毕业设计（论文）-现代电网在节能环保新形势下的问题研究.doc

题 目 现代电网在节能环保新形势下的问题研究 姓 名 学 号 学 院 物理与机电工程学院 专 业 自动化专业 年级班级 2010 级 2 班 指导教师 2014 年 5 月 18 日 毕业论文 设计 作者声明毕业论文 设计 作者声明 本人郑重声明 所呈交的毕业论文是本人在导师的指导下独立 进行研究所取得的研究成果 除了文中特别加以标注引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品 本人完全了解有关保障 使用毕业论文的规定 同意学校保留 并向有关毕业论文管理机构送交论文的复印件和电子版 同意省级 优秀毕业论文评选机构将本毕业论文通过影印 缩印 扫描等方式 进行保存 摘编或汇编 同意本论文被编入有关数据库进行检索和 查阅 本毕业论文内容不涉及国家机密 论文题目 作者单位 作者签名 年 月 日 目目 录录 摘要 1 引言 1 1 电网的发展历程 2 2 农村电网的研究背景及意义 2 2 1 研究背景 2 2 2 农村电网节能研究目的及意义 3 2 3 国内节能方案研究 3 3 我国农村电网的发展现状 3 3 1 农村电网发展取得的成效 3 3 2 农村电网发展节能减排存在的问题 5 4 农网节能降耗方法分析 8 4 1 设备更新 9 4 2 网络结构优化 10 4 3 无功优化技术 10 4 4 单相三相混合供电技术 13 4 5 低压配电网三相不平衡问题研究 17 5 结论和展望 20 5 1 结论 20 5 2 展望 21 参考文献 22 致谢 23 1 现代电网在节能环保新形势下的问题研究现代电网在节能环保新形势下的问题研究 摘 要 我国农网规模大且节能措施和技术水平相对较低 电网损耗较为严 重 农网的节能降耗工作迫在眉睫 如何使电网的节能最优化 是满足农村生 产和生活对能源的需求 实现农村工业和农业现代化低消耗 低成本运营的关 键 论文在研究我国农村电网基本情况的基础上 分析了引起低压配电网的损 耗问题 并针对部分问题提出调节三相负荷不平衡的方案 达到降低农网损耗 的要求 关键词 农村电网 节能降耗 措施 Research Problems of Modern Power Grid in the NewSituation of Energy Saving Abstract Our country rural electric scale and the energy saving measures and technical level is relatively low grid loss serious rural electric energy saving work is imminent How to make the power grid optimization energy conservation is to meet rural production and living demand for energy realize the industrial and agricultural modernization key to low consumption low operating cost Paper based on the study of the basic situation of rural power grid in our country analyzes the cause of the low voltage distribution network loss problem adjusting the three phase unbalanced load are put forward based on part of the problem to reduce the loss of rural electric requirements Key Words Rural power grid Saving energy and reducing consumption Measures 引言引言 当前我国处于重要的发展阶段 经济快速增长 人民生活水平稳步提高 但是就在 20 世纪最后几十年内 我国是以能源消耗翻一番的发展形势支持了经 济翻两番 在这样的经济增长期中 我国的能源消耗强度明显增长 能源的弹 性系数大幅度提高 资源环境的约束与经济快速增长的矛盾 已成为未来我国 社会经济发展的最大障碍 因而 不管从我国的现实情况还是长远利益考虑 我们都必须坚持以建设资源节约型 环境友好型的社会为目标 制定明确的政 2 策导向 电力作为一个高耗能的产业 