上海浦東地區(qū)配網(wǎng)線損的特點(diǎn)及管理

邵偉霞

(上海市電力公司浦東供電公司,上海 201206)

降低線損率可以實(shí)現(xiàn)多供電,少損耗,達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。通過生產(chǎn)管理系統(tǒng)(PMS)、配電安全監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(DSCADA)等平臺搭建,浦東地區(qū)的線損精細(xì)化工作已經(jīng)初步展開,并計(jì)劃在2010年年底實(shí)現(xiàn)495條線路線損精細(xì)化的目標(biāo)。

1 浦東地區(qū)線損精細(xì)化線路特點(diǎn)

現(xiàn)階段浦東地區(qū)開展線損精細(xì)化工作的線路均為帶有10 kV和35 kV直供用戶的線路。線路本身的供電半徑較小,即消耗在線路上的功率損耗不大,其負(fù)荷具有如下特點(diǎn):

1)使用的電壓等級高 盡管有部分用戶自己配備了變電設(shè)備,但也有很多直供電壓是直接使用的。與普通配電用戶常用0.4 kV低壓用戶相比,這類用戶負(fù)荷使用的電壓等級較高。

2)用電量大 10 kV直供用戶的配電容量在250～6300 kVA之間,35 kV直供用戶的配電容量在6300～40000 kVA之間。

3)對系統(tǒng)功率因數(shù)有影響 由于此類用戶均為商業(yè)用戶,許多用戶的負(fù)荷以阻抗形式為主,消耗有功功率后產(chǎn)生無功功率較多,影響系統(tǒng)功率因數(shù)。

對上述線路開展線損精細(xì)化工作遇到計(jì)量線損問題,可由線路參數(shù)、變壓器參數(shù)、負(fù)荷類型、計(jì)量設(shè)備精度、人為因素等多種原因共同決定。為了更好地表述這些因素對線損計(jì)量的影響,提出廣義線損的概念。

2 廣義線損

2.1 狹義線損和廣義線損

在電力系統(tǒng)中,由于電力線路、變壓器等設(shè)備具有阻抗和導(dǎo)納,在輸送功率的同時,也造成了功率損耗及始末電壓的不同。本文把僅與電力輸電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān),而與用戶側(cè)無關(guān)的電能損耗定義為狹義線損。狹義線損主要有兩部分損耗。

圖1 線路的Π型等效電路

1)純線路損耗線路上的功率損耗由兩部分組成,即有功損耗和無功損耗。線路的Π型等效電路如圖1所示,有功損耗由電流通過線路等效電阻產(chǎn)生,無功損耗由電流通過線路等效電抗和等效導(dǎo)納產(chǎn)生。圖1中箭頭表示電流方向,表示始端注入功率表示線路末端功率,R l表示線路等效電阻,X l表示線路等效電抗,Y l1表示線路始端導(dǎo)納,Y l2表示線路末端導(dǎo)納。純線路損耗可通過等效電路算出,并記其為

2)變壓器損耗 變壓器中的功率損耗通常用Γ型等效電路進(jìn)行計(jì)算。如圖2所示。若已知變壓器等效電路的阻抗Z T=R T+j X T及導(dǎo)納Y T=G F-j B T,就可以求得變壓器中的功率損耗,記為。

圖2 變壓器Γ型等效電路

而在實(shí)際計(jì)量過程中,由于計(jì)量誤差、負(fù)荷類型以及各種人為因素等原因,使得最終的線損數(shù)據(jù)與狹義線損理論值有所差別。因而,將電力系統(tǒng)供電功率和計(jì)量到的消耗功率的差值,定義為廣義線損。

2.2 功率因數(shù)對計(jì)量損耗的影響

對于上海浦東地區(qū)的線損精細(xì)化工作來說,現(xiàn)階段的線損計(jì)量以有功功率作為基礎(chǔ),由于用戶側(cè)的無功負(fù)荷將部分有功功率轉(zhuǎn)化為無功功率,因而產(chǎn)生了有功的計(jì)量損耗,如圖3所示。

