（电气工程专业论文）10kv供电线路线损问题及补偿方法的研究.pdf

哈尔滨j r 程火学硕+ 学位论文 i i a b s t r a c t i nt h ec o u r s eo ft r a n s m i s s i o na n dd i s t r i b u t i o n ，p o w e rt r a n s m i s s i o na n d e l e c t r o m a g n e t i ce n e r g yc o n v e r s i o n i sa c h i e v e dt h r o u g ht h ec u r r e n t ，t h e c u r r e n tt h r o u g ht h ew i r e sw i l lh a v eal o s s l o s si st h ep o w e rg r i dl i n e sa n d e q u i p m e n tf o re l e c t r i c i t yc o n s u m p t i o n ，t h el i n el o s sr a t ei st h ep o w e rs y s t e m p l a n n i n ga n dd e s i g n ，p r o d u c t i o na n do p e r a t i o n ，m a n a g e m e n ta n de c o n o m i c e f f i c i e n c yo fe n t e r p r i s e so ft h ec o m p r e h e n s i v el e v e l b a s e do na ne n t e r p r i s en e t w o r kl o a dd i s t r i b u t i o na n a l y s i so f s o r t i n go u t ， f o rt h ei m p a c to flo k vd i s t r i b u t i o nn e t w o r kl i n el o s s e so ft h e c u r r e n t ， v o l t a g e ，p o w e rf a c t o ra n dt h el o a dc u r v es h a p ef a c t o ra n do t h e rf a c t o r s ，o n a n e n t e r p r i s e d i s t r i b u t i o nn e t w o r kt h e o r yl i n el o s s e sa r e a n a l y z e d t o c a l c u l a t ea n d10 k vd i s t r i b u t i o nn e t w o r k e n t e r p r i s e sl o s sr e d u c t i o n m e a s u r e st oe x p l o r et h en e x ts t e pf o rt h ee n t e r p r i s el a yt h ef o u n d a t i o nf o r t e c h n o l o g i c a lt r a n s f o r m a t i o n ；t h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h ec a l c u l a t i o n ，u s i n g t h ep r i n c i p l eo fr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o n ，i na c c o r d a n c ew i t ht h ea c t u a l p r o d u c t i o na n do p e r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fp o w e rd i s t r i b u t i o nn e t w o r k so f e n t e r p r i s e sr e a s o n a b l em o d e r a t el o s sr e d u c t i o nm e a s u r e sm a t c h i n g ，t o d e t e r m i n et h es y s t e mr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o np r o g r a m s ，i no r d e rt o a c h i e v et h el o w e rl i n el o s s e so fd i s t r i b u t i o nn e t w o r kt op r o v i d eat h e o r e t i c a l b a s i s ，a n da