我國電網(wǎng)線損率現(xiàn)狀及主要影響因素分析

冒詠秋 劉 旸

（中國質(zhì)量認(rèn)證中心南京分中心 江蘇南京 210019）

引言

以“兩山理論”為指導(dǎo)思想的生態(tài)文明建設(shè)已成為習(xí)近平新時代中國特色社會主義的重要組成部分，電力行業(yè)在我國能源消耗體系中占據(jù)重要地位，其能源轉(zhuǎn)化及輸送效率的高低將直接影響到我國能源綜合利用效率水平的高低，關(guān)乎國家生態(tài)文明建設(shè)。電網(wǎng)的電能損耗是造成電力系統(tǒng)能源消耗的主要途徑之一[1]，據(jù)統(tǒng)計，我國輸配電損耗占全國發(fā)電量的6.6%左右，以2013年為例，僅配電變壓器電能損耗就達(dá)1700億千瓦時，相當(dāng)于三峽電站2013年全年發(fā)電量（約1000億千瓦時）的1.7倍，輸配電網(wǎng)電能損耗十分嚴(yán)重[2]。

本文首先調(diào)研了我國電網(wǎng)綜合線損率水平，并與部分主要發(fā)達(dá)國家線損率數(shù)據(jù)相比較，摸清了我國電網(wǎng)線損率所處的國際水平；之后，通過對某市電網(wǎng)的損耗電量進(jìn)行分析，探明了我國電網(wǎng)損耗占比最大的電壓等級；最后，通過對6個地區(qū)10kV線路損耗數(shù)據(jù)的分析，探究了10kV電網(wǎng)損耗的主要組成部分，并以此為基礎(chǔ)識別出影響10kV配電網(wǎng)損耗的主要因素。

1 我國電網(wǎng)線損率現(xiàn)狀

線損率是電網(wǎng)中電能在傳輸過程中的損耗量與向電網(wǎng)供應(yīng)電能的百分比，是評價電網(wǎng)損耗水平的主要指標(biāo)，也是國家主管部門考核電力企業(yè)的一項重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[3]。王彬宇[1]對2002-2012年國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司的年綜合線損率進(jìn)行了收集并比較后發(fā)現(xiàn)：2002年至2012年間南網(wǎng)公司、國網(wǎng)公司段內(nèi)平均線損率分別為6.81%、6.54%。鑒于南網(wǎng)公司、國網(wǎng)公司管理的國內(nèi)供電區(qū)域面積及負(fù)荷總量在全國電網(wǎng)中的占據(jù)的絕對比重，因此可以認(rèn)為2002-2012年內(nèi)國內(nèi)電網(wǎng)損耗平均水平介于6.54%-6.81%之間，且更趨于6.54%（國網(wǎng)公司供電面積、負(fù)荷總量均高于南網(wǎng)公司）。《電力發(fā)展十三五規(guī)劃(2016-2020年)》給出的2010年全國電網(wǎng)線路損失率為6.53%，2015年全國電網(wǎng)線路損失率為6.64%，并提出到2020年，全國電網(wǎng)綜合線損率要控制在6.5%以內(nèi)。綜上可以看出，目前我國電網(wǎng)綜合線損率應(yīng)處于6.5%-6.64%之間。

2 國外電網(wǎng)線損率現(xiàn)狀

圖1 我國當(dāng)前及世界主要發(fā)達(dá)國家2009年、2010年線損率統(tǒng)計

圖1 給出了我國當(dāng)前及世界主要發(fā)達(dá)國家2009年、2010年線損率統(tǒng)計數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)來源：《IEA STATISTICSELECTRICITY INFORMATION 2012》），可以看到，發(fā)達(dá)國家 2009年、2010年的電網(wǎng)線損率大部分處于3%-7%之間，其中有一半以上處于4%左右，其余個別國家處于7%之外，甚至高達(dá)12%。與2009年相比，2010年各主要發(fā)達(dá)國家線損率均有不同程度下降，整體呈現(xiàn)下降趨勢。對比可知，我國電網(wǎng)線損率水平還處于國外發(fā)達(dá)國家水平的中下水平，整體與國外發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)水平相比仍然存在差距，尤其與日本、韓國等亞洲發(fā)達(dá)國家相比，差異仍然明顯，存在較大提升空間。經(jīng)分析可知，日本、韓國等線損率較低的國家歷來關(guān)注節(jié)能降損的研究，尤其注重先進(jìn)且高能效設(shè)備的使用、引導(dǎo)用戶錯峰用電以及高效的管理對線損率的影響[4]。

