電網(wǎng)線損異常排查及降損增效措施探析

朱雄新

（廣東電網(wǎng)有限責任公司廣州從化供電局，廣東 廣州 510000）

0 引言

電網(wǎng)線損是指輸電過程中由于電能轉(zhuǎn)換和傳輸過程中的電阻、電感、電容等原因引起的能量損耗，電網(wǎng)線損是電力系統(tǒng)運行中不可避免的問題，甚至會導致能源的浪費和經(jīng)濟成本的增加。因此對于電網(wǎng)線損異常排查及降損增效措施進行深入研究具有重要意義。

1 異常排查

1.1 檢測設(shè)備

通過采用先進的監(jiān)測裝置和系統(tǒng)，如智能傳感器、在線監(jiān)測裝置等，可以實時監(jiān)測電網(wǎng)的運行狀態(tài)并快速發(fā)現(xiàn)線路故障和設(shè)備異常。監(jiān)測技術(shù)的使用為電網(wǎng)運營商和維護人員提供了巨大的優(yōu)勢和便利。

智能傳感器在整個電網(wǎng)范圍內(nèi)實時監(jiān)測電流、電壓、頻率等關(guān)鍵參數(shù)的變化。傳感器能夠準確地收集數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)將其傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控系統(tǒng)。智能傳感器與傳統(tǒng)手動巡檢相比，自動化的監(jiān)測方式更加高效和精確，消除人工帶來的誤差。自動化線損模塊如圖1 所示。在線監(jiān)測裝置可以對關(guān)鍵設(shè)備實時監(jiān)測，如變壓器、斷路器和開關(guān)等。裝置能夠檢測設(shè)備的溫度、濕度、震動等參數(shù)，并及時報告異常情況。通過裝置可以快速識別潛在的故障和設(shè)備狀況的惡化趨勢，采取預(yù)防措施或及時維修，避免由此引起的停電和事故。智能傳感器和在線監(jiān)測裝置可以與先進的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)結(jié)合使用，深入了解電網(wǎng)運行狀態(tài)，通過對大量實時數(shù)據(jù)的收集和分析發(fā)現(xiàn)潛在問題的模式和趨勢，并提前采取措施以減少故障。

圖1 自動化線損模塊

實時監(jiān)測可以實現(xiàn)及早發(fā)現(xiàn)線路故障、設(shè)備異常和其他潛在問題，避免停電和損失。此外，還為電網(wǎng)運營商提供了更好的決策支持，使其能夠根據(jù)實際情況制訂維護計劃，并進行資源調(diào)度以保持電網(wǎng)的高效運行。

1.2 數(shù)據(jù)分析

電力系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)采集、存儲和分析技術(shù)能夠為電力公司以及相關(guān)利益相關(guān)者提供寶貴的信息，更好地管理電力系統(tǒng)、優(yōu)化能源利用，并及時發(fā)現(xiàn)潛在問題。在高度數(shù)字化的電力系統(tǒng)中，通過利用現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)分析方法可以對龐大的運行數(shù)據(jù)進行整理和分析，提供對線路損耗的異常情況和潛在問題的準確識別。

數(shù)據(jù)采集設(shè)備的應(yīng)用使得電力系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測和記錄各種運行參數(shù)，如電流、電壓、頻率等，數(shù)據(jù)被傳輸?shù)街行臄?shù)據(jù)存儲系統(tǒng)進行集中存儲和管理。采集的數(shù)據(jù)可以包括市場交易數(shù)據(jù)、線路狀態(tài)數(shù)據(jù)、負載數(shù)據(jù)、設(shè)備運行數(shù)據(jù)等。通過分析方法對海量數(shù)據(jù)進行處理。一種常見的數(shù)據(jù)分析方法是使用統(tǒng)計學模型。通過對歷史數(shù)據(jù)的分析可以建立線性回歸模型或其他預(yù)測模型，用于預(yù)測正常運行條件下的線路損耗。通過預(yù)測數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)比對，如果發(fā)現(xiàn)線路損耗超過預(yù)期值或者存在明顯異常就可以快速發(fā)現(xiàn)潛在問題。此外，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的趨勢還可以判斷線路損耗是否具有季節(jié)性或周期性變化，從而進行相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。根據(jù)廣東省電網(wǎng)采集的數(shù)據(jù)，表1 為該地區(qū)某日分段線損情況。