c c o r d i n gt ot h ea c t u a ls i t u a t i o no ft h es y s t e mt od e t e r m i n et h e c a p a c i t yo fr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o na n dc o m p e n s a t i o nf o rt h el o c a t i o n a tt h es a m et i m e ，r e a c t i v e p o w e rc o m p e n s a t i o n a tt h e i n p u t - o u t p u t e c o n o m i ca n a l y s i s ，c o m p u t a t i o no ft h ei n p u tr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o n d e v i c e sp a y b a c kp e r i o d ，a n dt h r o u g hc o s t e f f e c t i v ev e r i f i c a t i o no ft h e m e a s u r e st a k e n b y t h e e n t e r p r i s e s e c o n o m i cd i s t r i b u t i o n n e t w o r k ， r e l i a b i l i t y ，s e c u r i t yh a si m p r o v e dm a r k e d l y k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，l i n el o s s ，r e a c t i v ec o m p e n s a t i o n ， e c o n o m y 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：黟茎奈t 1 日期： 2 0 09 年弓月日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 口在授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后口 解密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。， 作者( 签字) ：砌 导师( 签字) ：坳 日期： 2 d 口9 年弓月日 2 口d9 年3 月日 n 弁尔滨i ：徉人学硕十学侮论文 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 在输配电过程中，电能传送和电磁能量转换都是通过电流实现的， 电流通过导线时会产生损耗。而且，在网络中运行着的大量输配电变压 器、电容器、丌犬、仪表等设备本身也要消耗一定的能量。因此，工程 上把给定时段内，电网巾所有元件产生的电能损耗称线损电量，简称线 损。技术线损电量又称为理论线损电量。称为技术线损电量的原冈是因 为这种电量损失可以通过技术措施予以降低；称为理论线损电量的原因 是因为这种线损电量可通过计算得出。技术线损电量包括变压器的铁 损、铜损，输、配电线路中的损耗，电容器介质损耗和电晕损耗等。这 部分损耗与网络的构成、网络运行的技术状态、运行方式、电气设备的 质暴等有关。 线损是电网线路及设备对电力的消耗，线损率是电力系统规划设计、 生产运行、经营管理和企业经济效益水平的综合体现。追求尽可能低的 线损是提高企业经济效益的重要手段，线损的高低对企业经济效益的影 响非常巨大。 随着我国经济发展和国际能源紧张局势的加剧，改善电能质量和降 低损耗的管理已经成为国家政策中的重要内容。电力网线损率是国家考 核电力部门的一项重要经济指标，也是表征电力系统规划设计水平和经 营管理水平的一项综合性技术经济指标。t j 华人民共和国节约能源法 已在1 9 9 7 年产生通过，并与1 9 9 8 年1 月起正式执行。该项法规的制定 是为了推进全社会节约能源，提高能源利用率和社会经济效益，保护环 境，保障国民经济和社会的可持续发展以满足人民的生活需要。而电力 是该法规中所包括的一项重要能源。可见，降损节能是国家发展经济的 一项长远战略方针。加强线损管理工作的意义主要体现在以下七个方 面： 1 ) 降低电网电能损耗，节约发电中所需要消耗的煤炭和燃油等燃料， 为国家节约主要能源； 哈尔滨i j 稗人学硕十学何论文 2 ) 减少电网线损电量，为国家和电力企业节约出其占用的发、供电 设备( 包括电力线路) 容量的投资； 3 ) 减少工矿企业用电单位的电费丌支，降低生产成本，提高电能的 利用效率和社会效益： 4 ) 降低线损就是节约电力，每节约1 千瓦时的电能就相当于节约0 4 千克的标准煤，即可冶炼优质钢2 千克，多织布7 米，可多灌溉农f 日0 1 5 l 田； 5 ) 促进节能高效新技术、新设备、新工艺的推广应用，迫使现存高 能耗老设备的更新改造，从而有利于电力企业能较好地完成上级电力部 门下达的线损率考核指标； 6 ) 对某些电力短缺、供需矛盾紧张的地区，加强线损管理，降低损 耗，在一定程度上对其可起缓解作用，为国民经济建设提供“充足、可 靠、合格、廉价”的电力，促进国民经济持续、稳定、协调地发展。 