而且我国还是以燃煤发电为主 节能环 保工作就显得更为重要 由于我国经济起步较晚 电力结构更新较慢 我国电 网中存在着很多问题 而农村电网表现最为明显 其主要问题有 设备老化 电网中中小型老旧高能耗变压器拥有量太大 缺乏调节能力 造成事故率高 损耗高 电网运行管理落后 强调安全运行 忽视经济运行 结构不合理 电 网中超高压输电线路比重偏低 变电站布局不够合理 部分电网容载比不足 技术推广比较缓慢 同杆并架 串联电容补偿 紧凑型线路等先进技术应用不 广泛等问题的存在 致使线损和网损居高不下 由于以上诸多原因造成我国电 网损耗过大 与世界主要发达国家相比存在较大的差距 因此 农村电网的节 能环保工作势在必行 节能降耗在农村电网中大有可为 1 电网的发展历程电网的发展历程 电网刚出现的时候 目的非常单纯 就是要把电厂发出来的电送到稍远的 用户那里 所以结构也非常简单 人们并没有 电网 的概念 但是 随着电 气设备的诞生和不断发展壮大 公共电厂开始出现 电网也随之产生 到 19 世 纪 90 年代 三相交流输电系统研制成功 成为电力系统发展史上的又一里程碑 进入 20 世纪以后 电力系统的规模迅速增长 而且在能源的开发 负荷的调整 工业的布局和系统的安全经济运行等方面带来了显著的效益 电网的建设不断 取得新的突破 我国电网是从 50 年代开始迅速发展的 电力行业做为整个国民经济的基础 和命脉 经过 60 多年的努力 特别是改革开放以来 30 多年的快速发展 电力 的供给与需求形势渡过了从过去的严重短缺到目前的基本平衡的发展历程 新 中国成立后 我国电力事业迅猛前进 快速发展 以稳步发展为原则 规模不 断壮大 成为我国电力事业建设的波澜壮阔的伟大的历史时期 我国电网系统 的发展迎头赶上世界先进水平 追回了失落的半个世纪 使我国电网技术和规 模稳居世界前列 2 农村电网的研究背景及意义农村电网的研究背景及意义 2 1 研究背景研究背景 开展本课题的背景是在能源危机和环境恶化的基础上对节能减排问题的研 究 能源是人类赖以生存的物质基础 而我国又正处在经济社会发展的重要阶 3 段 人民生活水平的不断提高 工业化 城镇化进程的加快 使能源需求大幅 度上升 能源大量消耗和环境严重污染的粗放型经济增长模式 影响了全面建 设小康社会总目标的实现 电力行业做为能源生产和消耗大户 它既是社会经 济发展的重要保障 也是建设节约型社会的关键行业之一 在这种因素的影响 下 研究电网节能环保的问题很是重要 电网节能的建设 要与社会经济发展 农村发展相协调 才能真正促进电网与农村的协调发展 降低功耗 线路损耗 变压器损耗 空载损耗等 和环境污染 降低噪音 电磁辐射 通过不断加强 电网侧体系的建设 加快农村电网建设和改造 积极采用节能新技术 完善节 能管理制度 加强线损率等指标管理 开展电网经济运行工作 提高线损管理 技术水平 同时还可以通过充分发挥电网企业的平台作用 促进全社会节能减 排 2 2 农村电网节能研究目的及意义农村电网节能研究目的及意义 农村电网是农村电气化和农业现代化的基础设施 是促进农业生产 农村 经济和农村社会发展 提高农村人口物质文化生活水平 加快精神文明建设的 基础条件 但目前 我国农网的规模大且节能措施和技水平相对较低 电网的 损耗较为严重 因此研究农网的节能降损方法 技术具有广泛的应用前景 农 网的改造可以降低损耗 加强供电能力 提高供电质量和供电安全性 农村电 网在节能环保的改造建设对现阶段农村经济的发展具有重要意义 适应当前农 村经济快速发展和农村居民收入快速增加从而对能源消费需求增加的情况 农 网的优化配置将提高农村能源的利用效率 加大新型能源的有效供给 满足农 村居民生产和生活对能源的需求 实现农村工业化和农业现代化低消耗 低成 本 低污染的运营模式 2 3 国内节能方案研究国内节能方案研究 目前 我国电网节能规划方法方面 正处于传统的规划方法和优化规划方 法并用的状态 电网规划主要通过原始数据的对比来获得相对理想的优化方案 但由于我国农村布局分散 电网规划中存在原始数据收集困难 数据误差大 部分数据不可信等问题 加上村落布局分散 地理位置复杂 给规划带来了很 大的难度且有很大的无序性 因此 农网规划主要还是采用了多种方案对比的 规划方法 4 3 我国农村电网的发展现状我国农村电网的发展现状 3 1 农村电网发展取得的成效农村电网发展取得的成效 自 2001 年国家电网公司实施 两改一同价 以来 农村电网的建设不断加 强 有力的推动了我国农村经济的发展 农村的电器用量也在逐年增加 农村 电气化事业的快速发展 对扩大国内需求 推动国民经济的增长 促进农村产 业结构的调整 起到了积极的推动作用 两改一同价 政策的实施 