淺談電網(wǎng)負線損成因及分類

曹玄燁，王皓靖，沈懌燁，施 勇

(1.上海電力學(xué)院，上海 200090；2.國網(wǎng)上海市電力科學(xué)研究院，上海 200437；3.國網(wǎng)上海市電力公司浦東供電公司，上海 200122；4.國網(wǎng)上海市電力公司崇明供電公司，上海 202150)

線損，即電能在輸配、營銷過程中所產(chǎn)生的損耗，是考核電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)綜合實力的核心經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)，也是國家電網(wǎng)公司對各省市基層公司的重要考核指標(biāo)之一。

正常工況下，由于電網(wǎng)中各元件的阻抗對電能具有損耗作用，所以理論上線損現(xiàn)象無法避免且線損率總為正值，即((供電量-售電量)/低壓臺區(qū)供電量)×100%>0。

然而實際上，統(tǒng)計周期內(nèi)某些配電線路可能會出現(xiàn)表計供電量小于表計售電量的負線損現(xiàn)象。它主要是由計量設(shè)備采集誤差和低壓臺區(qū)信息管理不善等原因造成，是一種可以通過強化監(jiān)管力度而降低發(fā)生概率的故障現(xiàn)象。大部分負線損現(xiàn)象的成因存在共性，但在實際工況下，由于負線損不符合技術(shù)(理論)線損特性，所以負線損現(xiàn)象總是呈現(xiàn)出持續(xù)性、復(fù)雜性和多樣性的特點。這使得工作人員一般只能通過逐點排查現(xiàn)場設(shè)備運行情況、翻查工作記錄的方式對可能存在的問題進行排查。

電力工作者一般將負線損根據(jù)線損率的量值尺度或進行分類。從量值角度來看，統(tǒng)計期內(nèi)，線損率的計算區(qū)間處于[-1%,0%)，則稱線路出現(xiàn)小負損。通過分析現(xiàn)場出現(xiàn)小負損的供電線路，其線損率與歷史同期值之間的誤差往往呈現(xiàn)符合系統(tǒng)誤差特征的單向性與規(guī)律性，并且其故障成因通常與計量裝置相關(guān)。

1 成因分析

參考相關(guān)文獻，對負線損的成因進行定性分析。可以將負線損的成因歸結(jié)為4種：計劃失誤、安裝失誤、設(shè)備故障、信息管理失誤。

1.1 計劃失誤

計劃失誤一般是指，當(dāng)工作人員對設(shè)備(變壓器、電能表、電能表互感器)進行配置或更變時，由于沒有做好對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和原有設(shè)備運行情況的調(diào)研工作，導(dǎo)致新配置的設(shè)備型號不匹配、運行狀態(tài)不正常的情況。

常見的計劃失誤分為三種：“1.互感器配置不合理”；“2.電能表倍率不匹配”；“3.總表前接電”。其中“1.互感器配置不合理”是由于：一般在設(shè)計電能表互感器變比參數(shù)時，工作人員會根據(jù)變壓器的容量進行配置，但是當(dāng)供電半徑變壓器的實際運行效率，遠低于(或高于)設(shè)計預(yù)期(即現(xiàn)場運行負荷實際不符合配置要求)，計量回路電流低于(或高于)電能表額定電流，使得表內(nèi)元件轉(zhuǎn)動機構(gòu)無法克復(fù)阻尼(或磁滯效應(yīng))，使電表運行于非線性特性區(qū)間，導(dǎo)致供電量少計，發(fā)生負線損。這種情況一般會導(dǎo)致負損率穩(wěn)處于[-1%，0%)的穩(wěn)定小負損。

“2.電能表倍率不匹配”是指在安置或者更換電能表后，供電范圍內(nèi)售電側(cè)(用戶)或者供電側(cè)(總表)電能表的選型失誤(計量精度不匹配-計量精度過低、互感器變比倍率不匹配-用戶側(cè)變比大于實際值)會導(dǎo)致供電側(cè)少計(或售電側(cè)多計)、產(chǎn)生負線損。“3.總表前接點”是指，當(dāng)供電出現(xiàn)臨時用電用戶或者新用戶接電時，由于疏于管理，導(dǎo)致用戶接電處在總表之前、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不合理，導(dǎo)致部分供電量未計入供電總表。這兩種情況排查對象多、地理范圍廣，故障點難于排查，所以容易造成長期負損。