7 ) 减少或消除电网的波形畸变，改善电网的供电质量b 。 哈尔滨某国营企业是一个有着多年历史的老厂，进户电压为1 0k v ， 供r 也方式为直配式供电，由电厂以电缆埋地敷设供电方式进入厂区中心 配电所，再由中心配电所通过电缆送往各厂房所属变压器，属于丌式电 力剐络供l 也，已知首端电压和术端功率。单位供电范围广，供r u 网络线 损过人，致使用户端压降超过额定限度，影响企业正常生产；另外尤功 补偿存在选点集中、补偿范围重叠等问题。 优化供电网络结构，不但可以保障电网安全运行、降低电网损耗、 提高电能质量和可靠性，还可以提高企业自身经济效益、适应市场经济 快速发展的要求，使得供电能够最大限度地满足工业生产对用电的需求。 全面的规划和改造供电网络，能够有效地缩小容量要求、降低网络损耗、 减少施工投入，提高企业电力资源的利用率，有效降低建设投资和维护 费用，为生产企业带来明显客观的经济效益。 在工厂及民用电器的使用中，使用低压电容补偿屏是有效提高功率 因数、减小无功损耗最常用的一种有效手段。它在使用中的运行安全和 补偿效果的好坏，直接影响着电力系统运行质量和节能效果的好坏。在 目自i 配电网无功补偿设备匮乏、分布不合理、投切效率不高的实际情况 2 哈尔滨1y - ：人学硕十学位论文 下，合理地进行无功补偿的规划能够获得巨大的经济效益和社会效益。 1 2 国内外研究动态 国外在配电网建设方面的发展相比于国内要先进得多。在配网自动 化以及高级应用软件方面，国外研究的热点是网络化、集成化、智能化。 对于线损计算，国外现在研究的重点多是对线损的分析和降损措施与方 法研究，如：以线损为目标的配电网网络重构，无功优化、补偿电容投放 位鬣的确定等问题，其中涉及到的线损问题大都转化为功率损耗问题， 以潮流计算的方法柬求解。专门研究传统意义上的线损计算方面的文章 并不多，从计算方法看，因为缺少负荷数据，配电网的线损计算主要还 是采用各种简化、近似的计算方法。这些方法包括：均方根电流法、平均 电流法、最大电流法、最大负荷损失小时法、近年来提出的一些新方法 主要有模糊理论逼近法，动态潮流法( 包括各种差值、拟合法) ，负荷统 计学方面的聚类法等，都是将别的学科的新方法引入到线损计算，虽然 在线损计算力而有所创新，但这些方法并不是很适用于实际系统的线损 计算，它们大都停留在理论研究阶段，没有推广应用的实例。因此，实 际意义i 一：的线损计算方法的研究仍是一项不容忽视的课题。 由于闷f i 配电网存在的电压质量问题足多种多样的，因此，必须采 取多种措施进行“综合治理”，做好电网无功电源配制规划，在规划基础 卜实现无功电压优化控制，并制定严格的管理制度等，从规划到运行管 理，层层重视，电压质量必定会大大改善。对于无功优化这样一个多变 量、多约束条件的非线性规划i u j 题，其操作变量既有连续变量( 如节点电 压、发电机的无功出力) ，又有离散变量( 如变压器分接义位置，补偿电 抗器和电容器的投切容量) ，使得优化过程十分复杂伸。长期以来，国内 外的许多专家对此做了大量的研究、探索工作，提出了多种方法，在一 定程度上为电网的调度和运行提供了一定的参考依据。但由于无功优化 计算受潮流计算等因素的影响一直没有一种成熟完善的方法。 长期以来，我国电力建设一直重发轻输，致使配电网建设滞后、网 架结构薄弱，设施老化、供电半径过长，导致配电网线损率居高不下。 我国的线损率与世界发达国家相比还比较高，节电潜力很大。为提高经 哈尔滨“l ：科人1 孚：硕十学何论文 济效益，制定实施经济合理的线损率指标，掌握损耗构成与发展方向， 针对电网结构和调度、生产技术、用电、计量管理设备性能及运行状况 等方面的薄弱环节，采取合理的降损措施，检测措施的实际效果，都必 须进行配电网线损的理论计算和降损分析计算”。 在我国，配电网无功优化计算工作才刚刚起步，配电网由于辐射状 线路结构、负荷数据不全，线路r x 比值较大等因素，决定了其计算方 法不同于输电网( 输电网可以完整的负荷数据进行潮流计算得到网损结 果，且输电网的潮流计算方法并刁同样适用于配电网) 。配电网多采用刘 负荷数据或网络结构数据的简化，来解决数据不全的问题。 国内电网线损理论计算按管理应分为省地局和县区级两部分，按电 网的不同特点，对3 5 k v 以上输电网和6 l o k v 配电网分别采用不同的计 算方法。总体洗：省地局电力部门线损计算较正规，有比较完善的制度和 软件力面的保证；县一级电力部门则基本上没有专门的线损计算软件， 有的以于算为主。从计算方法看，因为缺少负荷数据，配电网的线损计 算主要还是采用各种简化、近似的计算方法。这些方法包括：均方根电流 法、平均l 乜流法、最大电流法、最大负荷损失小时法、分散系数法等把。 其简化主要是网络简化和负荷简化，如各种电流法巾，都要求计算网络 的等效阻抗，就是对网络进行简化；负荷简化是指按照某种假定的负荷 规律对不确定的计算负荷进行分配或统计，以完成计算。