从本质上 解决了长期以来制约我国农村经济发展和农民生活质量提高的电价偏高问题 同时也加快了农村电网的建设速度 并且带动了部分产业发展 在社会主义现 代化建设过程中发挥了重大而深远的作用 1 据调查分析表明 经过实施 两 改一同价 措施与 十五 期间的建设 农村电网的改造建设取得了重大突破 3 1 1 农村电网设施进一步加强 通过对农村电网科学的规划 建设以及改造工程的实施 逐步改善了农村 电力系统的布局 提高了电网安全可靠的供电能力和自动化供电 配电水平 降低了电网运行过程中的损耗 而且在很大程度上改变了原有电网结构不尽合 理 网络架构过于薄弱 多数电网单电源供电 中低压供电线路半径过长等不 合理的局面 3 1 2 电网技术及设备水平显著提高 近年来 我国逐步加大了电网科研的力度 农村电网不断应用新材料 配 置新设备 引进新技术 推广新工艺 节能降耗工作取得了突破性的进展 农 村新型节能配电变压器占有率已经突破 96 达到了前所未有的水平 35kV 及 其以上电压等级的有载调压主变压器占有率已经超过 60 实现开关无油化的 35kV 及其以上电压等级的变电所建设使用率已达到 58 8 之多 无人值班的 35kV 及其以上电压等级的小型化变电所投入使用率达到了 30 以上 综合性自 动化装置和微机保护系统的配备率达到了 90 以上 并且在农网的建设中推广 使用了 780 多个 35kV 的箱式变电所 方便了变压器位置的调整 另外非晶合 金型配电变压器和调容配电变压器得到了推广及应用 农网中基本淘汰了高耗 能型配电变压器 铝线圈变压器 过励磁型变压器及阀型避雷器 电磁型保护 装置 多油开关等 2 3 5 3 1 3 网络通信 自动化技术广泛应用 随着电网建设的加强 通信及其自动化技术的发展 农村配电网自动化技 术和电能调度自动化技术得到了快速发展和推广 十五 电网改造建设后期 农村电网系统中已经有 600 多个县级地区完成了电能调度自动化系统的建设 其中通过实际应用效果测评并验收的县级地区电能调度自动化系统有 530 多个 完成电能调配于一体自动化系统建设的有 25 个 完成农村配电网自动化系统建 设的有 30 多个 4 3 1 4 先进管理系统得以推广 在农村电网中用电的营销管理系统 电网客服系统 线路损耗的计算系统 财务管理系统及办公自动化系统等比较成熟的技术已经得到了广泛推广 另外 生产管理自动化系统 负荷的预测报警系统 远程视频会议和集中抄表系统得 到了应用 十五 改建后期已有 970 多个县级地区实现了电网办公管理的自动 化 有 660 多个县级地区完成了生产管理 MIS 系统的建设 有 540 多个县及地 区实现了负荷需求侧和控制侧的管理能力 另外有 1270 多个县及地区建设并开 通了 95598 客服系统 2 4 管理水平的提高对农村电网的优化配送及维护提供了 方便 电网的节能工作更容易进行 3 1 5 农村电网电压质量 供电的可靠性和线损率情况等逐年改善 经过大规模的农村电网系统的建设与改造 不断采取新的节能技术和管理 措施 农村电网系统供电的电压质量及其可靠性的调控能力和手段得到了不断 的提升和加强 农村电网系统线损率指标也得到了不断的改善 变电所内电容 补偿装置得以更新 电容器的补偿容量在主电变压器容量中所占比例增加到 15 2 以上 状态检修 带电作业和安全性能评价技术得以推广应用 各种电压 监测仪及供电可靠性自动化管理软件得到广泛使用 电压的质量和供电可靠性 水平得到了连续的提升 十五 改建后期农村电网系统客户端电压质量的合格 率达到 95 以上 供电可靠性的合格率 RS1 RS3 也已分别达到 99 2 和 99 6 之 多 4 农村电网的供电质量和安全性的提高预示了我国农网技术水平的提高 农村电力系统发生了质的飞越 3 1 6 农村电网系统的科技队伍得到发展 通过不断加强农村电网系统科技队伍的建设 农村电网系统科技人才的数 6 量和质量水平都有了不同程度的提高 十五 改造后期农电网系统专业技术人 员占农村电网系统总人数的比例达到 27 47 比 九五 期末提高了 6 19 个百 分点 这对农村电网节能环保的建设提供了重要的人力保障 3 2 农村电网发展节能减排存在的问题农村电网发展节能减排存在的问题 农村电网的建设虽然取得了一定的成效 但由于农村经济发展滞后 电网 的发展也相对缓慢 对于日趋增加的能源和环境压力 农村电网在节能环保方 面还存在很多问题 农村旧电网布局 设备 技术及管理理念应对当前用电需 求的能力显得有些捉襟见肘 3 2 1 管理理念落后 农村电网的改造和优化建设工程的总策划是国家 而具体的改建工作则完 全由当地的供电部门负责实施 由于地理位置的差异 以及策划管理人员思想 的问题 