地區電網降損策略研究及應用

黃旭 李愛元 李軒

摘 要：地區電網線損管理水平是衡量現代供電企業經營發展業績的關鍵指標之一。在既定電網規劃投資建設背景下，挖掘電網潛在運行能力，通過對電網主設備如輸電線路、變壓器以及無功補償設備的優化控制以合理調整電網潮流分布，同時開展站用電節能整治和負荷需求側管理，實現了電網運行控制策略優化和線損管理水平提質，電網經濟運行水平和節能效果顯著。

關鍵詞：線損；優化控制；節能；經濟運行

中圖分類號：TM714.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）36-0158-04

Abstract： The level of line loss management in regional power grid is one of the key indexes to measure the performance of modern power supply enterprises. In the context of given power grid planning investment and construction， the potential operation capacity of power grid is excavated， and the power flow distribution of power grid can be reasonably adjusted by optimizing the control of main power equipment such as transmission lines， transformers and reactive power compensation equipment. Energy saving regulation and load demand side management are carried out， which realizes the optimization of power grid operation control strategy and the quality improvement of line loss management. The economic operation level and energy saving effect of power grid are remarkable.

Keywords： line loss； optimal control； energy saving； economic operation

1 概述

由于環境與資源約束，尋求綠色低碳發展已成為國際社會的共識。作為主要的能源消耗以及污染物排放大戶，電力行業節能減排對于綠色低碳發展意義重大。近年來，電網結構的日益堅強，保護與安全自動裝置的日益完善，在保證電網安全運行的前提下，使挖掘電網潛能，優化電網運行策略，減少電網運行損耗的經濟運行方案成為可能。

電網線損管理是衡量供電企業經營業績發展業績的關鍵指標之一。株洲供電公司堅持“分層分級、管控前移、責任下沉、獎優罰劣”的線損管理理念，同時立足地區電網運行實際和歷史運行經驗，基于保證電網安全穩定運行為前提、以電網運營提質增效為目標，通過技術手段和管理手段開展降損策略研究，以此降低電網損耗。

2 降損控制策略研究

電能的生產、輸送、分配和消納是一個完整的實時動態運行有機體。據統計，對于地區供電公司110kV網絡，輸電線路的損耗和變壓器的損耗成為供電企業降損的主要考慮對象。因此，在滿足地區供電負荷的要求和保證地區電網安全穩定運行的前提下，公司主要通過優化輸電線路、變壓器、無功設備運行方案、強化站用電節能整治和負荷需求側管理，來實現電網安全經濟運行。

2.1 線路優化運行方案

110kV輸電線路的損耗主要取決于線路的材質、類型、長度、截面積和流通的電流大小，對于雙回路供電的變電站，在供電負荷相同的情況下，主供回路和備供回路的選擇除了充分考慮線路運行年限及運行狀況的同時兼顧線路運行的經濟性成為運行方式人員首要考慮的問題。

對于供電企業而言，首先，110kV網絡基本呈輻射狀分布，結合目前電網運行方式的安排，對株洲地區110kV變電站的進線電源供電方式重新進行梳理，根據各110kV變電站的重要程度及負荷水平，開展主供、備供電源回路理論線損計算分析，以線損最小來校核當前運行方式安排合理性，開展電網經濟運行方式決策分析，以求優化電網正常運行方式安排，使電網潮流分布更加合理，降低電網運行損耗。

其次，對于株洲城區河西、河東大面積10kV供電線路配網自動化技術改造后，對10kV配網線路負荷分布情況可實時量化分析，根據供電線路的供電范圍、負荷特性、重要程度通過對多聯絡配網線路的運行方式重新進行調整，使10kV配網線路供電半徑更加合理，供電區域負荷更加均勻，配網運行效率得到有效提升，電能質量得到較大改善。