近年来出现的 线损计算方面的新方法有：各种回归分析法、网络最大流法( 图论方法) 、 等效节点功率法( 潮流方法) 、动念潮流法( 包括各种差值、拟合法) 等， 在所有这些方法中，以潮流计算为基础的结果理论上要更精确一些旧1 。但 精确的原因是计算中考虑的准确因素更多了，这也导致了有的方法计算 量和处理的数据量都较大。 1 3 本课题主要研究内容 本文配电网的线损计算主要是采用均方根电流法的计算方法： 1 ) 就影响l o k v 配电网线损的电流、电压、功率因数等因素，对配电 网线损进行分析计算。 2 ) 根据线损分析计算，依据无功最优补偿原则提出系统无功补偿的 4 哈尔滨f 程- 1 人学硕十学何论文 方法。合理地进行无功补偿点的选择以及补偿容量的确定，有效地维持 系统的电压水平，提高系统的电压稳定性，避免大量无功的远距离传输， 从而达到降损的目的。 3 ) 分析对比研究配电网电容器优化控制对降低配电网损耗的效果。 哈尔滨l ：氍人学硕十学他论文 第2 章lo k v 配电网线损计算的有关理论 2 1 配电网线损的基本理论 电力系统中发r 包厂的电能是通过电力网的输电、变电和配电环节供 给用户的。在输送和分配电能过程中，配电网中各元件( 变压器、配电 线路、补偿和调整设备以及测量和保护装置等) 都必然产生一定数量的 有功功率损失和电能损失，并且电能损失都是以热能的形式散发在周罔 介质巾。 在给定时段( 几、月、季、年) 内，配电网的所有元件中产生的电 能损耗称为配电网的线损电量，简称线损并记作a 月。通常，线损是用电 度表计量的“总供电量( 饥) 一和。总销售量( 彳。) ”相减得出的，即 4 肛彳“一爿，。我们把线损电量占供电量的百分数称为线损率，即 4 彳( ) ：z 1 a x l 0 0 。 彳伽 ：竺! 竺兰：= 2 1 0 0 ( 2 一i ) 一一 、zj-j 彳 m 在配电网的实际运行中，用电度表计量统计出的供电量和售电量之 差得到的线损电量，统称为统计线损电量。在统计线损电量巾，有一部 分线损是电能在输、变、配过程中不可避免的，其数值由相应时段内运 行参数和设备参数所决定。其中主要包括：与r c l 流平方成f 比的变压器 绕组和输电线路导线中电能损耗( 砌损耗或负载损耗) ；与运行电压有 关的变压器铁芯、电容器和电缆的绝缘介质损耗以及电晕损耗( 空载损 耗) 等。这部分损耗电量习惯称为“技术线损电量”，它可以通过理论计 算得出，所以又称为理论线损电量，它可以通过技术措施予以降低。统 计线损的另一部分是由于管理工作上的原因造成的，它包括：各种各样 的电度表综合误差、带电设备绝缘不良引起的漏电、无表用电等造成的 损失电量。这部分电量习惯称为“管理线损电量”。它是应该而且可以采 取必要的组织措施和管理措施予以避免或减少的 。在线损管理工作中， 既要重视降低“技术线损电量”，也要重视避免和减少“管理线损电量”。 6 哈尔滨l ：群人予? 硕十。子：何论文 m l 在本文中讨论的主要是技术线损电量。 2 1 1 影晌线损的因素 1 ) 电流 负荷电流增大则线损增大，负荷电流减小则线损降低，但任何一条 运行中的配电线路都有一个经济负荷电流范围，当实际负荷电流保持在 这个范围内运行时，就可以使线损率接近极小值，在一定阶段理论线损 率的极小位及经济负荷i 乜流值是一定的，但当某- ；p t 因素发生重大变化 时，可以根据线路的实际情况改变线路结构和供f c l 条件，以提高线路经 济运行水平，最大限度地降低线损。 2 ) 电压 供电电压高，线损中的可变损失减小，但不变线损随着电压的升高 而增加，总的线损随着电压的升高是降低还是升高，还要看线损中铁损 在总线损中所占比例而定，当铁损在总线损中所占比重小于5 0 时，供电 电压提高，线损中的可变损大减少多，总线损将下降伟。这足囚为在可变 线损占主导地位时，电压越高，电流越小，线损也就越小：p = l x 但对 l o k v 电网来说要提高供电电压，就必须设法减小l o k v 线路的电阻尼使 压降4 减小。 3 ) 功率凶数 功率因数的提高，使得线损中的可变损耗将减少，功率因数的降低， 则线损巾的可变损耗将大幅度增加。这是因为p 有功= i x ，c o s 西，但对 于轻载运行线路，其电压 t 往偏高，配电变压器的铁损占土要地位，约 占7 0 以上，功率因数提高，就会出现过补偿，铁损将进一步加大。 4 ) 负荷曲线形状系数k 值 k 值越大，负荷曲线起伏变化越大，高峰和低谷差越大，线损就越 大，当彤值接近l 时，负荷曲线趋势于平坦，线损最小协。 2 1 2 理论线损计算的作用及要求 理论线损计算具有指导降损节能，促进线损管理深化、科学化的作 用。具体地说，它的作用有以下几点： l l n 一4 , 滨1 ：铲| ! 人学硕十学何沦文 1 ) 计算出来的理论线损率，可以为实际线损率提供一个“对比”，从 而可以知道企业管理水平是高是低，其实际线损率的统计是否合理。 2 ) 计算m 柬的最佳线损率，可以为理论线损率提供一个“对比”，从 而可知电网的运行是否经济，电网的结构和布局是否合理。 