往往会会造成农村电网的改建过程中出现诸多问题 如供电部门领导 层的思想禁锢 只是一味的听从上级指示 不会随机应变 在实际的农网建设 中不能因地制宜 如果不能达到理想中的电网规划势必会影响电网在安全 经 济方面的运行 目前大部分县局电力部门对农村电网节能问题的重要性认识都 存在不足之处 主要表现在 一是线损计算手段落后 当前尽管在线损计算问 题上已经引入了相应的软件 从而使计算的准确度得到较大提高 但由于某些 地区电力部门对此项工作不重视 多数仍采用人工计算 在计算准确度方面存 在较大误差 因而无法为节能降耗提供准确的决策依据 二是管理不到位 农 网工作人员大多是聘任人员 其流动性强 工作量大 因而地方电力部门往往 会疏于对他们的管理 导致工作人员工作态度松懈 抄表人员估抄 漏抄现象 较多 关系电现象严重 甚至存在一些窃电现象 有时在工作中还不能严格按 照有关要求 如不能合理安装计量设备 不按期检定电能表等从而导致电网损 耗增大 3 2 2 电网结构不合理 由于我国地大物博 各个农村的地形 环境都不一样 所以在实际的电网 建设和改造工程中给电网结构的规划增加了难度 在我国很多地区由于多种因 素限制 导致在农村电网的建设和改造工作中 电网结构的设计不能达到最大 限度的合理 而电网结构设计不合理将直接导致成本浪费 线损加大等弊端 7 如 1 部分线路供电半径长 由于变电站布点少 变电容量有限 且供电线路 少 半径长 装接配变数量多 导致线路负载率较高 致使线损增加 2 农村线路多为放射型 线路之间联络较少 线路发生故障时 没有第二电 源供电 供电可靠性差 电能转移的灵活性差 进而导致电能分配出现故障 3 部分线路配电装载容量偏大 供过于求 电能不能充分利用 造成资源的 浪费 而另外某些线路负载率高 但配电容量偏小 供不应求 设备长时间在 过载运行 应根据实际情况及时切改负荷 4 部分线路所带的负荷太大 电网的联络情况不能满足 N l 校验 由于农村 线路结构复杂 联络线路的线径较小 不能完全转供所带负荷 不能有效的发 挥电网的联络作用 使得负荷调整工作变得更加困难 3 2 3 电网负荷波动大 调控技术差 我国农村数量多 农村电网用电季节性强 负荷波动大 一般来说 夏季 和春秋时节用电量较大 冬季用电需求则较小 且有数据显示在同一个日的不 同时刻电网的负荷变化也很大 如图 1 所示某地农网日整点时刻功率变化 5 图 1 丰宁农网日整点时刻功率曲线 由于农村电网的管理偏重于宏观调控 忽视科学管理 为了保证高峰时期 用电 农村电网变压器容量常会按照最大值设置 这样在电力高峰时 电网持 续满负荷运行 而在用电低谷时 电网线路则几乎常常是空载运行 使配电处 8 于 大马拉小车 的情况 农村用电高峰和低谷现象突出 使变压器长时间满 负荷或空载运行 将会导致电力损耗增大 尤其这种季节性强的用电在负荷低 谷期间损耗更为明显 不仅如此 在农村农电管理人员素质较差对电网节能降 耗认识不足不能严格要求自己 而且由于管理水平不高造成各种电能的浪费以 及电能数据的统计存在不准确性 这些都是目前阻碍农网节能降耗工作比较明 显的问题 线路损耗和电能质量都是当今电力部门和用户最关心的问题 3 2 4 三相负荷不平衡问题严重 1 由于农网改造规模宏大 任务艰巨 时间紧迫而且还受到改造资金的 制约 因此不可能做的面面俱到 如规划调平三相负荷 有时为了降低改造成 本 部分地区在低压分支线路中架设了相当数量的单相两线线路 另外在下户 线接线施工中 一些素质较低的施工人员 没有三相负荷平衡的概念 随意接 单相负荷 这在一定程度上加重了三相不平衡率 低压电网三相负荷不平衡大 大增加了电网的损耗 2 农网改造后虽然低压供电线路多改为三相四线制 但在实际运行管理 中很多地方并不注重把单相负荷均衡的分配到三相上 而且也没有均衡负荷的 能力 造成某些相线负荷过大或轻载 更有甚者 某些地方供电部门对于只有 单相负荷且负荷较小的三相四线线路 停用了其中两根相线 只用单相两线方 式供电 加大了三相不平衡度 电能损耗率也随之增加 4 农网节能农网节能降耗方法分析降耗方法分析 在现代电网的建设中 电网运行的损耗主要体现在线路电能损耗方面 目 前我国电能在变电 输电 配电过程中电能损耗占供电量的 9 而农网由于 设备陈旧 老化 耗能高等原因 平均线损 变损在 20 以上 有的地方甚至 高达 60 这大大增加了原本就达不到规模效益的农村用电的成本负担 农网 的节能降耗工作不容忽视 要降低电能的损耗提高供电质量的措施有很多 主 要是在技术 结构 制度上下功夫 综合实施节能减排工作 总体上可以分为 工程技术 电网结构 电网管理三个方面 如图 2 所示 节 能 环 保 结 构 节 能 减 排 管 