圖3 功率因數(shù)對計(jì)量損耗的影響

圖3中P表示有功功率,Q表示無功功率。圖3(a)為系統(tǒng)發(fā)出功率為,理想情況下系統(tǒng)發(fā)出功率均為有功功率,因而=P1。若其負(fù)荷呈容性或抗性,由于功率因數(shù)的改變,視在功率將旋轉(zhuǎn)一個角度φ,如圖3(b)所示。在不計(jì)及其他形式損耗的情況下應(yīng)有|=||。由于P2=S2· cosφ,因而計(jì)量到的有功功率損耗為 ΔP=P1-P2=P1(1-cosφ)。

由于電力部門對用戶功率因數(shù)的要求,許多用戶自配了電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償,很大程度上降低了這種影響。

2.3 計(jì)量誤差損耗和竊電損耗

由于計(jì)量設(shè)備不可能做到絕對精確,計(jì)量誤差只能盡量降低。浦東地區(qū)對開展線損精細(xì)化工作線路和設(shè)備的計(jì)量精度進(jìn)行了明確要求,所有變電站的10 kV及以上出線(含開關(guān)站)均裝設(shè)0.5級以上,且與客戶電能表計(jì)精度相匹配的計(jì)量裝置,以盡量減小計(jì)量誤差對線損精細(xì)化工作造成的影響。

同時,在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動下,個別用戶私自改變計(jì)量裝置接線,使電能表反轉(zhuǎn)或不轉(zhuǎn),構(gòu)成了竊電行為。竊電使電源側(cè)計(jì)量值和用戶側(cè)計(jì)量值出現(xiàn)較大偏差,成為廣義線損的一個組成部分。

3 降損方法

針對廣義線損中的各種損耗,浦東地區(qū)采取了多種不同措施進(jìn)行降損,并取得了一定的成果。

3.1 降低有功功率損耗的方法

3.1.1 降低狹義線損中有功功率損耗的方法

降低狹義線損中有功功率損耗包括降低純線路線損耗和變壓器有功損耗。

1)純線路線損有功降損 純線路線損的有功損耗是指電流通過線路電阻R L產(chǎn)生的損耗,即

式中:ΔPL——線路中的有功損耗;I——通過線路的電流;RL——線路電阻。

由上述算式可以看出,降低ΔPL可通過降低I或R L來解決。針對直供用戶,無法通過提高輸送電壓來降低電流的方式,因而主要通過降低R L來解決。若要徹底消除純線路線損,只能通過發(fā)展超導(dǎo)材料的途徑,這在現(xiàn)有的技術(shù)條件下暫不可行。

均勻傳輸線的電阻與線路長度成正比,因此浦東地區(qū)主要采取減小供電半徑的方法來減少線路的有功損耗。現(xiàn)在,浦東地區(qū)建成的35 kV變電站超過100座,有效減小了供電半徑。

2)變壓器有功損耗降損 變壓器損耗中的有功損耗現(xiàn)階段通過減少變壓器臺數(shù)的方式來降低。如圖4所示的變電站,在季節(jié)性負(fù)荷低谷期,可以合上分段開關(guān),退出一臺變壓器。比如退出1號變壓器,由2號變壓器帶一、二段母線的所有負(fù)荷。值得注意的是,為了避免對系統(tǒng)穩(wěn)定造成影響,變壓器的退投節(jié)損只適用于配電站。

圖4 變電站配置示意圖

3.1.2 降低廣義線損中其他有功損耗的方法

廣義線損中的其他有功損耗,主要表現(xiàn)在計(jì)量設(shè)備精度不足造成的損耗、有功轉(zhuǎn)化為無功的損耗和竊電損耗3個方面。

1)計(jì)量設(shè)備精度不足造成的損耗 由于計(jì)量誤差可正可負(fù),這種損耗具有一定的不確定性,并有一定的抵消性。選取足夠精度的計(jì)量裝置可以很好地減少這部分損耗。

2)有功轉(zhuǎn)化為無功的損耗 由于線路參數(shù)中的電抗影響、變壓器電抗影響以及負(fù)荷電抗等的共同影響,使得有功功率轉(zhuǎn)化為無功功率的損耗,大多向感性無功轉(zhuǎn)化。因而,針對感性無功功率的無功補(bǔ)償,是減少這部分損耗的關(guān)鍵。