最后是對頻繁跳閘、故障異常多的線路進行統計分析，進行“四張圖”管理。通過2015年異常線路統計結果，進行全線精益化巡視，確保臺區四張照片（桿塔、線路走廊、臺區全貌、配變近景）齊全，根據照片的全線展示，為每條線路制定綜合整治方案。使線路跳閘率明顯下降，有效減少了故障損耗。

2.2 變壓器經濟運行方案

實際的運行經驗表明，變壓器的可靠性水平較高，相較線路而言，出現故障的幾率非常低。而變電站中變壓器的損耗是網損主要組成部分，據相關文獻研究，變壓器長期運行在額定容量的75%左右是變壓器最優經濟運行要求，而實際供電企業運營管理中，基于安全性的考量，變壓器運行在50%-60%左右是比較理想的情況，不僅可以保證安全充裕性要求，也能有效降低變壓器損耗，提高變壓器經濟運行指標。

結合株洲電網運行負荷的實際情況，合理預測近期供電區域負荷水平，結合迎峰度夏和防凍融冰等周期性工作的開展，通過有效的負荷轉供方式調整，提高變壓器不同時期的負載運行水平。依托《2017年公司月度降損工作小結》及《2015年公司網損分析報告》，針對月度高損耗的主變進行綜合評價，找出變壓器高損耗的原因，實行“高損耗變壓器-原因分析-措施管控-合理損耗”的跟蹤管控模式，調控與運檢部門通力配合，制定了不同情況下的變壓器經濟運行流程及主要措施：

（1）在穩定性和安全性的前提下，確保變壓器經濟運行負荷水平和三相負荷平衡。

（2）對于兩臺主變的變電站，根據負荷的重要程度及負荷水平，開展了一臺變壓器運行，一臺變壓器備用的分析研究；對于三臺變壓器的變電站，在保證滿足N-1及負荷不過載的情況下，#1和#2，#1和#3、#2和#3及三臺主變并列運行四種方案進行綜合考慮，根據不同時期不同負荷水平下的運行損耗分析對比，給出了主變最優經濟運行方案。

目前縣域110kV主變運行方式安排采用變壓器三側運行方式，特別為應對短期的高峰負荷要求，對于主變容量不一致的主變仍采用合環運行方式，給變壓器經濟運行產生較大影響。目前縣域主變仍長期三側運行主變，對縣域110kV主變長期并列運行主變如表1所示：

為求分析簡便，下面給出通過調整容量相同及容量不同主變并列運行方式前后，解放路變、茶埠塘變損耗改善仿真效果如表2所示。

從上述計算結果可以看出：在主變容量相同情況下，合環運行將會產生一定合環損耗，在非特殊供電可靠性要求下，應不采取合環運行方式。而對于容量不一致的主變合環運行，運行經濟較差，在合理調整線路供電方式下，應禁止長時間合環運行。因此，在滿足縣域內特殊負荷供電可靠性的要求下，統籌安排地縣區域內110kV及以上線路、主變運行方式可在一定程度降低主網網損，滿足電網經濟性運行要求。

（3）根據月度變壓器損耗統計情況，及時向發策部門及主管領導進行反饋，開展高損耗變壓器的運行情況整治，實現了變壓器的降損運行。以下給出變電站高損主變降損運行分析跟蹤管理流程，如圖1所示。

2.3 站用電節能管理

株洲地區所轄變電站均實現了無人值班的運維模式，對于冬、夏季用電高峰期，變電站站損的增加對主網損耗的影響更加顯著，2014年株洲地區115座變電站，年站用電電量大約為620萬千瓦時。采取節能、節電措施可為整個株洲電網經濟運行帶來可喜的運營收益。

根據月度變電站損耗及母線不平衡分析，通過跟蹤站損的異常，及時分析及處置變電站站內損耗異常設備，規范變電站站內設備管理，杜絕不合理用電，積極引導站用電節能。在加強變電站節能改造以減少變電站固有的用電水平的同時，正在探討對于變電站損耗的可控站用電實行居民用電運營模式，予以一定程度的用電補償代替不受限制的用電管理方式。