理 节 能 减 排 电 网 结 构 电 网 管 理 工程节能减排 电力技术 9 图 2 农网节能措施 4 1 设备设备更新更新 随着农村电网的迅速壮大 电网的结构也越来越复杂 旧设备损耗不断增 大 更换陈旧设备是节能降耗的基础 推广新型变压器 采用新型无功补偿设 备 使用新型输电导线 以及新的计量装置等 我国农村电网正处在节能型设 备与旧设备更新替代的交替时期 尤其是节能型变压器的更新 对提高输电能 力 输电质量 电网节能减排具有重大现实意义 我国自 1998 年开始逐渐进行 大规模城乡电网建设与改造以来 采取推行 S9 型节能配电变压器 停止生产 S7 型和淘汰电网中 64 和 73 系列高耗能变压器等一系列措施 这些措施 对降低电网损耗起到了积极的推动作用 以大滩 512 线路和凤山 512 线路的配 变情况为例 其新增 Sn 及 S9 系列变压器分别占总配变台数的 35 和 69 如 图 3 所示 图 3 部分地区配变构成 据统计表明 我国电网线损率从 1996 年的 8 52 下降到 2012 年的 6 32 但与一些发达国家相比仍高出 1 5 2 个百分点 相当于每年多损耗 150 亿一 200 亿度的电量 国家发展改革委员会和科技部门于 2005 年共同组织起草 凤山512线配变构成 0 06 0 69 0 26 0 08 S7 S9 Sn 64 73 大滩512线配变构成 5 60 34 1 S7 S9 Sn 64 73 10 了 中国节能技术政策大纲 并明确提出 推广生产和应用低耗能的导线 Sn 型及非晶合金铁心型低损耗变压器等节能型配电设备及其附属元件 9 2010 年前 淘汰电网在役的 S7 型及 64 73 型高耗能变压器设备 另外在农村 电网中 一 二期农网建设及改造 主要是以解决农村照明用电为主且线路大 部分采用 BLV 35 25mm2 型的导线 部分配电台区还存在裸漏导线的现象 安 全隐患比较大 11 在 十五 农村电网改造后 农网的主线路逐渐引入新型号 的 LGJ 240 30 和 LGJ 300 25 L 代表铝线 G 代表钢线 J 代表绞合 后面的数 字代表截面 分别是铝线的截面和钢线的截面 等新型号的导线 也有部分 LGJ 400 30 和 LGJ 185 25 型的 甚至在 35 千伏线路上还采用了截面更小 包 裹绝缘层的导线 这些新型输电线的引进减少了输电线上的损耗 提升了供电 电压 而且还降低了高压电磁辐射带来的环境影响 4 2 网络结构优化网络结构优化 我国农村坐落分散 电网线路结构复杂 线路过长 电压器布局不合理等 因素增大了电能的消耗 优化电网结构势在必行 物理结构上的优化常见方法 有 1 增加线路回路或增设变压器 农村电网变电站的建立要秉着 密布点 短半径 的原则且变压器应安装在负荷中心而不是地理位置中心 在某些地区 条件允许的情况下还可以架设第二回路 另外在主接线上 采取单母线分段接 法 如果部分变电站承受的负荷比较重要 就可以通过增加旁路母线来保证农 村电网供电的可靠性 2 改变原来电网的接线方式 以最有利的接线方式参加运行 及时改进 线路的迂回 倒送 卡脖子 等现象 在有条件的地方 还可将开式网改为闭 式网 因为整个电网网络本身为环形 正常情况下将其中一些线路断开 使整 个电网网络呈树枝型 也就是辐射性 如此一来一旦发生任何故障就可以通过 开关操作将失去的电源负荷转移到其他线路上 这样能更灵活实现对电能的分 配而且还可以避免电源空载运行 3 简化电压等级 减少迂回供电和交叉供电 缩短供电半径 推进高压 向负荷中心延伸 高标准建设农村电网 降低电网线损同时还可以减少运行管 理和检修工作 11 4 3 无功优化技术无功优化技术 无功补偿是电网日常运行中最常用 最有效的节能降耗技术措施 在有功 功率合理分配的同时 要尽量改善无功功率的合理分布 提高功率因数 合理地配置无功补偿装置 改变无功潮流的分COS P 3 P COS SUI 布 减少电压和有功损耗 减少发电机输出的无功功率 变压器传输的无功功 率 可以有效降低线损率 而且还可改善电压质量 提高变压器和线路的输送 能力 通过理论计算显示合理改善无功功率对电压 线路 变压器等主要电网 指标和结构的影响 1 提升电压质量 电网在进行功率传输时 电流会在线路等阻抗上产生电压损耗 假设U 始端电压为 末端电压为 则电压损耗计算公式为 1 U 2 U 1 12 n PRQX UUU U 式中 P 线路传输的有功功率 KW Q 线路传输的无功功率 KVAR 线路额定电压 n UKV R X 线路电阻 电抗 如果保持有功功率恒定 而 R 和 X 为定值 无功功率 Q 愈小 则电压损失愈 小 电压质量就愈高 