低壓配電網(wǎng)線損分析和降損措施研究

谷建鵬

（國網(wǎng)山西省電力公司朔州市平魯區(qū)供電公司，山西 朔州）

1 低壓配電網(wǎng)線損分析

1.1 線損構(gòu)成分析

當(dāng)前，由于各區(qū)域、各供電企業(yè)所處的電網(wǎng)環(huán)境差異較大，電力系統(tǒng)中所采用的電力設(shè)備由于外部因素的干擾，使得電網(wǎng)在傳輸過程中未能實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)行狀態(tài)，造成了電力系統(tǒng)的“有功功率”損失[1]。將在此過程中產(chǎn)生的“有功功率”損失稱之為“線損”，可以用下列公式來計算線損率：

式中：k 代表“有功功率”損失率（線損率）；s1代表供電企業(yè)所處的電網(wǎng)環(huán)境中的線損電量；s2代表供電企業(yè)所處的電網(wǎng)環(huán)境中的供電量或購電量。

不管是哪一條輸電線路，都會存在不同程度的電力損失。按照損耗產(chǎn)生來源的不同，可將其分為兩個主要類別，分別為理論方面的線損、管理方面的線損。前者主要是指一個單位（電力元件）在運(yùn)行過程中所消耗能量的總和。理論上，按照線路受到損耗的變動規(guī)律及負(fù)荷工作運(yùn)行的特點(diǎn)，可分為固定損耗、可變損耗，在鐵芯發(fā)生多種電磁作用的過程中，交流電對鐵芯磁場所產(chǎn)生的勵磁電流會引起鐵芯發(fā)熱，這種現(xiàn)象通常被稱為鐵芯損耗[2]。勵磁電能損失涉及整個電網(wǎng)的運(yùn)行電壓值，還涉及各種電力設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)壓電流量大小及數(shù)值，因此，一般將勵磁器的損耗列為同一種類型的損耗，將其稱之為固定勵磁損耗，即上文提出的固定損耗。在上述提出內(nèi)容的基礎(chǔ)上，將電阻在波動條件下產(chǎn)生的損耗稱之為金屬損耗，由于金屬損耗受到多種因素的集成影響，因此，將此類損耗稱之為可變損耗。

在電力系統(tǒng)中，因各個企業(yè)的運(yùn)營管理部門及相關(guān)人員的管理不當(dāng)，造成了大量的電力損耗。由于各因素之間并無明確的關(guān)系，因此，要準(zhǔn)確地測定和計算此方面的損耗是非常困難的[3]。由于此部分損耗涉及供電企業(yè)的經(jīng)營問題，所以被稱作經(jīng)營線路損失，也被稱之為管理損耗。綜合上述內(nèi)容，根據(jù)損耗類別，進(jìn)行實(shí)際線損率與理論線損率的計算，計算公式為：

式中：l 代表實(shí)際線損率；a 代表實(shí)際損失的電量；s3代表實(shí)際售電量。

式中：l1代表理論線損率；a1代表理論條件下，損失的電量；g 代表固定方面的線路電量損耗；g1代表可變的電路損耗。

1.2 低壓配電網(wǎng)線損計算神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建

完成上述相關(guān)內(nèi)容的研究后，用圖1 所示的內(nèi)容。建立低壓配電網(wǎng)等效電路：

圖1 低壓配電網(wǎng)等效電路

由于本次研究的配電網(wǎng)屬于低壓電網(wǎng)，因此，在建立等效電路模型時，可以將其中架空線路的導(dǎo)電能力忽略不計。

為實(shí)現(xiàn)以一種更加直觀的方式進(jìn)行低壓配電網(wǎng)線損計算模型的表示，引進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將模型用三個結(jié)構(gòu)層描述，分別為輸入層、中間層（隱層）與輸出層，首層為輸入層，主要用于對低壓配電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)參數(shù)的錄入與感知，中間層主要用于函數(shù)的填充，函數(shù)可以用節(jié)點(diǎn)連接，最后，完成計算的數(shù)據(jù)通過輸出層輸出[4]。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)