3 ) 计算出来的各种线损电量所占比重，可以为线损分析提供可靠依 据，进而寻找出电网的薄弱环节，确定线损的主攻方向，采取有针对性 的措施，获取事半功倍的节电效果。 4 ) 理论线损计算所提供的各种数据，是合理下达线损考核指标、按 照线路或设备的分解指标，推行降损承包经济责任制的基础： 5 ) 理论线损计算所提供的各种资料，是企业的技术管理和基础工作 的一个重要组成部分，因此理论线损计算是推动企业做好这两项工作的 一个重要环节性工作“。 理论线损计算的方法目前有很多，不同的方法适用于彳= = 同的场合或 电网( 城市电网和农村电网配电网和输电网，高压电网和低压电网) 。 但不管采用0 那种方法进行计算，都应达到下列要求： 1 ) 所采用方法不应过于复杂，应比较简便，易于操作，计算过程也 应简洁清晰。 2 ) 计算州的数据在电网中应易于采集，而不应再装设昂贵的特殊仪 器、仪表。 3 ) 采用一种方法所计算出来的结果应能达到足够的精确度和实际工 作的需要，其误差也应在允许范围内i i ：i i 。 配电网线损计算的范围是：从企业进户电源装设的电度表处丌始到 各用户电度表处为止( 包括用户电度表本身损耗) 。在这个范幽内，一切 输电、变电、配电元件中各种彤式的电能损耗均应计入配电网线损中。 应当计算线损的元件有： 1 ) 各个降压变电所主变压器及联络变压器； 2 ) 各级电压的输电线路； 3 ) 6 l o k v 及以上的高压配电线路； 4 ) 配电变压器： 5 ) 升压及降压变电站内的各种一次及二次运行设备； 哈尔滨l ：样人学硕十学位论文 6 ) 变电所的自用设备； 7 ) 接户线及用户电度表t 。 在本文中，主要讨论1 0 k v 配电线路、变压器的线损情况。 2 1 3 导线电阻随温度变化的修正方法 输电线路导线的电阻值月与导线的温度有关，同时导线的温度是由 通过该导线的负荷电流及其环境温度所决定的。为了考虑上述因素可以 把导线电阻看成三个分量组成： 1 ) 线路每相导线在2 0 0 c 时的电阻值鼢。 2 ) 当电流通过导线时，由于发热使导线温度升高而导致的导线电阻增加 的那部分电阻值4 尼 a r t = f l i r 五j ( 2 2 ) , b i = 0 2 睡了 ( 2 - 3 ) 式中：乃，通过导线的均方根电流，a z _ 当环境温度为2 0 0 c 时，导线达到最高允许温度时所通过的 持续电流，a 3 ) 当环境温度不是2 0 0 c 时，导线电阻变化的数值4 尼 a r 。= 2 鼢 ( 2 4 ) 2 = 口一2 0 ) ( 2 5 ) 式巾：开一一计算线损时段内的甲均环境温度， a 导线电阻的温度系数，一般近似取0 0 0 4 这样，考虑温度的影响以后，输电线路导线电阻r 为 r = ( 1 + f i t + f l ：) r 2 0 ( q ) ( 2 6 ) 除丌个别不正常情况( 例如严重过负荷) 以外，在正常情况下流过 线路的均方根电流远小于导线的持续允许电流，所以由公式( 2 - 6 ) 知，夕， 可以忽略不计”。 对于我国北方，冬季月平均温度可能达至1 - 1 0 ，则 月= 【1 + o 0 0 4 ( - 1 0 2 0 ) r 2 0 = 0 8 8 r 2 0 ( q ) ( 2 - 7 ) 9 哈尔滨r 科人学预十学位论文 一般说来，月平均温度在1 2 2 8 范围内，不修正导线电阻造成的线 路电阻中的月电能损耗的计算误差不会超过3 “。 2 1 4 变压器的电能损耗 在电力系统的各级电力网中，运行的变压器的总容量是很大的。尤 其在工业企业中，这些变压器基本上都是全年投入运行的，因此变压器 的电能损耗全年累计值是很惊人的。 通常，当变压器在额定电压和额定频率附近运行时，变压器的年电 能损耗aa 为 4 彳= 。丁+ ：尸打) + k 以煅r + 卢：以觚r ) 1 0 之 ( 2 8 ) 式中：份一变压器空载有功损耗，可由产品目录查得，k w 尸，r 一变压器短路有功损耗，可由产品目录查得，k w 夕变压器负荷率， 厶卜空载电流百分数，可由产品目录查得， & 一变压器额定输出功率，k w 以卜变压器阻抗电压百分数，可由产品目录查得， r 正常负荷下工作小时数，可由表2 1 查得，h 卜年运行小时数，可由表2 1 查得，h 胪一无功经济当量，本文计算中取k = 0 | t l i f 表2 1 生产班制及各种时间 h 生产班制正常负荷下工作年运行小时数最火负荷年利用 小时数r 小时数。 一班i j 断 2 3 0 08 0 0 01 5 0 0 二班问断 4 6 0 08 0 0 03 0 0 0 三班问断 6 9 0 0 8 0 0 04 5 0 0 三班连续 8 0 0 08 0 0 07 5 0 0 2 21 0 k v 配电网线路线损计算研究方法 l o k v 配电网直接和用户相联， 虑到配电嘲自动化发展的1 平衡、 分布面广、配电变压器分散性大，考 铭牌参数多且收集困难，加上表计不 i o 哈尔滨i ：氍人学硕十学位论文 全、网络的元件和结点数太多，运行数据收集整理很困难，测量表及其 记录的不全使得配电变压器低压侧的运行参数难以收集，对不含小电源 的l o k v 配电网线损，在配电网自动化水平不高的地方，理论计算通常采 用非潮流的计算方法- = 。 