当线路安装容量为的并联电容器补偿装置后 线路的 C Q 电压损耗变为 2 C n PRQQX U U 可以看出 采取无功补偿以后 线路上传输的无功功率变小 相应地减少了线 路电压的损耗 提高了配电网的电压质量 电压质量稳定将会降低用电器在非 额定电压下的能耗 2 减少线路的线损耗 在农用配电网中线路的年电能损耗为 12 3 23 2 3 3 maxmax 22 10 31010 P R ARIP U COS kwh 式中 年内线路输送最大负荷时的有功功率 kW max P 装置所通过的最大负荷电流 A max I 最大负荷损耗时间 h 其值可由年负荷曲线确定 将功率因数由提高到时 线路中的功率损耗降低率为 1 COS 2 COS 4 2 1 2 1 100 COS P COS 当功率因数由 0 7 提高到 0 9 时 线路中的功率损耗可减少 39 5 可见 随着 的增大 线路的有功损耗将逐渐降低 COS 3 提高电网的传输能力 有功功率和视在功率的关系为 5 PSCOS 在传输的有功功率一定的条件下 越大 所需的视在功率越小 电网的COS 输电能力增强 总的功率损耗也跟着降低 3 对变压器能耗的影响 当电压为额定值时 在农用配电网中变压器的年电能损耗为 6 2 max 0 2 n K SP An PtKWh nS 式中 变压器的铁损 KW 0 P 变压器的铜损 KW K P 变压器的额定容量 KVA n S 变压器的最大负荷 KVA max S t 变压器每年投入运行的小时数 h n 并联运行的变压器台数 最大负荷损耗时间 h 其值可由年负荷曲线确定 13 由于最大负荷损耗时间与功率因数有关 当增大时 输送的无功 COS COS 功率减少 相应的值也就减少 因而电网损耗也就明显降低 以上分析可知 选择合适的无功补偿容量和电网中无功补偿的位置对变压 器运行和线路输电的重要性 而农网中由于线路过长 负荷分布不均等现象经 常会造成无功功率不足 供电质量差 所以更需要时刻对电路进行有针对性的 无功补偿 提高电网输电能力 以降低变压器和长线路的电能损耗 无功补偿 一般根据分区分层就地平衡的原则 一般在变电站集中补偿 配电变压器多采 用低压补偿方式 配电线路采用固定补偿方式 用电设备采用随机补偿方式 各补偿方式的实用效果比较 如表 1 所示 表 1 各种补偿方式效果对比 补偿对象减损范围调压效果单位投资设备利用率维护性 变电站集中 补偿 变电站无 功需求 主变压器 和输电网较好较大较高方便 配电变压器 低压补偿 配电变压 器无功需 求 配电变压 器和输配 电网 较好较大较高较方便 配电线路固 定补偿 配电线路 无功基荷 配电线路 和输电网较好较小很高方便 用电设备随 机补偿 用电设备 无功需求 整个输电 系统最好较大较低不方便 在无功优化配置方面 国内外已经有了比较成熟和完善的算法 但是我国 在实施和运行方面还存在一定的限制 农网建设和运行中 长期存在着无功补 偿容量不足 分布不合理 部分地区补偿装置投切不方便甚至无法运行等问题 经调查表明 我国电网由无功分量引起的平均线路损耗要比发达国家高出 2 4 就全国来说 线路损耗约占电网总损耗的 12 如果无功线损降低 50 一 60 一年可节电 500 亿度左右 相当于半个三峡工程的发电量 因此加强 配电网无功优化技术 有针对性的进行无功补偿 具有很大的经济效益和社会 效益 14 4 4 单相三相混合供电技术单相三相混合供电技术 我国用电负荷主要为单相负荷和三相负荷 单相负荷主要是生活照明 家 用电器等 约占全部用电负荷的 30 40 在农村供电构成中有的地区达到 60 70 而三相负荷则主要是供给工业 农业的动力负荷 我国农村生活照明用电的发展大都伴随着农业动力用电 如 灌溉 农副 加工等 而发展起来的 因此 农村的生活用电大部分为灯 力混合共用一台 配电变压器 供电制式大部份为三相四线制 Y Yno 接线 其低压侧供电电压 为 380 220V 为动力和照明通用制式 灯 力混合使用一台变压器 尤其和 农业动力用电混用 是很不经济的 农业用电季节性很强 如灌溉用电 一年 的用电时间也就有 2 3 个月 而其余的 3 10 个月为用电淡季 在淡季只有普 通家电用电 使配电变压器严重轻载 损耗率增加 同时也使农村的电价提高 因此 有必要把单相负荷和三相动力负荷的供电分开 尤其在农村供电中更要 如此 下面对单相供电的制式进行分析 确定哪种制式对单相负荷的供电损失 最小 单相负荷应该采用什么供电制式要进行经济技术比较才能明确 4 4 1 对单相负荷供电制式的比较 对单相负荷供电主要有 3 种方式 即单相二线制 两相三线制 三相四线 制 在讨论供电制式时 认为各种供电方式都是对称运行 并且供电的负荷总 数相同 