河北省南部電網(wǎng)分元件網(wǎng)損分析及降損措施

杜曉東，李曉軍，胡文平，張 蕊，楊少波，董靚媛

(國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021)

網(wǎng)損率是電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)，決定了電力企業(yè)的運(yùn)營狀況[1]。在對電能損耗計(jì)算的理論方法、管理以及各種降損措施分析的基礎(chǔ)上，對河北省南部電網(wǎng)線損的現(xiàn)狀及存在的問題，結(jié)合電網(wǎng)主要監(jiān)測設(shè)備及相應(yīng)考核指標(biāo)，從不同維度展開研究，特別是在降損措施方面，從技術(shù)和管理2個(gè)方面提出建議，為下一步營銷策略及發(fā)展方向提供了參考[2]。

1 河北省南部電網(wǎng)網(wǎng)損現(xiàn)狀及存在問題

河北省南部電網(wǎng)(簡稱“河北南網(wǎng)”)網(wǎng)損是由1 000kV主變壓器變高至35kV主變壓器變低之間的電量損耗組成，以2019年某月電量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，網(wǎng)損分析可從變壓器損耗、線路損耗、變電站損耗、母線平衡4個(gè)層面展開，具體規(guī)模分類如圖1所示。

圖1 河北南網(wǎng)網(wǎng)損分析規(guī)模

隨著河北南網(wǎng)主網(wǎng)架的逐步加強(qiáng)，主網(wǎng)網(wǎng)架分層分區(qū)運(yùn)行的逐步實(shí)現(xiàn)，河北南網(wǎng)的運(yùn)行方式安排更加靈活，迂回供電和功率遠(yuǎn)距離輸送有所減少，電網(wǎng)潮流更加合理和均衡，線路損耗呈現(xiàn)下降趨勢。同時(shí)隨著大量新能源電廠接入和“外電入冀”工程的相繼投產(chǎn)及穩(wěn)定運(yùn)行，電壓支撐明顯加強(qiáng)，無功平衡和電壓運(yùn)行水平穩(wěn)步提高，主網(wǎng)電網(wǎng)網(wǎng)損率雖得到明顯改善，但仍存在以下問題。

1.1 配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)亟待優(yōu)化

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，配電網(wǎng)設(shè)備更新速度難以匹配經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和生活對電力需求，加上老舊接線方式和過遠(yuǎn)供電半徑?jīng)]能得到整改，對遠(yuǎn)距離供電的線路檢修力度不夠，變壓器的建造區(qū)域分布不合理等，加劇了電能的損耗。

1.2 負(fù)荷波動影響

在既定的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)各運(yùn)行方式下，電能負(fù)荷的變動直接影響著網(wǎng)損的大小。自然災(zāi)害、季節(jié)更替都會導(dǎo)致用電負(fù)荷的巨大變動，負(fù)荷分配不均會加大線路的損耗，因此，電壓控制調(diào)節(jié)技術(shù)將很大程度上影響整個(gè)電網(wǎng)網(wǎng)損的大小。

1.3 變壓器損耗問題

變壓器損耗是網(wǎng)損的重要組成部分，變壓器的性能決定其對電能的損耗程度，同時(shí)變壓器在實(shí)際運(yùn)行過程中對空載和輕載調(diào)節(jié)力度差，均會造成網(wǎng)損率居高不下。

2 分元件網(wǎng)損分析

2.1 主變壓器的有功損耗

河北南網(wǎng)可用于變損分析的2012臺變壓器，平均變損率為0.6%。其中，1 000kV平均變損率0.63%，500kV平均變損率0.25%，220kV平均變損率0.49%，110kV平均變損率0.58%，35kV平均變損率1.05%。

2012臺變壓器中，有45臺變損水平較高(參考國家電網(wǎng)有限公司線損合格水平，220kV及以上0～2%合格;35～110kV，0～3%合格)。主要原因包括：設(shè)備老舊，5臺;變壓器輕載，21臺;新能源上送，3臺;存在沖擊性負(fù)荷，1臺。

