基于优先级排序的配电线路改造措施分析

2011-05-10葛江北黄伟魏志莲卢苗

电网与清洁能源 2011年2期

葛江北，黄伟，魏志莲，卢苗

（1.华北电力大学输配电研究所，北京 102206；2.中国电力科学研究院，北京 100192）

电能是各行各业中应用最广泛的一种二次能源，电能的输送、分配和控制既简便又经济，因此得到了广泛应用。配电网中电能通过配电线路进行传输，配电线路是配电网的主要组成部分。电力网在输送和分配电能的过程中，由于设备存在着阻抗，电流流过时，就会产生一定数量的有功功率损耗[1]，而配电线路的损耗尤重。相关资料表明，配电线路的损耗可达配电网损耗的50%以上。因此，配电线路改造是电力公司的重要工作。但是电力公司进行线路改造时，往往偏重某一方面，如注重线路材料的选择以达到降损目的[2]，而较少从整体角度对线路改造进行规划。虽然投入了大量资金，效果却并不显著。针对这个问题，本文提出了优先级顺序的概念，从线路指标角度和经济性角度出发，对线路改造方式进行判定，并对相关改造方式进行经济性的比较，从而确定配电线路改造措施的优先级顺序。

1 配电线路改造措施分类

配电线路改造措施多种多样，具体改造形式依据实际情况不同而不同。总体来讲，分为8类。

1）配电线路经济运行。不同的导线按照其型号不同和线路的最大负荷利用小时数，即可得到线路的经济电流密度，据此可得到导线的经济电流。导线按照经济电流运行，即为配电线路经济运行。

2）更换配电线路。此处配电线路更换是指线路同线径更换。实际工作中，由于运行时间过长，设备老化等，可能会威胁到线路的安全稳定运行，此时，可对线路进行同容量更换，以满足电网安全稳定的要求。

3）配电线路切改。配电线路切改往往由于线路过长，线路负荷过重，短时间内无法对线路进行改造，附近又存在可以利用的电源点，此时，在线路和新电源点之间新建一段线路，并加装开关，将线路一部分负荷倒向新的电源点，称之为线路切改。线路切改通过负荷分流，以达到降低线路负载率和损耗的目的。

4）无功补偿。配电线路的功率因数和其下所挂的配电变压器息息相关，因此，无功补偿包括线路无功补偿和配电变压器无功补偿[3-4]。实际工作中无功补偿一般是配电变压器无功补偿，线路无功补偿应用较少，且一般是试点工程。线路无功补偿可与配电变压器无功补偿相结合，以达到无功补偿的优化。

5）更换粗径导线。当线路负荷过重，线路电流偏大，负载率不满足要求时，威胁电网地安全稳定运行，可将线路更换为粗径导线，同时亦可降低线损。

6）新建配电线路。新建配电线路，可能是由于对某负荷进行双电源改造，或某线路负荷过重，新建配电线路分担部分负荷。

7）使用线路调压器。线路调压器往往用于过长线路。尤其是农网中某些线路，远远超过了线路的供电半径，此时无法保证线路的末端电压，可使用线路调压器。目前，该措施已在西安等地实施，但尚未推广。

8）主变调压。主变调压即通过调节主变分接头进行线路首端电压的调整，其主要用于线路电压偏差过大的情况。

2 考核指标分析

欲改造配电线路，需将配电线路挑选出来。此时，应从线路运行的实际状况出发，进行改造措施的判定。反映线路运行状况的主要是一些指标，如负载率、功率因素等。因此，将首先从指标角度进行考核，确定不同情况下所应选择的改造方案。

配电线路的考核指标主要包括负载率、功率因数、电压偏差、供电半径、运行年限等。

1）负载率。负载率计算如式（1）所示：

式中，茁为线路负载率；I为线路首端实际电流；Ie为线路最大容许载流量。

配电线路的负载率过高，会影响电力系统的安全稳定运行，因此，重载线路应强制对其进行改造。此时应结合线路的功率因数进行判定，确定重载原因，如果线路的功率因素不满足要求，应首先进行无功补偿。