相线的面积相同 供电距离相同 对于供电制式的评价主要是损失的 大小和实现其供电方式技术上的可行性 低压照明供电系统的损失主要是线损 对于线路损失电量可用下式计算 7 2 5 t 10A I R kw h 式中 负荷电流I 线路电阻R 运行时间t 1 单相二线制 单相二线制即单相配电变压器的高 低压侧各有 1 个线圈 电压比为 10kV 0 22kV 低压侧一点接地 其负荷侧电路如图 4 所示 L L A A1 1 A A2 2 D D I I1 1 220 15 图 4 单相负荷二线制接线图 图 4 中 就负荷电流 I1的路径经过 A1和 A2两根线 因此两根导线都相当于相 线 其线损为 8 2 5 1 2t 10XSI R 9 L R S 式中 一个相线电阻R 导线的电阻系数 线路长度L 导线截面积S 单相二线制的线损 1 XS 2 两相三线制 两相三线制供电是有两根相线和一根零线构成 其负荷侧电路如图 5 所示 图 5 两相负荷三线制接线图 A A1 1 O O A A2 2 D D1 1 D D2 2 I I1 1 2 2 I I1 1 2 2 16 图 5 中 有两根相线和一根零线 负荷对称时 零线没有电流 两个 12 DD 相线的电流在供给相同负荷时 这时 A1和 A2的电流只为单相时 12 DDD 的一半 即的相电流 两个相线的电流构成回路 零线 12 2DDD 1 I 2 没有电流 若线路的电阻不变时 L 和 S 都不变 则线损为 10 2 5 2 5 21 t 10 2 2 t 10 2 I R XSIR 11 21 1 4 XSXS 3 三相四线制 三条线路分别代表 A B C 三相 不分裂 另一条是中性线 N 区别于零 线 在进入用户的单相输电线路中 有两条线 一条我们称为火线 另一条我 们称为零线 零线正常情况下要通过电流以构成单相线路中电流的回路 而三 相系统中 三相自成回路 正常情况下中性线是无电流的 其负荷供电线路如 图 6 所示 图 6 三相四线制接线图 图 6 中 在三相负荷对称时 D1 D2 D3 D 3 零线没有电流 而每个相线的 电流为单相的 1 3 即 I1 3 若线路电阻不变时 则 12 2 5 1 3 t 10 3 I R XS 13 31 1 6 XSXS 4 供电制式和线损的关系 A A B B O O C C D D2 2D D1 1 D D3 3 17 通过以上的讨论 可以看出 若用表示单相二线制线损时 并以其 1 XS 作标准来比较其它的供电制式 1 XS 当以 m 相供电时 且各相的负荷对称 则各相的电流为 14 1 mm II 15 2 5 1 t 10 m I R XS m 16 2 5 1 2t 10XSI R 所以 在以 XS1为基准时 则在同一负荷时用 m 相以对称的方式实现供电时 其线损的标么值为 m 1 17 1 1 X 2 m XS XSm 图 7 m 相供电时线损表么函数图像 图 7 中 由 X f m 曲线可见 m 由 1 变到 2 时 线损降低的幅度最大 降 低 75 即为原来的 25 当 m 3 以后 线损随着 m 的增加 Xm降低的幅 度在减少 几乎变化不大 由此 m 2 时 是比较好的方案 在配电网的改造 中 应根据实际情况 把节能降耗和最大限度满足用户需求两者有效结合起来 推行使用单相三相混合供电方式 单纯性单相负载尽量采用单相三线制 三相 负载采用三相四线制 而且在实施单相三线制的供电方式时 应同三相四线的 制供电方式一样 保持三相负荷平衡 将单相变压器均衡接在三相上 18 4 5 低压配电网三相不平衡问题研究低压配电网三相不平衡问题研究 三相不平衡不仅影响电能的质量而且还会引起线路损耗增加 三相不平衡 时时刻刻都存在着 它所带来的影响及如何治理值得我们去探讨分析 1 对变压器损耗的影响 Y Yno 接线方式配电变压器采用三铁心结构 三相不对称运行时 变压器 必然会产生零序电流 由于零序电流的存在会在铁芯中产生零序磁通并通过油 箱壁或其他金属构件构成回路 从而在铁箱等附件中发热产生铁损 增大了变 压器的损耗 配电变压器三相不平衡运行时三相绕组的总损耗 单位 kw 12 可 记为 18 2223 1 III R10 nABC P 式中 为三相负荷电流 为变压器二次侧绕组电阻 A I B I C I 1 R 三相平衡时每相绕组电流为 三相绕组总损耗为 III 3 ABC 19 23 1 III 3 R10 aABC P 三相不平衡带来的附加损耗为 20 23 1 II II II 3 R10 fnaABAcBC PPP 由此可见三相负荷不平衡使变压器损耗增大 要降低变压器的损耗必须解 决三相负荷不平衡问题 2 输电线路损耗 假设三相平行运行时 