3)竊電損耗 這部分損耗通過線損精細(xì)化工作的逐漸開展,通過比較各個用戶的廣義線損可以逐步查出,并可通過電力營銷部門的監(jiān)管得到有效控制。

3.2 降低無功功率損耗的方法

降低無功功率損耗的方法是將無功功率轉(zhuǎn)化為有功功率,從而消除無功,也就是無功補(bǔ)償。浦東地區(qū)近幾年來在投運(yùn)的變電站內(nèi)都配備了綜合自動化系統(tǒng),對以往投運(yùn)的變電站,通過改造等方式增加綜合自動化系統(tǒng)的功能。這樣,方便了工作人員對變電站設(shè)備的監(jiān)控,同時其自動控制的功能也可以實(shí)現(xiàn)從電源側(cè)進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)墓δ堋?/p>

3.2.1 電源側(cè)的無功補(bǔ)償

電源側(cè)無功補(bǔ)償主要通過變壓器有載分接頭的調(diào)節(jié)或者電容器的投切完成。二者與無功功率和系統(tǒng)電壓的關(guān)系如圖5所示。

圖5 變壓器有載分接頭和電容器對無功的影響

電源側(cè)的無功補(bǔ)償分以下3個方面:

1)VQC有載調(diào)壓自動補(bǔ)償 綜合自動化系統(tǒng)中的VQC功能可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)系統(tǒng)無功功率的多少自動調(diào)節(jié)變壓器有載分接頭,甚至自動投切電容器。如圖6所示,當(dāng)無功功率高時降低分接頭(如3區(qū)),當(dāng)電壓降低時投入電容器(如7區(qū))。浦東地區(qū)現(xiàn)階段主要是根據(jù)VQC實(shí)現(xiàn)有載分接頭的自動調(diào)節(jié)。

圖6 VQC無功控制九區(qū)圖

2)電容器遙控投切 浦東地區(qū)大部分35 kV變電站(以線路變壓器組接線方式為例)在各段母線上均配有兩組變壓器,容量一大一小。在系統(tǒng)感性無功增多時投入。現(xiàn)階段的調(diào)節(jié)方式為人工遙控投運(yùn),若電容器容量過大,可分組投運(yùn),甚至根據(jù)季節(jié)性調(diào)節(jié)拆分電容器組,投入更少的電容器,以達(dá)到更精確的無功補(bǔ)償。

3)低壓電容器投切 10 kV開關(guān)站(KTA)中的0.4 kV低壓側(cè)也裝設(shè)了電容器補(bǔ)償裝置。針對低壓負(fù)荷的不確定性特點(diǎn),采用70%共補(bǔ), 30%分補(bǔ)的運(yùn)行方式,即三相共同投入70%容量,對無功缺少的相別有針對性的進(jìn)行30%容量的補(bǔ)償。

3.2.2 用戶側(cè)的無功補(bǔ)償

由于許多10 kV及以上的直供用戶的負(fù)荷類型呈感性,因而對系統(tǒng)功率因數(shù)會造成一定影響。這種影響不但對系統(tǒng)穩(wěn)定不利,也不利于用戶自身的用電質(zhì)量。

浦東地區(qū)規(guī)定100 kVA及以上的10 kV供電客戶的功率因數(shù)要達(dá)到0.9以上,因而大部分用戶采取自配并聯(lián)電容器的方式來提高自身功率因數(shù),從而降低了采用有功計(jì)量線損帶來的誤差。

4 結(jié)語

浦東地區(qū)目前采取的一系列降損方式,使得電能質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定得到了保障,同時線損精細(xì)化工作也得以順利開展。從現(xiàn)有技術(shù)措施來看,如能更大程度地進(jìn)行自動的無功補(bǔ)償,將使廣義線損降至更低。可以將現(xiàn)有的電容器人工投切改為自動投切,即為變電站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)置較適合的系統(tǒng)電壓情況和無功情況的判據(jù),使綜合自動化系統(tǒng)能夠自動選擇在合適的時間投入或切除電容器,必要時分組甚至拆分投入電容器裝置,以達(dá)到更好的補(bǔ)償效果。