其中輸出層與中間層的關(guān)系，可以用“S”型激勵函數(shù)表示，表達(dá)式如下。

式中：F(net)代表“S”型激勵函數(shù)；e 代表結(jié)構(gòu)層之間的節(jié)點(diǎn)。

在進(jìn)行輸出的輸入時，可以根據(jù)相關(guān)工作的具體需求，可進(jìn)行“S”型激勵函數(shù)的空間映射，將函數(shù)中的數(shù)值點(diǎn)按照上述公式，代入[-1,+1]區(qū)間內(nèi)，通過此種方式，可以得到如圖3 所示的映射圖。

圖3 “S”型激勵函數(shù)的映射圖

完成“S”型激勵函數(shù)的映射后，根據(jù)映射點(diǎn)對應(yīng)的空間位置、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層的輸出值，進(jìn)行低壓配電網(wǎng)中線路參數(shù)的校正，通過此種方式，實(shí)現(xiàn)對低壓配電網(wǎng)線損計算神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建[5]。

2 降損措施

2.1 無功控制

針對低壓配電網(wǎng)的線損問題，通過強(qiáng)化電網(wǎng)無功控制，對于保證整個電網(wǎng)的順利運(yùn)行有極大幫助。線損率與無功控制關(guān)系式為：

式中：△P代表線損率；c os φ1 代表功率因數(shù)；cos φ2代表無功功率。表1 中記錄了功率因數(shù) cos φ1與無功功率之間的關(guān)系。

表1 功率因數(shù)cos φ1 與無功功率 cos φ2關(guān)系

結(jié)合表中的數(shù)據(jù)分析得出，當(dāng)?shù)蛪号潆娋W(wǎng)配電線路的功率以恒定的速度從0.85 降低到0.6 時，此時相應(yīng)線路上的損耗率也降低了50%。因此，為了能夠提升低壓配電網(wǎng)的性能因數(shù)，需要加強(qiáng)對無功功率的控制。首先，應(yīng)當(dāng)采取全自動控制措施[6]。其次，在低壓配電網(wǎng)運(yùn)行的過程中，遠(yuǎn)程無功功率和較差電壓會出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p失，進(jìn)而導(dǎo)致電網(wǎng)的運(yùn)行損失產(chǎn)生。針對變電站的電容器容量，應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行充分補(bǔ)償。計算并分析低壓配電網(wǎng)對應(yīng)無效補(bǔ)償容量，并結(jié)合無功負(fù)荷需求調(diào)整電容器的容量，從而便于結(jié)合用電高峰和用電低谷合理對電路進(jìn)行分配。通過對不同地區(qū)的無功進(jìn)行合理地分配，可以有效地改善系統(tǒng)的無功補(bǔ)償性能，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)利用率，從而減少線路的損耗。按實(shí)際需要，實(shí)行集中式補(bǔ)償，配變式補(bǔ)償，用戶式補(bǔ)償，加強(qiáng)對配網(wǎng)補(bǔ)償?shù)墓芾?。?dāng)配電網(wǎng)正常工作時，根據(jù)配電網(wǎng)的無功或功率的變化，進(jìn)行自動切斷，使功率因數(shù)達(dá)到最大。對于需要人工開關(guān)的電容器，應(yīng)按照季節(jié)負(fù)載、功率因素的變化規(guī)律，并結(jié)合實(shí)際情況來操作。

2.2 合理選擇配電變壓器能耗等級與布置位置

變壓器是低壓配電網(wǎng)中的重要設(shè)備，其性能決定著整個電網(wǎng)的質(zhì)量。為了達(dá)到節(jié)約資金、減少損耗、提高變壓器運(yùn)行效率的目的，結(jié)合低壓配電網(wǎng)的轉(zhuǎn)換要求，更換目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有高功耗的變壓器，可以通過下述公式計算得出每年節(jié)省的電量：