线路电流为 线路电阻为 则三相平衡运行的IRl 有功损耗为 21 2 1 3 l PI R 当三相负荷不平衡时 13 22 2222 2 ABClNN PIIIRI R l R2 N R 则不平衡状态运行时线损增加率为 23 21 1 100 PP P 由以上分析可知 三相负荷不平衡问题是造成电网损耗增大的一个重要因 19 素 农网中三相负荷不平衡问题在电网节能降耗工作中潜力很大 3 解决农村低压三相不平衡的新方案 在低压三相四线制的农网或城网供电系统中 由于用户多为单相负荷 而 且负荷大小及用电时间的各不同 电网中三相间的不平衡电流是普遍存在的 这种用电不平衡状况不具备规律性 无法事先预知 所以也很难改善 在次 本文提出一种针对农网 380V 和 220V 低压线路的新的调配三相不平衡电流的方 法 以农村低压三相四线制供电为例介绍本方案的调配机制 假设连接 A 相用电的有 n 户 分别为 负荷电流 1 A 2 A 3 A n A 分别为 连接 B 相用电的有 m 户 分别为 1 A I 2 A I 3 A I n A I 1 B 2 B 负荷电流分别为 连接 C 相用电的 3 B n B 1 B I 2 B I 3 B I m B I 有 K 户 分别为 负荷电流分别为 1 C 2 C 3 C k C 1 C I 用户端接线图如图 8 所示 2 C I 3 C I k C I 图 8 农村用户端接线图 将三相的总线路和所有用户的相线上都分别加一电子式漏电断路器时刻监 测电流的变化 并通过通讯设备将信息时时传输到控制中心 控制中心对信息 进行处理 根据设定的不平衡率上限值决定是否执行换相命令 如果需要换相 则将将输出的指令传回客户端的执行机构 实现客户端相线的自动切换 其流 程图如图 9 所示 A A B B C C A1A2An B1B2BmC1C2Ck A 相 用 户 B 相用户 C 相 用 户 信息采集 智能控制中心判断三相 负荷情况 客户端 PLC 控制器执 行相线切换 20 图 9 调节三相负荷系统流程图 通过信息采集装置 将三相总线路和用户端相电流的模拟信号经模数转换后传 回处理中心 然后处理中心对 A B C 三相总电流进行计算 当三相负荷电流 的波动超过预定值之后 系统对三个相线的总电流进行对比 并判断出一个最 大值和一个最小值 如 及其之间的差值 然后再次对 A 相内部 ABC III 用户负荷电流大小进行比较 最后选择出需要调相的用户 An和需要调换的相线 信息 通过通讯线路传回该用户端 并利用客户端的 PLC 控制器完成对线路的 切换 客户端执行机构 PLC 控制 T 型图 以 A 相客户端为例 如图 10 所示 图 10 A 相 PLC 控制器的 T 型图 假设处理中心处理输出的执行指令信号分别为 A B C 则 A 相用户端可接收 到切换到 B C 相线的指令 一次类推 I0 1 和 I0 2 端分别接收 B C 指令 Q0 0 Q0 1 Q0 2 分别接转换开关接口 这里不做详细介绍 5 结论和展望结论和展望 5 1 结论结论 21 通过对农村电网现状的分析 阐述了农网节能减排面临的严峻挑战 农村 电网结构复杂 季节性强 村落布局不稳定 单一的升级设备 加强管理只能 是顾此失彼 并不能深入的解决问题 因此 应对农村电网电能的损耗要采用 综合节能降耗技术方案 本文主要分析了农网结构不合理 负荷波动大 三相 负荷不平衡三个方面对电能损耗影响 通过单相负荷供电制式的比较可以看出 两相三线制的供电方式对于农村生活用电在节能降耗方面更突出 由提出解决 低压配电网三相负荷不平衡问题的方案分析可知 当低压配电网的三相负荷不 平衡超过一定值时 可以由系统对负荷相差比较大的两相中的负荷进行调配 将负荷大的一相中的一些用户自动切换到负荷相对较小的相线上 以维持三相 的负荷趋于平衡 降低变压器和输电线上的损耗 这种方案解决了过去有人工 调整三相负荷的问题 改善了调整三相负荷不平衡时带来的麻烦 使其变得更 科学更轻松 对于农村电网中的低压配电线路 在用电过程中实现对相线的自 动切换并不影响用户的用电情况 因此可行性还是很高的 但由于该方案的实 施要增加一些通讯设备和一些能满足自动化器件 所以建设成本会相对较高 经济发展较缓慢的地区可能还不能实现 农网的节能降耗建设是一个长期而艰 巨的任务 所以我们要脚踏实地的进行改革 不断采用新的设备 技术 方案 一步步达到节能的最终目标 5 2 展望展望 通过论文课题的研究 了解到农村电网节能降耗实施方案涉及了多方面的 因素 在此提出几点简要的相关建议 如下 l 以节能降耗方案的技术指标和经济效益指标为变量 以资金 项目寿命期 等为约束条件建立综合优化数学模型 对节能方