山电工原理可知，当配电网三相流过的是恒定负荷电流时，电能损 耗是按下式计算确定的： 彳爿：3 1 2 r t x l 0 - 3 = 辈x l o 一3 ( k w h )( 2 9 ) u ： 式中：4 卜电路中的电能损耗或电能消耗，k w h 卜通过电路的负荷电流，a 肛一组成电路导线的电阻值，f l 卜电路通电所经历时间，h ( 一线路额定电压，k v 实际运行中，线路的电流或功率是随时间变化的，凼此并1 i 能简单 的用上面公式表示，由于线路电阻中产生的损耗随负荷的变化而变化， 应由下面的积分式来表示： t a a = 3 r l o 3lj ，2 d t aa ( k w h ) ， 0 。 = 脚o _ 3 工岛p ( h ) ( 2 _ 1 0 ) 对于实际的电力网，由于线路长面积广，用电设备和分支线较多， 是由众多元件构成的电路，这样复杂网络的线损计算比一般单一元件电 路计算繁杂得多1 1 7 1 0 为使线损计算方便，在此引入一个新概念，即，“线 路等值电阻”。令设有一个简单电力网，电力网首端总负荷电流为一定值， 并等于厶，实际运行时间为t ，电网接线如图。其中，负荷点由配变表 示。 哈尔滨l ：科人学硕十学位论文 图2 1 线路等值电阻计算示意图 根据电能损耗原理，这个电网的电能损耗是各分支线路( 线段) 电能 损耗之和恤，。没各分支线的负荷电流分别为，n ，厶，厶，且电流和 为，= ，则 删= 3 x 【，；r + i ；r 2 + i ；r 3 + + 1 2 r , ，) x 1 0 - ( k w h ) ( 2 1 1 ) 冈为各分支线路一般不装设电流表，故其负荷电流不易测得，但各 负荷点一般装设电能表，其电量容易测得，则根据电流与电量的关系， 将上式改写成： 洲= 3 d 任卜+ 色摩+ + 饶k 卜旷c k w 州2 啦， 令： 如= 魄聆+ 睡卜+ + 饶) 司c q ， 则：删= 3 i ：, _ , r d x l 0 - ( k w h ) ( 2 1 3 ) 在此计算式中，凡= 即为电网线路的“等值电阻 ，或称“等效电阻 。 有了电网线路等值电阻这一参数后，就可以用它来代替复杂的电网线路， 使复杂的网络简化，使线损计算表达更加直观，从而有利于线损计算啪- 。 在本文中，简要介绍l o k v 配电网线路线损非潮流计算的一般方法： 最大负荷损耗时问法、负荷损失因数法、均方根电流法( 代表只负荷电流 1 2 哈尔滨i p ￥- 人学硕十学何论文 法) ，其中均方根电流法( 代表闩负荷电流法) 为本文计算所采用的具体方 法，作为重点介绍。 2 2 1 最大负荷损耗时间法 最大负荷损耗时间法的物理概念为：计算时段，内的最大负荷电流 在r 这段时间内产生的电能损耗相当于实际负荷在计算时段内所消耗的 电能。计算式为： a a = 3 j 乞r 以r x l 0 。( k w h ) ( 2 1 4 ) 式中：么卜电力网理论线损( 可变损耗) 电量。k w h 厶。广一电网线路首端最大负荷电流，a 尼二线路总等值电阻，q r 线路最大负荷损耗时间，h 上式中各参数可按下面方法获取： 1 ) 线路首端最大负荷电流：可从变电所运行记录中查取，但不能取 偶尔出现的最大值，应取经常出现或多次出现的最大值。 2 ) 线路总等值 乜阻：是线路导线等值电阻与变压器绕组等值电阻之 和。 3 ) 最大负荷损耗时间：首先确定最大负荷利用时f b j ，即 码= ，塑，_ 一t ( h ) ( 2 1 5 ) 3 u c i ：l c o s 9 式中：。广- 线路最火负荷利用时间，h “一线路额定电压。k v c o s 驴线路负荷功率凶数 4 。一在计算线损期间，线路有功供电量，k w 然后根据表2 1 查取最大负荷损耗时间- 。 2 2 2 负荷损失因数法 计算式为： a a = 3 乃肮，1 0 刁( k w h ) ( 2 1 6 ) 式中：卜线路实际运行时间，h 哈，j ：滨i ：稃人学硕十学何论文 卜负荷损失因数 其它符号如上面所述。负荷损失因数f 按下式计算确定： f = 0 2 f + 0 8 厂2 ( 2 一1 7 ) 式中：卜线路负荷率 线路负荷率等于平均负荷与最大负荷的比值。 2 2 3 均方根电流法( 代表e t 负荷电流法) 在配f 乜网中，分支线路数、线段数、配电变压器台数均比输电网多， 当用同均方根电流法计算线损时，需要测量( 或计算) 出每个元件的均 方根电流，这对配电网来说是很困难的，甚至是不可能做到的。配电网 的线损理论计算相当复杂，因而对于手算来说，只能采用各种近似的简 化计算方法。简化计算方法应该只要求提供尽可能少的原始数据，花费 尽量少的计算工作量，同时又能使计算结果具有足够的准确度。有时， 可以根据不同的计算目的和不同的准确度要求采用不同的简化计算法。 设配电网元件电阻为厅( 考虑温度影响时需修j 下) ，通过此元什的电 流为i ( a ) ，则该配电网元件一天内的电能损耗值4 彳为 删：3f 4 ，礓西1 0 - 3 ( k w h ) ( 2 1 8 ) 一般是通过对该元件进行2 4 小时( 代表r ) 负荷电流的实测，然后 按小时进行分段线损计算，在每- d , 时内可以近似认为负荷保持不变。 