表1 某日分段線損單位：kW·h

另一種常用的數(shù)據(jù)分析方法是故障檢測和診斷。通過監(jiān)測電力系統(tǒng)的運行參數(shù)結(jié)合先進的算法和人工智能技術(shù)可以實時檢測到線路故障或異常事件。例如，異常電流波動、頻率變化或電壓失真等可能表明線路存在問題。通過機器學習和深度學習算法可以對異常自動識別和分類。當發(fā)現(xiàn)異常時，系統(tǒng)可以立即發(fā)出警報，以便技術(shù)人員及時采取相應(yīng)的措施進行維修和保護設(shè)備。數(shù)據(jù)分析還可以用于電力系統(tǒng)的負荷預(yù)測和優(yōu)化。通過分析歷史數(shù)據(jù)和外部因素，如天氣預(yù)報、季節(jié)變化等可以建立負荷預(yù)測模型，提前預(yù)測未來負荷需求的變化。有助于合理安排電力調(diào)度和資源配置，降低線路過載的風險，并提高電力系統(tǒng)的效率。

1.3 定位故障點

利用熱成像、紅外掃描等無損檢測技術(shù)對電線路、變壓器等關(guān)鍵設(shè)備檢測，可以實現(xiàn)精確的故障定位和識別可能存在的線路損耗區(qū)域。先進的技術(shù)基于物體的熱輻射特性，將其轉(zhuǎn)化為圖像或熱力分布圖來提供可視化的信息。

在電線路檢測方面熱成像技術(shù)被廣泛應(yīng)用。熱成像技術(shù)下的電源電路原理如圖2 所示。通過使用紅外攝像機或熱像儀，操作人員可以快速掃描電線路準確地定位潛在的問題。例如，電線過載、電纜接觸不良、電阻異常和局部加熱等故障現(xiàn)象會產(chǎn)生熱量，熱量會被熱成像設(shè)備捕捉到并轉(zhuǎn)化為圖像。通過分析圖像定位故障點，及時采取修復(fù)措施避免更大的損失。而在變壓器檢測方面，紅外掃描技術(shù)是一種非侵入性、高效且安全的方法。通過紅外熱像儀檢查變壓器表面的溫度分布可以發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部可能存在的問題。例如，變壓器的絕緣材料老化、螺栓接觸不良、鐵芯過熱等部件故障都會產(chǎn)生熱量，通過紅外掃描可以及早發(fā)現(xiàn)并修復(fù)[1]。

圖2 熱成像技術(shù)下的電源電路原理

無損檢測技術(shù)還可以識別電線路中可能存在的線路損耗區(qū)域。當電流通過電線時會引起電阻產(chǎn)生熱量形成能量損失。通過紅外掃描和熱成像技術(shù)檢測出電線路中溫度較高的區(qū)域，其區(qū)域往往是線路損耗較大的地方。通過及時發(fā)現(xiàn)和處理問題可以提高能源利用效率，減少線路能量損耗，降低能源成本，并延長設(shè)備的使用壽命。

2 降損增效措施

2.1 優(yōu)化配電線路

在電力系統(tǒng)設(shè)計中優(yōu)化線路長度、材料、截面以及導線布置可以有效減少電阻損耗和電感損耗，提高系統(tǒng)的效率和經(jīng)濟性。首先，通過合理規(guī)劃線路布置減少線路長度可以降低電阻損耗。較短的線路長度可以減少導線的電阻，減少通過線路的電流，降低功耗和能源損失。其次，在選擇導線材料時應(yīng)根據(jù)具體要求合理選擇。不同材料具有不同的電阻特性，優(yōu)選導電性能良好、電阻較低的材料，如銅、鋁等，其中，高強高導銅基合金如圖3 所示。合適的材料選擇可以降低導線自身的電阻，減少電能轉(zhuǎn)化為熱能的損耗。再次，增大導線截面積可以降低電流密度，減小電阻損耗。適當選擇導線截面大小以滿足所需電流容量的同時最小化電阻損耗。最后，仔細布置導線，盡量避免或減少電感損耗的出現(xiàn)。電感是由于導線周圍磁場引起的能量損耗，可以通過合理布置導線并采取屏蔽措施來減少電感損耗。例如，將導線排列成平行或?qū)ΨQ的形式，并采用合適的間距和屏蔽材料來降低磁場的影響。

