淺談降低配電網絡有功損耗的設計方法

摘 要：節約電能是節約能源的重要組成部分，對于加快建設節約型社會具有十分重大的意義。長期以來，配電網絡中的有功損耗一直不被人重視，本文將從計算公式、設備選型、設計方案等方面闡述設計中降低配電網絡有功損耗的方法。

關鍵詞：配電網絡；有功損耗；三相平衡；經濟運行；無功補償

中圖分類號：F40 文獻標識碼：A

1 配電網絡中有功損耗的概念

1.1 三相線路的有功損耗

ΔP=3Ijx2R ×10-3（kW）

式中ΔP為三相線路有功損耗，單位為kW

Ijx為三相計算電流，用電器的計算負荷使用需用系數法計算，低壓用電器需用系數取0.7，高壓用電器需用系數取0.9，線路損耗按計算電流進行計算。

R為線路電阻，R=ρ*（L/S）。ρ為電阻率，單位Ω·mm2/m，可查手冊獲得（銅線電阻率0.01851，鋁線電阻率0.0294）；L為線路長度，單位m，S為截面積，單位mm2

1.2 配電變壓器有功損耗

ΔP=ΔP0+ΔPk（Sjs/Sr）2

式中ΔP為配電變壓器的總有功損耗（kW）

ΔP0為配電變壓器空載有功損耗（kW）

ΔPk為配電變壓器滿載（短路）有功損耗（kW）

Sjs為配電變壓器計算負載（kVA）

Sr為配電變壓器額定容量（kVA）

2 設計中降低配電網絡有功損耗的方法

2.1 合理規劃布局配電網絡

設計變配電所的選址要求接近用電負荷中心，通常是在用電量較大的車間附近，線路由負荷中心向周圍輻射，《低壓配電設計規范》（GB50054-2011）中就有明確規定。縮小變配電所供電半徑，避免迂回供電和近電遠供，一般情況下，0.4kV線路供電半徑應不大于 0.5公里，10kV線路供電半徑應不大于15公里。在布置配電點時，宜采用小容量、短半徑、密布點的方式。

2.2 合理選擇導線截面積

由前面的計算式可以看出：導線截面積與損耗成反比關系，增加導線截面會降低導線電阻，減少有功損耗和線路壓降。

（1）對長距離電流線路和35kV及以上的高壓線路，則可先按經濟電流密度確定經濟截面，再校驗其他條件。

（2）一般10kV及以下的高壓線路和低壓動力線路，通常先按發熱條件來選擇導線和電纜截面，再校驗其電壓損耗和機械強度。

（3）低壓照明線路，因其對電壓水平要求較高，通常先按允許電壓損耗進行選擇，再校驗其發熱條件和機械強度。

據我國國情，如果能全面推行按經濟電流選擇電線、電纜截面的方法，將減少35%～42%的線路損耗，經濟意義十分重大。現階段，推行按經濟電流密度選擇電纜截面是優化設計的內容之一。

2.3 做好三相平衡設計

按規定，配電變壓器出口處電流不平衡度不大于10%，配電干線及分支首段的不平衡度不大于20%，中性線的電流不超過額定電流的25%。三相負荷不平衡影響變壓器安全經濟運行，可降低配電變壓器輸出能力，增大配電線路損耗。例如一條配電線路等值電阻為R，通過最大電流為IA=IB=IC=I，則在三相電流平衡時的有功功率損失為ΔP=3I2R。三相電流不平衡時，有負序和零序電流分量，以平衡時的正序電流即I=IA=I1為標準，這時的有功功率損失為：ΔP=3（I12R1+I22R2+I02R0）=3I2[（1+ε22）+ε02KR]R

式中：R1、R2、R0、R為正序、負序、零序和等值電阻，且R1=R2=R ；KR=R0/R1 ，一般大于4；ε2=I2/ I1，ε0=I0/ I1為負序和零序電流的不平衡系數。從上式可以看出，三相電流不平衡程度越大，有功功率損失也就越多，所以在配電設計中，尤其在照明設計中，要注意各相負荷的配平工作。

2.4 選擇節能型配電變壓器，并合理選擇容量

配電變壓器損耗在配電網絡有功損耗中占有很大的比重，一般配電變壓器的損耗占全配電網絡總損耗量的30%。在設計中，配電變壓器容量與用電設備的容量比1.5：1～1.8：1為宜。負荷小用小容量變壓器，負荷大用大容量或者兩臺、多臺變壓器并列運行，使配電變壓器負載率控制在經濟運行區域，維持在額定容量的70%左右。

2.5 調節線路電壓

由公式可看出，在負載功率不變的條件下，提高線路電壓，線路電流會相應減少，線路有功損耗會隨之降低。例如輸送同樣的功率，6kV配電線路中電流為1A，那么在0.4kV配電線路中電流為15A。這樣在0.4kV配電線路的損耗是6kV配電線路損耗的152倍，即225倍。因此，在設計中，合理選擇配電的電壓等級尤為重要，負載容量較大，離電源點較遠宜采用較高電壓等級的供電方式。對于運行在一定電壓下的線路，電壓在額定數值上下允許一定的波動范圍，用上限電壓供電比用下限電壓供電減少線路損耗。因此，在配電變壓器選型時，盡量選擇高壓側帶調壓開關的變壓器。例如10kV配電選擇電壓變比為10±2x2.5%/0.4k的變壓器。通常配電變壓器二次側比配電線路額定電壓高5%，保證配電線路末端電壓不低于額定電壓的5%，起到降低線路損耗的作用。

2.6 提高功率因數

提高功率因數的途徑主要有兩個：一是減少配電網絡中各個部分所需的無功功率；二是進行人工補償。提高電氣設備自然功率因數，主要通過合理選擇供、用電設備的容量和型號，使用節能的新產品和新技術。采用人工無功補償，可以有效的降低配電網絡的損耗，改善電壓質量，提高配電變壓器的供電能力和用電設備的出力。如果網絡中輸送同樣的有功功率，提高功率因素后，相當于負載中的無功分量減少，在cosα=1時，無功電流減為0，有利于降低線路損耗。

功率損耗降低率可用下式表示：

△P%=[1-（COSφ1/ COSφ2）2]×

100%

式中 ：COSφ1為補償前的功率因數

COSφ2為補償后的功率因數

總之，在配電網絡設計中，降損的方法很多。降低配電網絡損耗無論對于業主企業本身，還是對于社會都是一件節約能源，減少浪費的重大舉措，對于加快建設節約型社會具有十分重大的意義。

參考文獻

[1]中國航空工業規劃設計研究院，等.工業與民用配電設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2]劉介才.工廠供電[M].北京：機械工業出版社，2004.