為此株洲公司專門行文《公司站用電管理辦法》，對變電站、開閉所及配電房的站用電的負荷接入、節能使用進行了規范，要求空調溫度統一設置為26度，并對照明進行了聲控式改造，做到人走燈滅。2017年全公司站用電月度損耗由620萬千瓦時下降至550萬千瓦時，節約電費5.168萬/每月。

2.4 無功補償設備優化運行管理

為加強地區無功電壓控制的管理，在地區自動電壓控制AVC系統做了大量的研究工作。

首先，實施基于供電區域負荷特性分析的優化AVC控制策略實施。以220kV樞紐站的輻射式電網供電區域開展電網負荷特性研究可準確的體現AVC系統分層分區、就地平衡控制需求，將整個電網分成若干彼此間無功電壓電氣耦合度很弱的區域電網，實現220kV站之間的無功弱耦合控制、110kV廠站的無功適度交互控制，在運行控制策略中加入了經濟決策分析依據，對變壓器高壓側功率因數進行了控制，有效的保證了電網中無功的不合理流動，同時加強了變電站10kV電壓的精益化管理，通過采取分時段、分區域調整AVC的投入、退出策略，即保證了地區電網供電電能的質量，也有效的提升了電網經濟運行水平。

其次，實施地、縣一體化AVC優化運行控制策略。依行政區域進行劃分的地、縣電網是以區域220kV廠站以及縣域110kV廠站輻射的供電區域，AVC系統的地、縣電網廠站全覆蓋可以對供電區域內220kV-110kV-35kV-10kV系統更好實施分層分區、就地平衡控制需求，精準、深度控制各級電壓水平，在地、縣電網中實施地、縣AVC優化控制策略進行設定，滿足地、縣調無功電壓管理和地、縣電網無功電壓控制需求，實現地區電網內無功調壓設備及優化控制次數、控制手段的優化。

2.5 負荷需求側管理

首先，對于負荷臺區方面，以理論線損計算為依據，株洲公司針對低壓臺區負荷逐個進行排查，對于高損臺區進行負荷不平衡專題分析，采用定期巡視、開展不平衡分析、提出解決措施執行、閉環的工作模式有效的對高損三相不平衡臺區進行了整治。

其次，同時開展配電變壓器無功補償裝置綜合治理，對臺區變壓器低壓側無功裝置進行定期維修、更換，進一步強化臺區低壓負荷功率因數管理，將電壓異常臺區電壓進行有效控制。通過長期大范圍的排查，將存在補償問題的146個電壓異常臺區電壓合格率由91.5%上升至99.7%。

最后，開展10kV線路開展理論線損計算，對高損線路及高損變壓器集中進行專項改造，對改造配電臺區，優先選用S9及以上或非晶合金節能型變壓器，縣城電網負荷密度較大的可采用S13型變壓器，同時在配電變壓器低壓側進行集中補償，提高變壓器用戶的功率因數，實現無功的就地平衡，降低導線上電量的損耗。

3 降損策略實施

為強化公司電網線損管理力度，有效推進各部門線損管理工作開展，構建起提質增效、技術降損的管理組織架構和責任管理體系。

公司發展部是綜合線損的歸口管理部門，統籌公司系統線損管理；公司是主網線損的責任主體，全面負責公司主網線損指標分解與管理工作；運檢部是10kV線損、站用電管理的責任主體，全面負責公司10kV線損、站用電指標分解與管理工作；營銷部是0.4kV臺區、專線線損及辦公自用電管理的責任主體，全面負責公司0.4kV臺區、專線線損、辦公自用電指標分解與管理工作。

并明確各相關單位（部門）主要負責人是本單位（部門）線損管理工作的第一責任人；線損分管領導是本單位（部門）線損管理工作的直接責任人。并建立降損管理流程如下所示（見圖2）。