電流互感器測量次級特性曲線見圖1。電表倍率差異導(dǎo)致負線損原理圖見圖2。

圖1 電流互感器測量次級特性曲線

圖2 電表倍率差異導(dǎo)致負線損原理圖

1.2 設(shè)備故障

從電子設(shè)備可靠性的角度來看，電能表壽命期可以分為：早期失效(Infant Mortality)、正常使用期(Useful Life)、損耗老化失效期(Wear-out)，電能表各階段的失效率和時間的關(guān)系遵循浴盆曲線。

設(shè)備在工作過程中，可能會因為“長期運行在非正常工作環(huán)境”、“元器件老化”、“外力作用”、“金屬線路氧化”等問題，造成設(shè)備喪失某些規(guī)定功能，從而導(dǎo)致整個系統(tǒng)運行出錯。設(shè)備可靠性體現(xiàn)在負線損問題中主要可以分為“1.三相負荷不平衡”；“2.總表某相電流電壓異常”；“3.電能表時鐘差”；“4.用戶電能表故障”；“5.總表故障”；“6.故障數(shù)據(jù)補全不合格”。

“1.三相負荷不平衡”和“2.供電側(cè)電能表某相電流電壓異常”的故障成因比較類似，其本質(zhì)都是由于外界因素導(dǎo)致計量裝置運行在非正常的工作工作條件下導(dǎo)致負線損現(xiàn)象。“1.三相負荷不平衡”是由于供電范圍內(nèi)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、負載配置不合理，導(dǎo)致三相不平衡，供電側(cè)電能表某相電量超出額定值，導(dǎo)致供電量少計，這種現(xiàn)象一般由于三相不平衡導(dǎo)致的計量誤差與實際值相差較小，容易產(chǎn)生小負線損。而“2.供電側(cè)電能表某相電流電壓異常”的成因是由于供電總表某相電流線或電壓線發(fā)生氧化松動或者總表接線盒螺絲松動導(dǎo)致線路阻抗非正常增高，計量裝置本身的二次壓降減少，最終導(dǎo)致供電量少計。兩種故障的解決方式略有差異，第一種需要工作人員在供電范圍內(nèi)內(nèi)調(diào)整負載大小、調(diào)整供電半徑、調(diào)整輸配電進出線、增加無功補償裝置等方式優(yōu)化配置，以此解決負線損問題。而第二種可以通過定期計量裝置的更換從而降低故障概率。

此外對于計量裝置來說，其組成部分由電能表、電流互感器、計量用的電壓互感器和相互關(guān)聯(lián)的二次回路組成，其誤差代數(shù)和為：

γ=γb+γh+γd

式中γb——電能表的相對誤差(%)；γh——互感器合成誤差(%)；γd——電壓互感器二次導(dǎo)線壓降誤差(%)。

計量裝置的工作環(huán)境中存在輕載、過載、諧波、強磁場等非正常工作態(tài)(電能質(zhì)量、問題)造成影響，導(dǎo)致計量裝置誤差累計。

“3.電能表時鐘差”；“4.用戶電能表故障”；“5.供電側(cè)電能表故障”；“6.故障數(shù)據(jù)補全不合格”體現(xiàn)了計量裝置自身故障概率隨時間變化的自然特性。

電子設(shè)備失效率與使用周期的關(guān)系見圖3。

圖3 電子設(shè)備失效率與使用周期的關(guān)系

根據(jù)系統(tǒng)召測電能表數(shù)據(jù)的原理，采集終端可以依照通信規(guī)約對電能表發(fā)出召測指令，指令下達的時間會與電能表內(nèi)部的時鐘自動進行比對，然后電能表會將數(shù)據(jù)與時標(biāo)封裝上傳，即數(shù)據(jù)凍結(jié)。所以“3.電能表時鐘差”的現(xiàn)象可以表示為：當(dāng)電能表發(fā)生故障，發(fā)生重啟操作或延遲工作，召測的時間與電能表供電量凍結(jié)的時間不能統(tǒng)一，會造成供電量少計的問題。(如供電側(cè)電能表顯示數(shù)據(jù)略微早于用戶電能表數(shù)據(jù)凍結(jié)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不匹配)因此造成負線損現(xiàn)象。