通過對2012臺變損數(shù)據(jù)的分析，可以總結(jié)出以下?lián)p耗情況規(guī)律：隨著電壓等級的降低，平均變損率隨之升高，500kV變損最低，35kV變損最高，其中，1 000kV電壓等級變損率略高的原因是輕載;當(dāng)月河北南網(wǎng)無重載運(yùn)行變壓器，變壓器平均運(yùn)行點(diǎn)低于其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)，變壓器損耗隨負(fù)載率的降低呈上升趨勢;同電壓等級下，變壓器損耗隨主變壓器容量的降低呈上升趨勢。

河北南網(wǎng)當(dāng)月各電壓等級變壓器損耗具體情況如表1所示。

表1 變壓器損耗數(shù)據(jù)分析

2.2 線路線損的有功損耗

河北南網(wǎng)可用于線損分析的1742條線路，平均線損率為0.68%。其中，500k V平均線損率0.54%，220kV平均線損率0.52%，110kV平均線損率0.40%，35k V平均線損率1.25%。

1 742條線路中，有35條損耗水平較高(國網(wǎng)公司線損合格水平，220kV及以上0～2%合格，35～110kV，0～3%合格)。主要原因包括：線路輕載，11條;線路過長，線徑細(xì)，4條;存在沖擊性負(fù)荷，1條。

通過對1 742條線損數(shù)據(jù)的分析(見表2)，可得出下述結(jié)論：平均線損率隨電壓等級的降低呈先降后升趨勢。110kV線損最低，35kV線損最高;當(dāng)月河北南網(wǎng)無重載運(yùn)行線路，線路平均運(yùn)行點(diǎn)低于其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)，線路損耗隨負(fù)載率的降低呈上升趨勢;同電壓等級下，線路損耗隨線路長度的增加呈上升趨勢。

表2 線路損耗情況分析

2.3站損的有功損耗

可用于站損分析的1 184個(gè)變電站，平均站損率0.66%。其中，1 000kV平均站損率0.32%，500kV平均站損率0.4%，220kV平均站損率0.56%，110kV平均站損率0.69%，35kV平均站損率1.33%。

1 184座變電站中，有41座損耗水平較高(參考國網(wǎng)公司線損合格水平，220kV及以上0～2%合格;35～110kV，0～3%合格)。主要原因包括：光伏接入變電站，5座;變電站整體輕載，9座。

通過對1 184座站損數(shù)據(jù)的分析(見表3)，可以發(fā)現(xiàn)，平均站損率隨電壓等級的降低而升高。1 000kV站損最低，35kV站損最高。

表3 變電站損耗情況分析

2.4 母線平衡情況分析

可用于母線平衡分析的2 327條母線，有97條母平數(shù)據(jù)超出國網(wǎng)公司母平標(biāo)準(zhǔn)(220kV及以上-1%～1%合格;35～110kV-2%～2%合格)。主要原因包括：光伏接入變電站，1條;母線所在變電站整體輕載，3條。具體情況分析見表4。

表4 母線平衡情況分析

3 降損措施及建議

3.1 降低主變壓器損耗

變壓器的有功損耗構(gòu)成如下：

式中：P0為空載損耗，MW;Pk1、Pk2、Pk3為負(fù)載損耗，MW;P1為變壓器一次側(cè)的有功功率，MW;S1、S2、S3分別為變壓器一次側(cè)、二次側(cè)、三次測的負(fù)載視在功率，MVA;S1B、S2B、S3B分別為變壓器一次側(cè)、二次側(cè)、三次測的額定容量，MVA;cosθ為變壓器一次側(cè)的功率因數(shù)。

根據(jù)公式(1)可知，在主變壓器變損的構(gòu)成中，空載損耗、負(fù)載損耗、額定容量是主變壓器的設(shè)備參數(shù)，因此在運(yùn)行期間，可人為控制的因素僅有主變壓器的功率因數(shù)。為此，在保證母線電壓水平的前提下，可在變電站變壓器低壓側(cè)投入更多的無功補(bǔ)償裝置就地平衡無功功率[2]。