4 結論

公司以保證電網安全穩定運行的前提、在既定電網建設投資水平下，通過開展降低線路、變壓器損耗以及無功電壓管理等電網調度經濟決策輔助分析，優化了電網運行方式安排，加強了地區電網無功電壓管理水平，充分挖掘電網運行潛在能力，在不增加電網建設投資的角度，依托目前電網運行實際情況，通過技術降損手段，促電網提質增效，實現了株洲電網安全、可靠、優質、經濟運行。

（1）地區電網運行方式安排更加科學合理

通過對株洲地、縣區電網110kV及以上線路主、備供回路運行狀況和線路損耗、主變分列與并列運行損耗進行重新校核評估，優化了地區電網正常運行方式安排。

以2017年株洲石峰區電網負荷變化情況為例，伴隨著株化停產、株玻、塑料廠等高能耗大用戶的整體搬遷或用電需求下降，清水塘變最高負荷下降至25MW以下，經過對白氮線、白清氮線、葉氮線、葉氮線、葉清氮線線路運行狀況和線路損耗綜合分析比較，結合湘氮和清水塘變負荷情況，以線路損耗最小為依據，通過調整白氮線、葉氮線、葉清線線路供電方式，確立了白氮線主供清水塘變、葉清線主供湘氮的供電方式，既保證了電網可靠運行，又有效降低了網損。

2017年2月，在株洲縣、醴陵公司等縣公司開展縣域35kV及以上主變經濟運行實施方案試點，株洲縣公司當月35kV及以上電網損耗由1.19%下降至1.03%，醴陵公司當月35kV及以上電網損耗由0.88%下降至0.81%，共節省月度電量9.68萬千瓦時，全公司各變電站實施主變經濟運行方案，共節省年度電量大812.96萬千瓦時。

（2）地區電網線損指標得到較好改善

株洲公司通過加大技術降損力度，將技術降損與管理降損相結合，多部門協調配合，有效地的改善了公司線損指標，使公司經營業績得到較大的改善。株洲公司2017年線損指標順利完成控制目標，其具體完成效果如表3所示。

（3）地區電網經濟運行水平顯著提高

2017年公司地區總供電量實現101.6億千瓦時，在株洲地區負荷呈下降趨勢的同時，通過優化主變及輸配電線路供電方式安排和優化控制策略實施，實施AVC系統優化控制策略，提高無功設備運行利用效率，實現了負荷和無功潮流的合理分布，株洲電網35kV及以上主網同期網損率下降至0.98%，地區110kV母線及以上電壓合格率為100%，10kV母線A類電壓合格率為100%，10kV供電線路功率因數達到95%以上，實現了株洲電網全年安全、經濟運行要求。

參考文獻：

[1]張學松，柳焯，于爾鏗，等.配電網潮流算法比較研究[J].電網技術，1998.

[2]曹亮，孔峰，陳昆薇.一種配電網的實用潮流算法[J].電網技術，2002.

[3]李華東，韓學山，盧藝，等.配電網潮流計算的實用算法[J].東北電力學院學報，1997.

[4]吳文傳，張伯明.配網潮流回路分析法[J].中國電機工程學報，2004.

[5]鄒俊雄，周冠波，付軻，等.10kV配網合環轉電計算模型與試驗分析[J].電力系統保護與控制，2010.

[6]于建輝，周浩，陸華.杭州10kV配電網合環問題的研究[J].機電工程，2007.

[7]楊志棟，劉一，張建華，等.北京10kV配網合環試驗與分析[J].中國電力，2006.

[8]馮靜，張建華，劉若溪.基于PSCAD的配網合環電流分析[J].現代電力，2009.

[9]BIE ZHAOHONG，SONG YONGHUA，WANG XIFAN，et al.Integration of algorithmic and heuristic techniques fou transition-optimised voltage and reactive power control[J].IEE Proceedings：C Generation，Transmission and Distribution，2006，153（2）：205-210.

[10]Wen J Y， Wu Q H， Turner D， et al.Optimal Coordinated Voltage Control for Power System Voltage Stability[J].IEEE Trans on Power Systems， 2004，19（2）：1115-1122.