“4.用戶電能表故障”一般指，當(dāng)用戶電能表收到外界因素或者零件老化等因素影響，用戶側(cè)電能表發(fā)生飛走或者計量超差等異常現(xiàn)象，導(dǎo)致用戶側(cè)電量采集數(shù)值異常增高；“5.供電側(cè)電能表總表故障”則是表現(xiàn)為供電側(cè)電能表或互感器，由于配用電異常導(dǎo)致故障或燒毀，導(dǎo)致供電側(cè)電能表總表計量值出現(xiàn)異常導(dǎo)致負線損故障。“6.故障數(shù)據(jù)補全不合格”表示在采集系統(tǒng)對用戶端數(shù)據(jù)進行采集時，如果輸入數(shù)據(jù)發(fā)生壞值與無響應(yīng)的情況，采集系統(tǒng)(或電表)一般會利用經(jīng)驗公式對數(shù)據(jù)進行補全。如果出現(xiàn)大量的無效采集值，會導(dǎo)致補全值數(shù)據(jù)大量失真，并導(dǎo)致售電量失真的情況。

設(shè)備故障導(dǎo)致的負線損狀況難以避免，但是通過電網(wǎng)例行的設(shè)備更換可以一定程度的減小故障概率，從而降低負線損概率。

1.3 安裝失誤

安裝失誤，一般是由于施工人員專業(yè)水平或綜合素質(zhì)較低造成的人為故障。常見的安裝失誤分兩種“1.供電側(cè)電能表二次負載較大(計量裝置未按照要求安裝)”；“2.供電側(cè)電能表、聯(lián)合接線盒接線錯誤”。

“1.供電側(cè)電能表二次負載較大”一般是工作人員在對供電側(cè)電能表(供電側(cè))進行安裝時，安裝位置不合理、電量表接線截面過小、連接點松動，導(dǎo)致二次電壓降低，使得供電量在統(tǒng)計期內(nèi)少計。“2.供電側(cè)電能表、聯(lián)合接線盒接線錯誤”則主要體現(xiàn)在施工人員過于粗心，出現(xiàn)電能表各式接線錯誤，極大影響電能表計量準(zhǔn)確度，出現(xiàn)電能表少計、漏記、不計數(shù)等異常現(xiàn)象。

安裝失誤屬于施工管理問題，其中“1.供電側(cè)電能表二次負載較大”容易出現(xiàn)小負損，“2.供電側(cè)電能表、聯(lián)合接線盒接線錯誤”一般難以排查，容易形成長期負損。想要降低安裝失誤，主要需要增強施工單位考核模式、增強施工監(jiān)管力度。

1.4 信息管理失誤

當(dāng)供電范圍內(nèi)用戶信息或者配電設(shè)備進行更新時，工作者需要及時將管理系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)進行更新，如果檔案信息不匹配或者出錯，會導(dǎo)致統(tǒng)計期內(nèi)供、售電信息不匹配，從而出現(xiàn)管理線損。

通常信息管理失誤常見的負線損成因有“1.供電側(cè)電能表互感器變更導(dǎo)致突發(fā)線損”；“2.供電范圍內(nèi)用戶檔案更新不及時”；“3.低壓臺區(qū)低壓側(cè)互供關(guān)系信息不匹配”。

“1.供電側(cè)電能表互感器變更導(dǎo)致突發(fā)線損”指，當(dāng)供電范圍內(nèi)的總表互感器進行更換后，系統(tǒng)內(nèi)互感器的變比數(shù)據(jù)未及時更新，導(dǎo)致實際變比與系統(tǒng)內(nèi)變比造成差異，所以統(tǒng)計期內(nèi)用電采集系統(tǒng)會出現(xiàn)供電量大于售電量的情況。

