10 kV 以下配電變壓器及線路降損節能運行分析

韋漢順

（廣西航港投資集團有限公司， 廣西 南寧 530031）

0 引言

配電網運行期間，變壓器占據較為關鍵的位置，更是供電期間能源損耗較多的設備。在不足10 kV 的供電線路中，供電帶來的電損，高出整體供電體系的60%。為此，針對變壓器、供電線路形成的能源損耗問題，進行深層次的技術分析，以期找出節能降損的可行方法，以此應對國內配電體系能耗大、損耗多的問題。

1 提出問題：電損與線損的產生

1.1 線路電損

供電線路的電損，需測算計算線中位、絕緣物質各個位置的電損。在分析三相電纜絕緣層產生的能源損耗時，主要參考的因素有線路電壓、線纜電容、線路長度，絕緣物質損失角的正切量tan σ 等。其中，tan σ 的參數，取決于電纜標準電壓參數，可利用產品目錄、相關文件手冊，查詢獲得參數大小。如果缺失相關文件，可參考實測值大小，依據表1 數據，進行賦值。

表1 供電線路tan σ 的取值方法

1.2 變壓器電損

獲取變壓器電損量時，主要判斷空載、負載兩個工況的損耗量。空載損耗的參數大小，可查詢變壓器說明書、銘牌數據。如果未能找到相關說明，可采取試驗測定形式。空載損耗的參數大小，是供電運行、分接頭兩個電位的電壓參數之比，比值乘以鐵芯損耗功率。負載損耗，可借助短路試驗的測定方法、查找變壓器銘牌，以此確定其參數。

2 分析電損與線損的消解方法，線路無功補償

配電網絡體系中運行的供電線路，在實際供電中會產生一定損耗，此種線損具有常見性、不可避免性。變壓器的安裝位置，處于整個供電線路的最末端，設備應用較為重要。變壓器運行期間產生的損耗較大，應獲取電力部門的管控重視。采取必要措施降低損耗量，減少電能流失量，增加供電效益。針對實際產生的變壓器損耗問題，需要以線路降損為技術條件，明確無功補償的形成因素，確定無功補償總量，獲取相應的負荷參數，以此判斷補償實況、真實容量，找出損耗量增多的直接原因，以數值為判斷依據，深入分析損耗形成期間，是否存在線路供電故障問題，排除變壓器自身故障。結合分析結果，判斷全年時段內，供電線路產生的能耗損失，思考能耗損失對應的管理成本，綜合確定具體的容量參數。更要關注容量參數，應與電容容量大小相近，以此保證容量匹配質量。針對最近兩年時段的供電情況，調取相關數據，進行深入分析，獲取精準性較高、準確性較強的容量參數，以此保障容量匹配的準確性，提高變壓器、供電線路的運行順暢性。從線路整體視角，綜合確定無功補償的發生點位，事先明確無功補償的大體方位，利用線路降損方法，有效處理供電線路運行的各類數據。借助數據分析、電損測定等方法，最終鎖定無功電流通過的各個點位，以此找出無功補償的具體方位，以此增強電容設備布置的合理性，積極防控電容風險，切實提高線損控制效果[1]。

3 找出電損與線損的控制方法：變壓器節能降損措施

3.1 節能策略

加強變壓器的運行能效，以期減少電損量，需從設備自身組成、選材各個方面，分析降損可能性。在供應電能期間，設備選材、線路性能，均是控制線損的關鍵因素。為此，變壓器設計人員，需積極選用新型材料、新工藝，對比電損情況，以此選擇最佳的設備材料，從選材視角控制電損量。當前，新材料選擇時，主要從抗腐蝕、耐寒兩個方面，選擇“無氧銅”“非晶合金”等材料，以此改善變壓設備的運行質量，增強線路導電、通電的平穩性，切實增強變壓器的運行能效，有效控制能量損耗。在變壓器實際生產期間，需關注材質的能耗干擾性，合理選擇新型工藝，切實增強設備節能性。必要時，可運行設計程序，精細改進設備組成方案，給出更具節能性的設備結構方案。