除了提高主變壓器功率因數(shù)以外，可考慮應(yīng)用變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行來降低變損，即在相應(yīng)的負(fù)載率范圍內(nèi)選擇合適的運(yùn)行主變壓器臺數(shù)和主變壓器容量[3]。大部分變電站通常安裝兩臺及以上同容量的變壓器，為了提高供電可靠性，在裝有三臺變壓器的變電站中，選擇具有主變壓器備自投功能的變電站，再根據(jù)負(fù)荷的變化適當(dāng)改變投入運(yùn)行變壓器的臺數(shù)，以此減少網(wǎng)損。

當(dāng)并列運(yùn)行主變壓器為n臺時(shí)，主變壓器有功損耗為：

根據(jù)公式(1)可知，在主變壓器變損的構(gòu)成中，空載損耗、負(fù)載損耗、額定容量等都是主變壓器的設(shè)備參數(shù)，因此：當(dāng)并列運(yùn)行主變壓器為n-1臺時(shí)，主變壓器有功損耗為：

當(dāng)時(shí)ΔPn=ΔPn-1，即n臺主變壓器與n-1臺主變壓器變損相等時(shí)，得到臨界功率：

式中：Scr為臨界功率，MVA;n為并聯(lián)運(yùn)行主變壓器數(shù)量。

公式5列出的臨界功率可用來判斷變電站在當(dāng)前負(fù)荷下，應(yīng)以2臺主變壓器或是3臺主變壓器來運(yùn)行。

3.2 降低線路損耗

式中：RL為線路電阻，Ω;cosθ為線路功率因數(shù);ρ為線路電阻率，Ω·m;L為線路長度，m;A為線路截面積，m2。

在線路損耗公式(6)、(7)中，線路電阻、線路長度、線路電阻率及線路截面積為原有線路參數(shù)。在線路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇導(dǎo)線截面積較大的線路，減少輸電線路供電長度，以上可作為中長期規(guī)劃降損措施。針對運(yùn)行中的線路功率因數(shù)，則是現(xiàn)階段能立即優(yōu)化的一個(gè)指標(biāo)，與降低主變壓器功率因數(shù)相同，考慮在變電站主變壓器低壓側(cè)投入更多的無功補(bǔ)償裝置就地平衡無功功率。同時(shí)，對設(shè)備運(yùn)維單位加強(qiáng)電容電抗可用率指標(biāo)的監(jiān)控，減少電容電抗退出時(shí)間，實(shí)現(xiàn)無功裝置的充分利用。

3.3 無功優(yōu)化

河北電網(wǎng)大量無功功率流動交換造成有功損耗，增加了線路及主變壓器損耗。可見，通過優(yōu)化無功來降損還有很多提升空間。首先是無功電源總量不足，有些變電站未能安裝足夠地?zé)o功裝置以滿足變電站的需求，故應(yīng)在無功電源不充分的區(qū)域加大安裝力度;其次是變電站主變壓器低壓側(cè)電容器組優(yōu)化投切流程[4]，避免投退裝置時(shí)將引起較大的電壓波動，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致電壓越限。

4 結(jié)束語

在設(shè)備損耗水平方面，造成損耗偏高的主要原因集中在設(shè)備老舊、負(fù)載率低、新能源上送、供電半徑大等方面。為降低設(shè)備損耗水平，建議：一是依據(jù)設(shè)備運(yùn)行年限，綜合評估投資效益，開展老舊設(shè)備治理及更新?lián)Q代。二是統(tǒng)一考慮電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目投產(chǎn)和負(fù)荷切改工程的實(shí)施計(jì)劃，加強(qiáng)新建變電站投產(chǎn)后的負(fù)荷切改工作，使變壓器、線路處于合理負(fù)載水平范圍內(nèi)。三是深化規(guī)劃及新能源項(xiàng)目接入系統(tǒng)研究，增強(qiáng)電網(wǎng)的新能源送出能力。四是綜合評估投資效益，合理規(guī)劃線路路徑，增加變電站布點(diǎn)，減小供電半徑。充分考慮負(fù)荷發(fā)展情況，選取經(jīng)濟(jì)型導(dǎo)線型號。五是在保證電壓水平的前提下，根據(jù)變電站無功潮流情況，加大無功補(bǔ)償裝置的投退力度，提高主變壓器與線路功率因數(shù)。