“2.供電范圍內(nèi)用戶檔案更新不及時”的成因與第一種類似，是由于用戶檔案變更信息未及時錄入系統(tǒng)，導(dǎo)致低壓臺區(qū)實際情況與系統(tǒng)內(nèi)記錄值，產(chǎn)生不一致。分析具體情況，這種現(xiàn)象又可以分成傳統(tǒng)的“現(xiàn)場低壓負荷調(diào)整等異動引起營銷、采集與現(xiàn)場低壓臺區(qū)檔案不一致”和“新增光伏發(fā)電用戶檔案未接入采集”兩種。

表1

目前從電力公司的角度，分布式光伏發(fā)電分為兩種管理模式“自發(fā)自用”和“余電上網(wǎng)”等兩種方式，由于政府對分布式電源的獎勵機制，一般用戶側(cè)都會對分布式電源的發(fā)電量和上網(wǎng)電量進行監(jiān)控。但是如果用戶側(cè)接線有誤、即自發(fā)自用光伏發(fā)電量上網(wǎng)或者新增余電上網(wǎng)的用戶并沒有監(jiān)控到位，可能發(fā)生用采系統(tǒng)信息不匹配的情況，導(dǎo)致低壓臺區(qū)內(nèi)實際供電量少計，出現(xiàn)負線損。

圖4 光伏發(fā)電量全部自發(fā)自用時潮流方向

圖5 光伏發(fā)電量余電上網(wǎng)正常潮流方向

“3.低壓臺區(qū)低壓側(cè)互供關(guān)系信息不匹配”主要會引發(fā)突發(fā)線損，其成因通常是由于低壓臺區(qū)內(nèi)配變故障或遇見了特殊用電時期(低壓臺區(qū)內(nèi)相互供電)，但是工作人員未及時對系統(tǒng)信息進行維護與更新導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)供電信息與實際情況不相符。

2 35 kV及以上線路小負損現(xiàn)象

目前，根據(jù)上海市電網(wǎng)線損統(tǒng)計工作結(jié)果，35 kV及以上的輸電線路中有大量[-1%，0%]的小負損。就上海浦東為例。2017年浦東公司所屬35 kV及以上線路共有553條，按照[±0.1%,±5%][511]為合理的統(tǒng)計區(qū)間，合理數(shù)量為399條，合理率為72.15%。其中有90條出現(xiàn)小負損的線路占比16.27%。

2.1 典型案例

浦東公司所屬兩條110千伏用戶專線鎮(zhèn)磁1527、銀磁1519半年多來始終未達合理區(qū)間。經(jīng)過半年多來的數(shù)據(jù)并通過日電量的綜合跟蹤分析發(fā)現(xiàn)：線路供電側(cè)流變變比為800/5,而用戶側(cè)流變變比僅為250/5，二端CT倍率差達到3.2倍，而2條線路線損率的日、月波動區(qū)間平穩(wěn)，同時在售電量增加的情況下線損率偏差有所收斂，由此判定不合理原因為供、售電側(cè)流變變比差過大，同時與線路負載率關(guān)系較大，上述兩條線路線損率也應(yīng)視為在合理范圍內(nèi)。

2.2 成因分析

35kV及以上的線路屬于高壓線路。其數(shù)量相對較小，運維要求高，根據(jù)《上海市電力公司線損精細化工作技術(shù)導(dǎo)則(實行)》要求高壓線路的線損分析需要進行精細對比并裝配數(shù)字式電能表進行計量。

浦東地區(qū)35 kV及以上線路出現(xiàn)的問題大部分是小負損，其線損率小、持續(xù)時間長，計量裝置符合系統(tǒng)誤差的特征，其起因應(yīng)該屬于設(shè)備故障或被運行于非正常工作狀態(tài)。根據(jù)概率統(tǒng)計原理，一條線路上，計量裝置中互感器與電能表的可靠性模型可以近似為各部件相互獨立的串聯(lián)系統(tǒng)，計量系統(tǒng)的實際故障率可以表示為