在新材料引入基礎上，關注變壓器的運行情況。創建有效的檢修、定檢機制，確保制度落實的有效性，有效排查設備潛在風險，以此增強變壓器運維檢修工作的完整性。采取嚴明的管理方法，針對實際發生、存在潛在風險的情況。給出全面排查處理。此種設備運檢工作，在一定程度上能夠降低變壓器的電損量，防止電損加劇，具有一定節能性。在具體實踐中，需要規范選擇熔斷裝置的類型，結合實際生產需求，逐步更新線路設備的功能，使其性能更優異、功效數值更高。合理設計各類供電設備的安裝范圍，促使供電設備處于高效運行狀態，增強節能效果。

3.2 降損策略

3.2.1 建立配網管控體系

節能降損管理，是當前供電網絡運維管控的關鍵任務。在配網規劃、供電設施運維期間，需加強節能降損的有效性。為此，創建完整的配網運維機制，是降損管理的關鍵。此項工作具有一定持續性。針對當前線損管理規劃的不足，分析其成因，給出相應的解決方案，以此逐步增強管理工作的全面性。制定嚴明的績效考核方法，創建完整的獎懲規章要求，針對實測的線損問題，及時排查損耗點，給出止損處理。針對能效較低的設備，積極融合節能技術。加強管理體系的優化，明確各崗位的降耗職責，給出更明確的分工方案，全面落實內控工作。針對變壓器、線路的損耗控制，制定完整的檢修、巡檢方法，分配專業的技術人員，嚴格依照管理規定，進行設備檢修，消除管理不足。建立應急處理方法，以此積極應對突發損耗事件。

3.2.2 保持三相負荷相互平衡

三相在具體電網體系中，承載的負荷量，尚未處于平衡關系，由此增加了線損量，相應提高了配網電損量。對此問題，需融合節能技術，參照平衡理論，優化供電設備的運行體系。借助三相四線的技術內容，切實保持三相負荷的相互平衡性，積極排除各類潛在不確定因素，消除風險，順應各類用戶的電力需求，切實保持三相平衡。

3.2.3 合理設計電網運行方案

電網運行方案的設計質量，決定著電網運行的平穩性，關聯于電網收益。針對供電單位，在電網配電生產期間，電壓、線損兩個參數處于反比關系。以配電網電壓為控制方向，使其處于最佳狀態，技術員需準確推算電網運行期間產生的負荷值。結合推算結果，給出母線電壓的調整方案，以此最大程度地控制線損量。如果在相同電壓層級、相同供電網絡中，需使用合環運行體系，有效控制線損。在相同電壓層級、不同供電網絡中，需選擇開環形式，減少線損量。供電單位需利用現代技術，精確調整電網運行參數。運行自動化技術，有效改進供電模式，精確調整供電半徑。應對差異性負荷中心，選擇具有差別性的供電方案，保持供電狀態的可控性[2]。

4 給出電損與線損控制的實踐過程：案例分析

4.1 項目概況

J 供電單位實際運行的電網設備共有421 個，不足10 kV 的配電裝置，占比14.35%，實際供電線損量，高于售電量的2 倍，亟需進行線損整治，以此獲取供電收益。

4.2 損耗情況

J 單位運行的不足10 kV 配電項目中，多數供電設備運行時間較長，有58.8%的設備處于“老舊”狀態。此類設備運行期間，會出現線路泄漏問題。在J 單位的供電體系中，尚未進行無功補償設計，由此增加了線損量。2018 年，全面更新了電網設備，至今仍有3.5%的用戶，尚未完成設備更新，電損量日益增加。2019 年，使用線上平臺測定供電損耗情況，理論損耗值為6.8%，0.4 kV 項目的線損達到了7.86%，10 kV項目的線損量為5.37%。測評結果與實際損耗相比略小。由此說明：J 單位當前的低壓配電項目存在嚴重線損問題，亟需引入技術方案，節能控損[3]。

4.3 降損節能思路

線損率，是用于評價供電企業整體經營效果、技術管控質量的關鍵指標，能夠反映供電單位的供電能力，具有供電企業技術、管理兩項工作評價的綜合性。供電單位以線損管控為核心目標，作為企業經營、技術戰略的重要任務。配電網降損工作，需要以理論為基礎條件，結合實際線損問題，加強總體問題、樣本數據的整合，利用數據分析方法，全面梳理線損點位。結合J 單位的低壓電網線損問題，首先需安裝負載，其次測定線損量，加強高線損區域管控，建立多層次的降損技術體系。

