年電暈損耗按電阻損耗的10%近似計(jì)算。結(jié)合工程實(shí)際，計(jì)算該工程本期新建500kV 線路總損耗約為281.7萬kWh/年。

2.4 年電能損耗計(jì)算結(jié)果

綜上分析，該500kV 輸變電工程達(dá)產(chǎn)后年電能損耗合計(jì)約1044.1萬kWh/年，其中變電站損耗593.4萬kWh/年，線路損耗281.7萬kWh/年，生產(chǎn)用電169萬kWh/年。項(xiàng)目能源消耗以電力為主，當(dāng)量值折標(biāo)系數(shù)取0.1229kgce/kWh，等價(jià)值折標(biāo)系數(shù)采用0.3055kgce/kWh，項(xiàng)目主要耗能一覽如表1。

表1 項(xiàng)目主要耗能一覽表

2.5 項(xiàng)目能效評(píng)估

500kV 輸變電工程主要通過主變電壓自動(dòng)把500kV 電力降壓至220kV 電力以滿足當(dāng)?shù)貙?duì)電能的需要，屬于《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019年本）》（國家發(fā)改委2019年第29號(hào)令）中允許類。該500kV 輸變電工程達(dá)產(chǎn)后年輸送電能約40.8億kWh，年耗能約1044.1萬kWh/年，項(xiàng)目綜合能源損耗率僅為0.26%，其中500kV 線路損耗率0.07%，主變壓器損耗率為0.08%，均低于當(dāng)?shù)仄骄担蠂耶a(chǎn)業(yè)政策，滿足清潔能源生產(chǎn)的需求。

該500kV 輸變電工程年達(dá)產(chǎn)年電能損耗預(yù)計(jì)占該地區(qū)用電量的比例僅為0.06%，對(duì)所在地區(qū)能源消費(fèi)增量無明顯影響。項(xiàng)目電能損耗較少，綜合能源損耗率較低，同時(shí)項(xiàng)目的投產(chǎn)對(duì)降低主變負(fù)載率、縮短供電半徑、降低區(qū)域電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)損耗具有積極意義。項(xiàng)目能量平衡框圖如圖1所示.

系統(tǒng)節(jié)能措施評(píng)估：通過擬定合理的接入系統(tǒng)方案，在滿足正常、檢修及故障方式下，系統(tǒng)潮流均勻、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)安全可靠的前提下，優(yōu)化電網(wǎng)潮流分布，降低電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)損耗；以無功分層、分區(qū)就地平衡的目標(biāo)，變電站近區(qū)無功補(bǔ)償充足、合理，減少了500kV 電網(wǎng)下送無功，降低主變壓器損耗，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

變電節(jié)能措施評(píng)估：在相同電氣參數(shù)的條件下，優(yōu)先選擇低耗高效的節(jié)能設(shè)備。其中，優(yōu)先選用低損耗變壓器以及電容器組，照明選用節(jié)能型燈具燈具，合理布置燈具和空調(diào)位置、減少使用數(shù)量、降低用電負(fù)荷；項(xiàng)目優(yōu)化了建筑設(shè)計(jì)，改善站內(nèi)建筑日照、通風(fēng)、采光、隔熱等性能設(shè)計(jì)；積極采用節(jié)能新技術(shù)和新設(shè)備，不采用國家明令禁止和淘汰的落后工藝及設(shè)備。

輸電節(jié)能措施：按照經(jīng)濟(jì)電流密度，合理選擇導(dǎo)線截面。線路導(dǎo)線采用高導(dǎo)電率鋁包鋼芯鋁絞線，降低線損。同鋁包鋼絞線和鋁合金絞線相比，鋁包鋼芯鋁絞線鋁線導(dǎo)電率最高，可以達(dá)到同等截面銅導(dǎo)線的61%～63%，線損小、能源利用率高；采用子導(dǎo)線分裂間距500mm，減少導(dǎo)線表面電位梯度和次檔距振蕩，提高導(dǎo)線的輸送能力；采用節(jié)能金具，防止電暈和渦流損失。導(dǎo)線懸垂線夾采用鋁合金材料制造的防暈線夾，絕緣子串加裝均壓屏蔽環(huán)；鐵塔主材采用Q420高強(qiáng)度鋼，減少塔材耗量，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

3 結(jié)語

電網(wǎng)電能損耗的評(píng)估方法眾多，本文應(yīng)用的最大負(fù)荷損耗時(shí)間法主要應(yīng)用于輸變電工程的節(jié)能評(píng)估分析，能耗測算過程中諸多計(jì)算參數(shù)應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目所在地區(qū)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行進(jìn)行合理選擇和調(diào)整，以期盡量與實(shí)際運(yùn)行情況相切合。

本文通過工程實(shí)際算例分析，探討了500kV 輸變電工程的主要能耗環(huán)節(jié)，測算結(jié)果顯示，500kV輸變電工程作為電網(wǎng)大型固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目，其能耗水平超過500萬kWh/年，按《固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目節(jié)能審查辦法》要求需編制節(jié)能評(píng)估報(bào)告書并通過節(jié)能部門審查。500kV 輸變電工程綜合能源損耗率極低，同時(shí)500kV 輸變電工程的建設(shè)對(duì)于滿足區(qū)域電力負(fù)荷發(fā)展、優(yōu)化電網(wǎng)供電半徑、降低電網(wǎng)線損率等均具有明顯效果，對(duì)促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)、助力雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)具有積極意義。