式中：△A代表每年節(jié)電量；P01代表變壓器在空載運(yùn)行狀態(tài)下的電能損耗；P代表空載損耗；t 代表一年內(nèi)運(yùn)行的小時數(shù)；P和P均代表變壓器的短路損耗；S′/S代表負(fù)載率。此外，在安裝過程中，變壓器的位置要盡可能接近負(fù)荷中心。負(fù)荷核是輸出力與輸送距離的乘積。易于使用和易于維修的管道也是一項(xiàng)重要內(nèi)容。配電網(wǎng)采取較高的水密措施，例如配電室位置較高、變壓器基礎(chǔ)較高等。地理位置優(yōu)越，周圍環(huán)境適宜進(jìn)行日常維修。在確定最優(yōu)解前，應(yīng)該先進(jìn)行計算，然后再考慮負(fù)荷的分配和所用的導(dǎo)線。應(yīng)指出，在設(shè)定記憶體位址時，會有數(shù)個不同的位址被選取，所以要以降低損耗為目標(biāo)，必須一次又一次地推算出最佳的連接方式。總而言之，低壓配電網(wǎng)中的變壓器數(shù)量較多，型號、功率等都存在一定差異，因此為達(dá)到降損目標(biāo)，必須對原有變壓器進(jìn)行改造，鼓勵用戶在日常運(yùn)行中使用節(jié)能環(huán)保的變壓器。

2.3 優(yōu)化計量統(tǒng)計控制

為更好實(shí)現(xiàn)計量控制，使用電子儀器減少儀器造成的損失。安裝專用變壓器、增加導(dǎo)體的截面等。需要定期嚴(yán)格檢查下述測量參數(shù)：

式中：Qj代表計量裝置的檢驗(yàn)率；Qs代表電能表實(shí)際檢查值；Qz代表電能表在指定周期內(nèi)所顯示的數(shù)字；Q代表校驗(yàn)前測量設(shè)備的通過率；βjq代表檢查前通過的電能表的顯示值。還可結(jié)合下述公式對實(shí)際讀數(shù)率和測量精度進(jìn)行評估：

式中：S 代表實(shí)際超表率；Sc代表實(shí)際抄表數(shù)；Yc代表應(yīng)抄表總戶數(shù)；C 代表抄表正確率；Cz代表抄表正確電量；Cs代表抄表的總電量。上述計算公式當(dāng)中，抄表正確電量Cz是通過抄表總電量減去抄表錯誤電量得出，而抄表錯誤電量可以通過統(tǒng)計錯誤電量、錯算電量和估抄電量的總和得出，通常情況下，實(shí)際抄表率應(yīng)盡可能接近100%，低功耗實(shí)際抄表率不應(yīng)小于98%，標(biāo)準(zhǔn)率應(yīng)超過99%。

2.4 整體降損成果

在采取上述各項(xiàng)降損措施后，對比前后兩年的線損率，明顯應(yīng)用降損措施后更低，見圖4。

圖4 降損措施應(yīng)用前后降損效果對比

結(jié)合上述降損措施對配電網(wǎng)線路進(jìn)行減損，例如計量裝置的安裝、臺區(qū)改造、偷電漏電行為整治等，措施應(yīng)用后，線損下降到了1.12%，由此可見，上述降損措施在實(shí)際應(yīng)用中有效、可行。除本文上述提出的降損措施外，若將變壓器裝置的運(yùn)行負(fù)荷設(shè)置在合理的目標(biāo)范圍內(nèi)，則不僅可以有效降低功率損耗的目的，同時也能夠在極大程度上提升運(yùn)行效率，使低壓配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行。

結(jié)束語

電網(wǎng)節(jié)能降損的目標(biāo)，就是利用各種技術(shù)手段和管理方法，對電網(wǎng)運(yùn)行過程進(jìn)行全面的優(yōu)化與規(guī)劃，以此種方式，減少輸電線路的電能消耗，從而達(dá)到降低并減小電網(wǎng)功率和能耗的目的。目前，我國對節(jié)電問題的研究已經(jīng)進(jìn)行了很長時間，在理論上已經(jīng)比較成熟，需要進(jìn)行更多的討論。但是，在節(jié)能降耗方面，仍有較大的潛力。為實(shí)現(xiàn)對相關(guān)方面工作的持續(xù)推進(jìn)，本文開展了此次研究。希望通過此次的研究，能夠在真正意義上為低壓配電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行，提供技術(shù)層面的幫助與指導(dǎo)。