设代表同2 4 小时的同负荷电流实测值为 l t ti ! - i l - 1 2 。 。 妒丛噜盟( a ) ( 2 _ 1 9 ) 则配电网理论线损( 可变损耗) 电量计算式为： a a = 3 力r 企x 2 4 x 1 0 。( k w h ) 川 ( 2 2 0 ) 式中：厶线路代表同的均方根电流，a 尼二线路总等值电阻，q 均方根电流法的物理概念是线路中流过的均方根电流所产生的电能 损耗，相当于实际负荷在同一时间内所消耗的电能。由于均方根电流计 1 4 喻尔滨f ：群人学硕十学何论文 算式中各电流值取自变电所电流表，而这种表记存在精确度差等诸多弊 端。因此，代表同均方根电流法适用于供用电较为平衡，负荷峰谷差较 小，同负荷曲线较平坦的配电网线损计算。 具体的计算步骤如下： 1 ) 每条6 1 0 k v 的配电线路均由发电厂或变电所的母线引出。线路出口 均有每小时电流实测记录值。由代表同2 4 h 电流实测记录可以求出线 路出口的总均方根电流。 2 ) 求出专用配电变压器的同均方根电流。 3 ) 求出有实测负荷记录的各负荷点的各负荷点均方根电流的总和。 4 ) 用线路出口的总均方根电流减去有实测负荷记录的配电变压器的同均 方根电流，得出分配给所有没有实测负荷记录的配电变压器的同均方 根电流。 5 ) 将4 ) 项所得的均方根电流按与变压器的额定容量成正比的关系分配给 未经实测的配电变压器。 6 ) 画出配电线路的单线结线图，凡有配电变压器的结点都作为负荷点， 两个相邻的负荷点之白j 均为一个线段。在单线图上标山各段的导线型 号、长度及电阻，然后标上各负荷点的均方根电流，逐段的用代数相 加减的方法求出各线段的均方根电流。 7 ) 根掘各段的均方根电流和电阻，按公式( 2 - 1 8 ) 计算该段的闩电能损耗。 总加各段的电能损耗值便可以得到线路总的电能损耗值。 8 ) 按公式( 2 - 8 ) 计算出配电变压器的损耗电能。 9 ) 总加7 ) 和8 ) ，便可以得到配电线路和配电变压器的总损耗电能t 。 2 2 4 均方根电流法的分时段应用 最大负荷损耗时白j 法由于线路首端最大负荷电流取值和测量难以足 够准确，最大负荷损耗时问法的精确度也有一定局限性。因此，它的使 用场合一般常见于电网规划的线损测算。 损失因数法是利用r 负荷曲线的最大值与均方根之间的等效关系进 行线损计算的方法，山于负荷损失冈数是对当地电网负荷进行取样测算， 经数理统计得到的一个系数，所以它在电网规划及3 5 k v 以上电压等级的 哈尔滨i ：程人学硕十学1 _ 7 ：论文 电网线损计算中应用较多i t o l 0 均方根电流计算式中各电流值取自配电所电流表，代表r 均方根电 流法适用于供用电较为平衡、负荷峰谷差较小、同负荷曲线较平坦的配 电网线损计算一。 在本文中，工厂的实际情况见表2 2 。生产情况基本为一班制，负荷 情况基本变化不大，即在白班工作时段内，负荷峰谷差较小，负荷曲线 较平坦；在休息时段内，负荷峰谷差也较小，负荷曲线也较乎坦；而在 两时段交接点处，负荷变化较大，电流变化也较大。基于这种情况，比 较适合采用均方根电流法进行线损计算。但如统一采用均方根电流法计 算，所得的均方根电流将小于实际的均方根电流；而分时段分别采用均 方根电流法进行计算所得的均方根电流更符合实际情况。即将均方根电 流的计算划分为二个时问段：每r1 7 时第二只8 时及每f 18 时当开 1 7 时二个时问段分别进行计算。 表2 2 各变压器代表同2 i 小时电流实测值 a 絮 l #2 #3 #4 #5 #6 # 时亥0 、 l0o0o1 2 o 20o001 2 0 300 001 20 4 o0001 20 5 0o001 20 6o00o1 2 0 7 0oo01 2o 8 3 62 03 0 2 03 04 0 93 82 03 62 8 3 64 2 1 04 2 2 83 62 83 64 5 1l4 22 63 82 83 64 6 1 24 02 63 82 63 44 2 1 34 02 63 62 6 3 44 5 1 6 哈尔滨i ：科人学硕十学位论文 1 43 52 4 3 8 2 83 44 4 153 52 43 42 83 04 4 163 22 03 02 63 0 4 4 l70o001 20 1 80oool20 190 o 0 o 1 2 0 2 0000012 0 2 1o0( )( )12( j 2 2o 0 o 01 20 2 3oooo1 20 2 , 10000120 统一均方根电流法法计算所得的均方根电流为： 表2 3 统一均方根电流法法各线路均方根电流值 a 线路 1 #2 #3 #4 #5 #6 # 均方根电 3 4 5 72 0 3 l 3 2 9 52 4 0 13 3 4 ：； 4 0 6 6 流 分时段分别采用均方根电流法进行计算所得的均方根电流为： 表2 4 分时段各线路均方根电流值 a 线路 1 #2 #3 #4 #5 #6 # 均方根l i l 3 7 9 22 3 9 53 5 2 42 6 5 63 3 4 34 3 5 9 流 很显然，统一采用均方根电流法法计算所得的均力根i 乜流小于分时 段分别采用均方根电流法进行计算所得的均方根电流，根据统一的均方 根电流计算所得的线损将小于实际的线损；分时段的均方根电流计算所 得的线损更接近实际的线损。