2）功率因数。功率因数计算如式（2）所示：

式中，cos准为功率因数；P为线路有功负荷；Q为线路无功负荷。

功率因数是供用电系统的一项重要考核指标，反映了线路传输有功功率的同时所需的无功功率。从功率因数角度考虑，主要是对功率因数不满足要求的配电线路进行无功补偿。

需要说明的是，功率因数不满足要求可能并不会影响电力系统的安全稳定运行，但其可能出现在重载的配电线路中，因此对重载线路应同时考虑功率因数问题。

3）电压偏差。电压偏差是线路考核的重要指标，依据相关规程规定，10 kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的依7%。线路电压偏差过大，会影响低压用户的电能质量，降低设备的使用寿命。电压偏差引起的原因较多，可能是由于线路过长，供电半径过大；也可能由于线路负荷过重或是线路无功补偿不足；或是线路首端即变电站出线母线电压偏低，此时需进行主变调分接头。

4）供电半径。线路供电半径过长，会引起电压降低、损耗增大等问题，依据相关规程，不同负荷密度下，10 kV配电线路供电半径如表1所示[5]。

表1 线路供电半径

供电半径过长的线路往往采用线路切改改造方案。

5）运行年限。运行年限反映线路的老旧程度，运行年限过长会引起绝缘老化、损耗增加等问题。运行年限过长的线路可对其进行改造，问题不严重时线路也可继续运行。因此，运行年限过长的线路，若其他指标不满足要求，应优先依据其他指标确定改造方式；如其他指标均满足要求又要求对其进行改造时，往往采用线路更换的改造方式。

从各指标的分析可以看出，不同的指标反映了线路不同的运行状况，通过以上的分析，从指标角度可进行线路改造方式的判定，如图1所示。

图1 改造方式判定图

3 经济性比较

通过指标分析，将不同情况下可能的改造措施给出。可以看出，图1进行框图6的判定时，有多个改造方式可供选择。这里将从经济性角度出发，对改造方式的经济性进行定性分析，从而实现改造方式的优选。

根据图1，需要进行经济性比较的主要是配电线路经济运行、线路切改、新建线路和更换粗径导线。

1）配电线路经济运行。配电线路经济运行主要通过倒负荷使线路在其经济电流附近区域运行，以达到降损节能的目的。从经济性角度来讲，其投资较小，基本为0，以A1表示其投资，则A1抑0，效益却相对显著；而对于线路切改、新建线路和更换粗径导线，其投资皆相对较大。因此，配电线路经济运行经济性较优，应优先采用配电线路经济运行。

2）线路切改。线路切改投资往往为一台分断开关或新建一小段线路，相对于新建线路和更换粗径导线要小很多。同时，线路切改仍存在一定的降损效益。因此，线路切改经济性优于新建线路和更换粗径导线，应优先采用此改造方案。但需要说明的是，具体到图1中框图6的判定逻辑，此时的线路切改并不是由于供电半径过长，纯粹是由于负荷过重，通过线路切改进行分负荷，这种情况下线路切改的投资虽然较少，但周围必须有适当的电源点。

3）新建线路和更换粗径导线的比较。对新建线路和更换粗径导线，分别设其投资为A2和A3，效益为△A2和△A3。

同样重载情况下，新建线路只需承担原重载线路部分负荷，而更换粗径导线则要把原线路所有负荷带起来。因此，更换粗径导线选用线路规格稍高，单就线路材料的投资，更换粗径导线的投资较高。

但更换粗径导线可能并不需要进行架杆建设，而只需在原线路的基础之上进行改造即可；新建线路则需要架设杆塔等，杆塔建设等使新建线路的投资较高。总体来讲，2种改造方式投资的大小需依据不同的情况确定，A2和A3无法定性区分其大小。

对于新建线路，其降损效益计算如式（3）所示：

式中，△A2为新建线路降损效益；△P1为新建线路之前原线路损耗；△P1'为新建线路之后原线路损耗；△P2为新建线路的损耗；△P01为新建线路之前原线路空载损耗；△Pki为新建线路之前原线路负载损耗；茁1为新建线路之前原线路负载率；△P01'为新建线路之后原线路空载损耗；△P'ki为新建线路之后原线路负载损耗；茁1'为新建线路之后原线路负载率；△P02为新建线路空载损耗；△Pk2为新建线路负载损耗；茁2为新建线路负载率。

新建线路之前和新建线路之后原线路的空载损耗不变，即△P01=△P01'，则式（3）可化为式（4）：