式中R(t)——計量系統(tǒng)故障率；λi(t)——部件可靠性函數(shù)；t——裝置工作時間；X(t)——使用狀態(tài)；τ——檢修周期。

根據(jù)國網(wǎng)公司要求，每年電力公司都會對35 kV及以上的電壓互感器和電表進行檢查與更換，且浦東35 kV及以上出現(xiàn)負損線路的線損率呈現(xiàn)持續(xù)性。所以可以基本排除計量裝置與互感器本身故障導(dǎo)致負線損現(xiàn)象。預(yù)測電網(wǎng)設(shè)備配置問題與非正常運行狀態(tài)是高壓線路產(chǎn)生負線損的主要原因。

3 結(jié)語

對于電力公司而言，如何加強臺區(qū)線損的管理能力、降低臺區(qū)內(nèi)輸配電過程中產(chǎn)生線損現(xiàn)象的概率，是提升電能管理效率、增強國網(wǎng)公司綜合實力的重要任務(wù)。目前上海市內(nèi)的高低壓輸配電線路依舊存在大部分不合理的負線損，這些負線損現(xiàn)象的起因往往復(fù)雜且難以排查，為相關(guān)從業(yè)人員帶來了巨大的工作復(fù)雜度。

目前對于負線損原因排查與治理模式，并沒有一個較為系統(tǒng)的工作規(guī)程。但是根據(jù)經(jīng)驗分析，可以將問題的處理模式分為以下幾類。

(1)分析業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)臺區(qū)檔案與現(xiàn)場實際差異

1)核對營銷、采集系統(tǒng)內(nèi)電能表倍率是否與現(xiàn)場實際相符。如營銷系統(tǒng)或采集系統(tǒng)存在表計倍率與實際情況不符；臺區(qū)總表倍率在營銷系統(tǒng)錄入值小于現(xiàn)場實際倍率；用戶電能表倍率在營銷系統(tǒng)錄入值大于現(xiàn)場實際倍率等。

2)營銷自動化系統(tǒng)中用戶關(guān)系與現(xiàn)場實際不符，如果低壓用戶電能表存在跨臺區(qū)情況，導(dǎo)致臺區(qū)用電量多計，臺區(qū)呈現(xiàn)負損。

(2)分析計量采集設(shè)備運行情況

1)用戶電能表故障，導(dǎo)致用戶用電量多計。常見電能表故障有電能表燒毀、誤差超差、表計飛走、倒走等情況。

2)總表接線錯誤，導(dǎo)致電量漏計。總表錯接線一般都會造成電量少計。

(3)核查采集數(shù)據(jù)異常問題

1)通過用電信息采集系統(tǒng)核查臺區(qū)采集成功率(主要是用戶電能表)，匯總采集失敗表計明細，分析采集失敗表計是否存在數(shù)據(jù)補全情況；是否存在抄表時間滯后于系統(tǒng)取數(shù)時間造成臺區(qū)負損。

2)核查低壓臺區(qū)下光伏用戶是否正常采集(重點是臺區(qū)總表反向電量與實際上網(wǎng)電量是否一致)

3)通過采集系統(tǒng)查詢表計時鐘是否存在超差的情況。現(xiàn)場對此類表計進行實地核查，檢查電能表是否報錯。時鐘錯誤將導(dǎo)致電能表日凍結(jié)底碼統(tǒng)計錯誤，臺區(qū)線損率出現(xiàn)正負交替現(xiàn)象。

(4)技術(shù)問題分析

1)總表倍率配置不合理，主要表現(xiàn)在互感器配置過大、三相負荷不平衡、臺區(qū)總表二次負載過大等原因造成臺區(qū)供電量少計，出現(xiàn)負損。根據(jù)過去負線損的治理經(jīng)驗，根據(jù)發(fā)生故障概率高低進行排序，對設(shè)備進行逐一排查。

2)引入多維數(shù)據(jù)，將諧波、電磁干擾、負荷變化情況引入負線損分析，尋找關(guān)聯(lián)關(guān)系，并針對相關(guān)設(shè)備或工藝進行排查。

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