所以，本义将采用分时段均方根电流法进 行计算。 2 3 本章小结 本章从与线损计算有关的理论知识入手，介绍了l o k v 线路线损计算 1 7 t 1 1 1d , 滨i - 中下i 人学硕+ 学何论文 的研究方法：最大负荷损耗时问法、损失因数法、均方根电流法，重点 介绍了本文采用的均方根电流法分时段计算的意义及具体应用方法。 1 8 1 1 n ：, j 、滨i ：徉人学硕十学仲论文 第3 章降低配电网线损的技术措施研究 为降低配电网线损，在电能的输配过程中，不但要加强线损管理， 还应采取必要的降损措施，降低线损。技术线损是可以通过各种技术措 施来降低的旧- 。其中，调整网络布局、电网升压改造、简化电压等级、合 理调整运行电压、缩短供电半径、减少迂回供电、换粗导线截面、更换 高能耗变压器、增加无功补偿容量等方法对降低配电网电能损耗具有一 定的作用“。但根据工厂的生产、资金等实际情况，采取无功补偿的方法 最具有一定的实际意义。 3 1 无功补偿的分类与作用 在各种用电设备中，只有白炽灯和一些电热设备只消耗有功功率， 为数不多的同步电动机可发出一部分无功功率，大多数设备都要消耗无 功功率。因此，无论丁业或农业用户都以滞后功率因数运行，未经补偿 的自然功率因数约为0 6 - - - - 0 9 。电网中的电力负荷如电动机、变压器等， 大部分属于感性负荷，存运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。 在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性电抗所消 耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功 率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器 因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿“。无功补偿可以提高 功率冈数是一项投资少，收效快的降损节能措施。 电力系统无功功率优化和无功功率补偿是电力系统安仝经济运行的 一个重要组成部分。合理地选择无功补偿点，并对电力系统无功电源采 用合理配置，能够有效地维持电压水平并提高电力系统运行的稳定性， 还可避免无功的远距离传输，从而降低线损，使系统能够安全、经济合 理地运行旧t 。 具体地说，无功补偿的作用主要有以下几点： 1 ) 提高供用电系统及负载的功率因数，提高设备利用率，降低设备所需 容量，减少线路及设备的损耗，节约电能馏； 1 9 i i n 一；, j 、演- l ：科人学硕+ 学何论文 2 ) 提高并稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线路 中安装合适的无功补偿装置，可改善输电系统的稳定性，提高输电能 力； 3 ) 三相负载不平衡的场所，通过适当的无功功率补偿，可对三相视在功 率起到平衡作用t ； 4 ) 增加变压器、发电机、供电线路等的备用量； 5 ) 减少用户的配电变压器的安装容量、减少基本电费，节约电费一。 对系统进行无功补偿就是要使系统达到无功平衡，即使系统的无功 电源所发出的无功功率与系统的无功负荷及网络中的无功损耗相平衡。 事实上，系统中无功功率电源不足时的无功功率平衡是由于系统电压水 平下降、无功功率负荷( 包括损耗) 本身的具有f 值的电压调节效应使 全系统的无功功率需求有所下降而达到的。如果系统的无功也源比较充 足，能满足较高电压水平下和无功平衡的需求，系统就有较高的运行电 压水平；反之，无功不足就反应为运行电压水平偏低j 抽t 。因此，应该力求 实现在额定巾雁下的系统无功功率平衡，并根据这个要求装设必要的无 功补偿装置。电力系统的无功功率电源，除了发电机外，还有静i ui u 容 器及静止补偿器等装置，又称为无功补偿装置旧- 。 3 2 配电网无功补偿 3 2 1 无功补偿要求及标准 为了使无功补偿投资能取得最佳的综合效益，应坚持全面规划、合 理布局、分散补偿、就地平衡的原则，集中补偿与分散补偿桐结合，以 分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压为主；调压与降损 相结合，以降损为主心”。 无功补偿的标准： 遵照电力部电力系统电压和无功电力技术导则，无功补偿对功率 因数做如下规定：用户站，高压供电的工业及装有带负荷调整电压设备 的用户，功率因数为0 9 5 以上；其它工业用户功率因数为0 9 0 以上： 农业用户功率因数为0 8 0 以上。 哈尔滨j ：样人学硕十学位论文 3 2 2 配电网无功补偿容量的确定 对配电网进行无功补偿，要取得最好的补偿效果，就足付出最小的支 出。获得最大的降损效果啉。首先要确定最优补偿容量。配电网无功补偿 总容量的大小决定于电力负