3 不同電壓等級電網(wǎng)損耗占比分析

圖2給出了國內(nèi)某市2012、2013年四季度典型月份35kV及以上（包括 35kV、110kV、220kV）、10kV、0.4kV 等電壓等級電網(wǎng)的損耗占比。由圖可知，對于配電網(wǎng)而言，35kV及以上電壓等級電網(wǎng)電能損耗占比較小，電能損耗大多分布在10kV與0.4kV電壓等級電網(wǎng)中，10kV配電網(wǎng)產(chǎn)生的電能損耗大約占到整體電網(wǎng)總損耗的一半，10kV及以下配電網(wǎng)損耗已成為整個電力系統(tǒng)線損的最大構(gòu)成部分。該結(jié)論與文獻(xiàn)[1]的研究結(jié)果相一致，也符合當(dāng)前我國10kV及以下電網(wǎng)的實際現(xiàn)狀：一方面，在硬件設(shè)施上，部分配電網(wǎng)還存在設(shè)備老化、臺區(qū)負(fù)荷不匹配、線路過長、迂回供電、部分線路線徑偏小、無功補償不足等眾多導(dǎo)致高線損的不利因素；另一方面，新型城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化步伐加快，新能源、分布式電源、電動汽車、儲能裝置快速發(fā)展，氣候變化導(dǎo)致極端天氣頻發(fā)，終端用電負(fù)荷呈現(xiàn)增長快、變化大、多樣化的新趨勢，使得配電網(wǎng)改造升級的任務(wù)更加緊迫[3]。

圖2 某市配電網(wǎng)各電壓等級電能損耗占比

4 10kV配電網(wǎng)主要能效影響因素分析

4.1 10kV配電網(wǎng)損耗組成特征分析

圖3 不同地區(qū)電網(wǎng)10kV電壓等級線路損耗占比統(tǒng)計分析

圖3 給出了6個不同地區(qū)電網(wǎng)10kV電壓等級線路損耗占比情況。由圖可知，10kV配電網(wǎng)損耗由線路損耗、變壓器損耗、電容及電抗等其他元件損耗組成，其中，以線路損耗、變壓器損耗為主，并且從統(tǒng)計數(shù)據(jù)角度，線路損耗又整體上較變壓器損耗更大，即損耗主要發(fā)生在輸配電線路上，這與管理經(jīng)驗相符合。

進(jìn)一步，分析不同類型電網(wǎng)線路損耗、變壓器損耗占比變化。圖4、圖5分別給出了不同負(fù)荷類型10kV線路在典型日的損耗分布及損耗占比分析。其中，1#-3#線路：主要以農(nóng)村居民負(fù)荷為主，為輕載線路，線路負(fù)荷率較低；4#-6#線路：主要以城鎮(zhèn)居民負(fù)荷為主；7#-9#線路：主要以工業(yè)負(fù)荷為主，為重載線路，線路負(fù)荷率較高。可知，隨著線路負(fù)載率升高，線路損耗率整體呈現(xiàn)升高趨勢，并且損耗占比由以變壓器損耗為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃€路損耗為主。

圖4 不同負(fù)荷類型10kV線路典型日損耗分布

圖5 不同負(fù)荷類型10kV線路損耗占比分析

4.2 10kV配電網(wǎng)損耗的主要影響因素

由圖3、4、5可知，配電網(wǎng)損耗主要由線路損耗、變壓器損耗以及其他損耗構(gòu)成，其中前兩者占據(jù)主導(dǎo)地位。

根據(jù)電量法的線路損耗理論計算公式，如公式（1）[5]：

式中：K—負(fù)荷曲線特征系數(shù)；Rd∑—線路總等效電阻，歐姆；AgP—線路有功供電量，即線路首端有功電能表指示數(shù)，千瓦時；AgQ—線路無功供電量，即線路首端無功電能表指示數(shù)，千乏；線路平均運行電壓，可取線路額定電壓值，kV。