4.4 降損節能的技術措施

4.4.1 線路治理

1）無功管理。應對J 單位的低壓線損問題，需加強無功管理，以此改善電網運行能力。表2 是功率因數n1和無功功率n2的關系對應表。

表2 功率因數和無功功率的關系表

線損比例ΔP 無功調控的算法，如式（1）所示：

式中：ΔP 為線損比率。

表2 中，參數為功率因數n1和無功功率n2，表內數據是線損比率ΔP。

當線路功率因素保持均速增長狀態，從初期的0.60 增加至0.80，相應的線損比率逐漸減小。以下是無功功率管理方法。其一，合理管控無功電壓。參照J 單位電網的運行實況，引入全自動控制技術，加強電壓控制。其二，電容器管理時，含有分閘、合閘兩種方法。依照具體情況，VQC 能夠作為系統電壓的調控方法[4]。

2）計量管理。加強計量管理，使用電子設備，有效管控儀器損失。在J 供電區內，全面使用功耗不高、精度較高、線上數據匯總的各類智能設備，精確記錄各類用電數據。使用專門的變壓器，適當擴大導體截面規格，合理減少導體長度，以此保證變壓器壓降參數的規范性。加強重點數據測量，有效排除老舊電表，積極控制電損。

計量算法如式（2）—式（4）所示：

計量設備檢查比例、計量設備輪換比例、校驗達標率，均需達到100%。對于Ⅰ類、Ⅱ類兩級計量設備的檢驗結果，達標比例≥98%，Ⅲ類儀表的達標比例≥95%。抄表算法如式（5）—式（8）所示：

實際抄表比例需盡量達到100%，抄表電量準確性的占比應＞99%。

4.4.2 降損效果

1）配電變壓器的優化方法。變壓器節約電量的算法，如式（8）所示：

式中：P1表示變壓設備處于空載工況時產生的電損量，kW·h；P2表示空載損耗量，kW·h；表示短路工況時設備損耗量，kW·h；表示負載比例；t 表示年內設備運行的時間，可取固定值9 000 h。結合J 單位的配電網運行實況，更換了變壓器型號，初期型號S7，更換后的型號為S11，導入相關變壓器的參數，獲取節能量ΔA 約為2 875.54 kW·h/a。

2）優化導線截面規格。J 單位優化導線截面參數時，將最初的導線截面90 mm2，增加至160 mm2，各類不足10 kV 項目的導線均有優化設計，以F16 類型的導線為例，計算其節能效果。算法如式（9）所示：

式中：I 表示F16 線路的年內負荷電流平均數，A；R1表示變壓器更換之前的導線電阻參數，Ω；R2表示變壓器更換之后的導線電阻參數，Ω。如果使用LGJ-I20 規格的導線，替換F16 導線，I 值取32 A，使用（9）式算得的節能結果為7.62 萬kW·h，此結果是增加導線截面規格的節能量。

3）優化無功補償。在增強無功補償效果時，需參照平衡理念，在電網電壓參數不高時，選擇無功功率補償形式，控制線損。電網運行期間，需劃分無功補償層級：給出補償規劃，合理改造目標電損較高的區域；使用運行平穩的電容器；控制供電線路的傳輸長度；給出有效的電網補償。借助聯合補償形式，針對重要設備、功耗消耗的設備，逐一給出無功補償。表3 是低于10 kV 配電項目中電容器的無功補償方案[5]。

表3 不足10 kV 配電項目中電容器的無功補償方案

在補償之前，電損比例約為1.75%。在電容補償之前，功率因數增長至0.95，線損計算詳情，見表4。

表4 補償后的線損計算詳情

經測算發現，無功補償后，功率值增加了0.14 kW，線損比例降低了0.16%。

5 結語

當前，國內經濟體系呈現多樣性、多層次的發展狀態，人們的電力需求逐漸增加。相關單位需加強節能降耗的技術研究，以此減少變壓器、線路的能源損耗量，融合有效的節能技術，搭配運維工作，逐步控制損耗，促使電力行業獲取更高收益。