圖3 高強高導銅基合金

通過綜合考慮線路長度、材料、截面以及導線布置等因素進行優(yōu)化設(shè)計可以最大程度地減少電阻損耗和電感損耗，提高系統(tǒng)的效率和可靠性。優(yōu)化設(shè)計不僅可以降低能源損失，還可以減少系統(tǒng)運行成本，對于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排目標具有重要意義[2]。

2.2 使用節(jié)能設(shè)備

在更新老舊設(shè)備時選擇高效、低損耗的變壓器、電纜等設(shè)備可以減少能量轉(zhuǎn)換過程中的能量損耗。變壓器用于改變電流的電壓水平以適應(yīng)不同設(shè)備的需求。傳統(tǒng)的變壓器通常存在較大的能量損耗，但現(xiàn)代高效變壓器則采用先進的設(shè)計和材料以最小化損耗。高效變壓器能夠有效地將電能傳輸?shù)皆O(shè)備中減少能量的浪費和熱量的產(chǎn)生[3]。

電纜是將電能從一個地方傳輸?shù)搅硪粋€地方的主要途徑。老舊電纜的線材可能會導致能量損失，并在傳輸過程中產(chǎn)生熱量。使用高質(zhì)量、低阻抗的電纜（圖4）可以最大限度地減少電阻并降低損耗，更有效地將能量傳遞到目標設(shè)備，減少浪費和不必要的能量轉(zhuǎn)換。在更新設(shè)備時還可以考慮其他節(jié)能技術(shù)。例如，安裝功率因數(shù)修正設(shè)備可以改善電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少無功功率損耗。使用電容器或變頻器來平衡電壓和電流并提高效率也是可行的方法。

圖4 低阻抗電纜

通過更新老舊設(shè)備、選擇高效、低損耗的變壓器、電纜等設(shè)備可以最大限度地減少能量轉(zhuǎn)換過程中的能量損耗，還有助于降低能源成本，使得設(shè)備的運行更加經(jīng)濟高效。因此在設(shè)備更新時應(yīng)該重視選用高效、低損耗的變壓器、電纜等設(shè)備，以實現(xiàn)能源的可持續(xù)利用和保護環(huán)境的目標[4]。

2.3 動態(tài)功率因數(shù)補償

在電網(wǎng)中負載波動是常見現(xiàn)象。負載波動電網(wǎng)的穩(wěn)定運行和電能質(zhì)量產(chǎn)生了負面影響，其中最主要的就是功率因數(shù)的降低和電能損耗的增加。為了有效應(yīng)對負載波動，合理調(diào)整電容器的接入和退出可以實現(xiàn)功率因數(shù)的補償，有助于減少無效功率、改善電能質(zhì)量，并且符合電網(wǎng)的穩(wěn)定運行要求。

電容器在電網(wǎng)中具有儲存和釋放電能的能力，通過改變電流和電壓的相位關(guān)系提升功率因數(shù)。當電網(wǎng)負載波動較大時，電容器可以根據(jù)負載的需求合理地接入或退出，以達到功率因數(shù)的最佳補償效果。當電流波動引起功率因數(shù)下降時，接入電容器可以幫助提高功率因數(shù)的數(shù)值。電容器的電流落后于電壓可以產(chǎn)生負向的無功功率來抵消電網(wǎng)的感性無功功率，提升功率因數(shù)。接入電容器后，電網(wǎng)的無功功率會減少，有效降低電網(wǎng)負荷的無效功率損耗[5]。

當電網(wǎng)負載波動減小或負載改變時適當退出電容器也是必要的，因為接入過多的電容器會導致功率因數(shù)超過1 可能引起電網(wǎng)的諧波和振動，調(diào)整電容器的退出可以避免其問題。對于電容器的接入和退出需要基于實時監(jiān)測情況進行調(diào)節(jié)。監(jiān)測系統(tǒng)可以實時獲取電網(wǎng)的負載波動情況和功率因數(shù)變化，通過自動控制來合理調(diào)整電容器的接入和退出。自動調(diào)節(jié)方式可以快速響應(yīng)負載變化，保持電網(wǎng)的穩(wěn)定運行和功率因數(shù)在合理范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

降損增效措施的應(yīng)用不僅可以減少能量浪費和經(jīng)濟成本，還有助于提升電力系統(tǒng)的可靠性和可持續(xù)發(fā)展。未來進一步研究和實踐將推動電網(wǎng)線損異常排查及降損增效措施的發(fā)展，為電力行業(yè)提供更加高效的電網(wǎng)運行解決方案。