對線路損耗進(jìn)行分解，識別出影響線路的關(guān)鍵參數(shù)有線路電阻值、運行電壓、負(fù)荷功率、無功功率、負(fù)荷波動程度以及附加損耗等，對線路電阻值可繼續(xù)分解為導(dǎo)線截面、導(dǎo)線電阻率、導(dǎo)線長度等影響因素，對附加損耗可繼續(xù)分解為諧波、饋線三相不平衡等影響因素。

變壓器基礎(chǔ)損耗分為空載損耗和負(fù)載損耗兩部分，計算公式如公式（2）：

式中：ΔP—變壓器損耗；P0—變壓器空載損耗；Pk—變壓器的額定負(fù)載損耗；β—平均負(fù)載系數(shù)。

由于變壓器運行過程中負(fù)載是波動的，因此引入負(fù)載波動系數(shù)K修正損耗表達(dá)式，表達(dá)式為：

式中：K—負(fù)載波動系數(shù)。

由于變壓器在勵磁的過程中需要一定的無功功率，并且變壓器二次側(cè)的一些負(fù)載也需要一定的無功功率才能正常工作，因此還需要考慮由于傳遞無功功率使得電流有效值增大從而導(dǎo)致有功損耗的增加，無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量KQ就是根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計出的由于傳遞無功引起的損耗增加系數(shù)，相應(yīng)的公式如下[11]：

則綜合功率損耗為：

式中：Q0=I0%SN；Qk=Uk%SN；I0%為空載電流百分比；Uk%為短路電壓百分比；SN為變壓器額定容量。

傳統(tǒng)的變壓器損耗計算只考慮了負(fù)載率的影響而忽視了諧波和三相不平衡附加損耗，事實上諧波和三相不平衡不僅僅造成較大的電能損耗，還會對變壓器壽命產(chǎn)生一定的影響[7][8]。

根據(jù)公式（2）至公式（5），對變壓器損耗進(jìn)行分解，識別出影響線路的關(guān)鍵參數(shù)有空載損耗、負(fù)載損耗以及附加損耗等，實際應(yīng)用中影響變壓器空載損耗的主要因素有變壓器鐵心損耗以及臺區(qū)負(fù)荷與變壓器容量的匹配度，對負(fù)載損耗的主要因素為負(fù)載率，而對變壓器附加損耗的影響因素則包括諧波引起的附加損耗、三相不平衡引起的附加損耗、負(fù)荷波動引起的附加損耗等。

除上述線路損耗、變壓器損耗之外，配電網(wǎng)中電力金具、開關(guān)、電容、電抗等設(shè)備上也存在電能損耗，文獻(xiàn)[4][9][10]中已多有研究。

綜合以上分析，得到如表1所示的配電網(wǎng)電能損耗主要影響因素分解表。

表1 配電網(wǎng)電能損耗主要影響因素分解表

結(jié)語

（1）近年來，我國電網(wǎng)線損率雖不斷下降，但與國際領(lǐng)先水平相比還有差距，可提升空間還很大。

（2）在構(gòu)成我國電網(wǎng)的各個電壓等級中，10kV及以下配電網(wǎng)產(chǎn)生的電能損耗占到全網(wǎng)損耗的較大部分，是造成國內(nèi)電網(wǎng)線損率較高的關(guān)鍵性因素。

（3）10kV電壓等級配電網(wǎng)損耗主要由線路損耗、變壓器損耗、電容及電抗元件損耗等組成，且前兩者占主導(dǎo)地位；隨著負(fù)載率升高，10kV線路損耗率整體呈現(xiàn)升高趨勢，并且損耗占比由以變壓器損耗為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃€路損耗為主。

（4）基于理論計算公式分別對構(gòu)成配電網(wǎng)損耗的線路損耗、變壓器損耗等進(jìn)行了分解，識別并建立了配電網(wǎng)電能損耗主要影響因素分解表，可用于指導(dǎo)配電網(wǎng)設(shè)備能效提升、配電網(wǎng)能效等級評價模型建立等工作。