10 kV 以下配电变压器及线路降损节能运行分析

2023-10-23韦汉顺

现代工业经济和信息化 2023年8期

韦汉顺

（广西航港投资集团有限公司，广西南宁 530031）

0 引言

配电网运行期间，变压器占据较为关键的位置，更是供电期间能源损耗较多的设备。在不足10 kV 的供电线路中，供电带来的电损，高出整体供电体系的60%。为此，针对变压器、供电线路形成的能源损耗问题，进行深层次的技术分析，以期找出节能降损的可行方法，以此应对国内配电体系能耗大、损耗多的问题。

1 提出问题：电损与线损的产生

1.1 线路电损

供电线路的电损，需测算计算线中位、绝缘物质各个位置的电损。在分析三相电缆绝缘层产生的能源损耗时，主要参考的因素有线路电压、线缆电容、线路长度，绝缘物质损失角的正切量tan σ 等。其中，tan σ 的参数，取决于电缆标准电压参数，可利用产品目录、相关文件手册，查询获得参数大小。如果缺失相关文件，可参考实测值大小，依据表1 数据，进行赋值。

表1 供电线路tan σ 的取值方法

1.2 变压器电损

获取变压器电损量时，主要判断空载、负载两个工况的损耗量。空载损耗的参数大小，可查询变压器说明书、铭牌数据。如果未能找到相关说明，可采取试验测定形式。空载损耗的参数大小，是供电运行、分接头两个电位的电压参数之比，比值乘以铁芯损耗功率。负载损耗，可借助短路试验的测定方法、查找变压器铭牌，以此确定其参数。

2 分析电损与线损的消解方法，线路无功补偿

配电网络体系中运行的供电线路，在实际供电中会产生一定损耗，此种线损具有常见性、不可避免性。变压器的安装位置，处于整个供电线路的最末端，设备应用较为重要。变压器运行期间产生的损耗较大，应获取电力部门的管控重视。采取必要措施降低损耗量，减少电能流失量，增加供电效益。针对实际产生的变压器损耗问题，需要以线路降损为技术条件，明确无功补偿的形成因素，确定无功补偿总量，获取相应的负荷参数，以此判断补偿实况、真实容量，找出损耗量增多的直接原因，以数值为判断依据，深入分析损耗形成期间，是否存在线路供电故障问题，排除变压器自身故障。结合分析结果，判断全年时段内，供电线路产生的能耗损失，思考能耗损失对应的管理成本，综合确定具体的容量参数。更要关注容量参数，应与电容容量大小相近，以此保证容量匹配质量。针对最近两年时段的供电情况，调取相关数据，进行深入分析，获取精准性较高、准确性较强的容量参数，以此保障容量匹配的准确性，提高变压器、供电线路的运行顺畅性。从线路整体视角，综合确定无功补偿的发生点位，事先明确无功补偿的大体方位，利用线路降损方法，有效处理供电线路运行的各类数据。借助数据分析、电损测定等方法，最终锁定无功电流通过的各个点位，以此找出无功补偿的具体方位，以此增强电容设备布置的合理性，积极防控电容风险，切实提高线损控制效果[1]。

3 找出电损与线损的控制方法：变压器节能降损措施

3.1 节能策略

加强变压器的运行能效，以期减少电损量，需从设备自身组成、选材各个方面，分析降损可能性。在供应电能期间，设备选材、线路性能，均是控制线损的关键因素。为此，变压器设计人员，需积极选用新型材料、新工艺，对比电损情况，以此选择最佳的设备材料，从选材视角控制电损量。当前，新材料选择时，主要从抗腐蚀、耐寒两个方面，选择“无氧铜”“非晶合金”等材料，以此改善变压设备的运行质量，增强线路导电、通电的平稳性，切实增强变压器的运行能效，有效控制能量损耗。在变压器实际生产期间，需关注材质的能耗干扰性，合理选择新型工艺，切实增强设备节能性。必要时，可运行设计程序，精细改进设备组成方案，给出更具节能性的设备结构方案。

在新材料引入基础上，关注变压器的运行情况。创建有效的检修、定检机制，确保制度落实的有效性，有效排查设备潜在风险，以此增强变压器运维检修工作的完整性。采取严明的管理方法，针对实际发生、存在潜在风险的情况。给出全面排查处理。此种设备运检工作，在一定程度上能够降低变压器的电损量，防止电损加剧，具有一定节能性。在具体实践中，需要规范选择熔断装置的类型，结合实际生产需求，逐步更新线路设备的功能，使其性能更优异、功效数值更高。合理设计各类供电设备的安装范围，促使供电设备处于高效运行状态，增强节能效果。

3.2 降损策略

3.2.1 建立配网管控体系

节能降损管理，是当前供电网络运维管控的关键任务。在配网规划、供电设施运维期间，需加强节能降损的有效性。为此，创建完整的配网运维机制，是降损管理的关键。此项工作具有一定持续性。针对当前线损管理规划的不足，分析其成因，给出相应的解决方案，以此逐步增强管理工作的全面性。制定严明的绩效考核方法，创建完整的奖惩规章要求，针对实测的线损问题，及时排查损耗点，给出止损处理。针对能效较低的设备，积极融合节能技术。加强管理体系的优化，明确各岗位的降耗职责，给出更明确的分工方案，全面落实内控工作。针对变压器、线路的损耗控制，制定完整的检修、巡检方法，分配专业的技术人员，严格依照管理规定，进行设备检修，消除管理不足。建立应急处理方法，以此积极应对突发损耗事件。

3.2.2 保持三相负荷相互平衡

三相在具体电网体系中，承载的负荷量，尚未处于平衡关系，由此增加了线损量，相应提高了配网电损量。对此问题，需融合节能技术，参照平衡理论，优化供电设备的运行体系。借助三相四线的技术内容，切实保持三相负荷的相互平衡性，积极排除各类潜在不确定因素，消除风险，顺应各类用户的电力需求，切实保持三相平衡。

3.2.3 合理设计电网运行方案

电网运行方案的设计质量，决定着电网运行的平稳性，关联于电网收益。针对供电单位，在电网配电生产期间，电压、线损两个参数处于反比关系。以配电网电压为控制方向，使其处于最佳状态，技术员需准确推算电网运行期间产生的负荷值。结合推算结果，给出母线电压的调整方案，以此最大程度地控制线损量。如果在相同电压层级、相同供电网络中，需使用合环运行体系，有效控制线损。在相同电压层级、不同供电网络中，需选择开环形式，减少线损量。供电单位需利用现代技术，精确调整电网运行参数。运行自动化技术，有效改进供电模式，精确调整供电半径。应对差异性负荷中心，选择具有差别性的供电方案，保持供电状态的可控性[2]。

4 给出电损与线损控制的实践过程：案例分析

4.1 项目概况

J 供电单位实际运行的电网设备共有421 个，不足10 kV 的配电装置，占比14.35%，实际供电线损量，高于售电量的2 倍，亟需进行线损整治，以此获取供电收益。

4.2 损耗情况

J 单位运行的不足10 kV 配电项目中，多数供电设备运行时间较长，有58.8%的设备处于“老旧”状态。此类设备运行期间，会出现线路泄漏问题。在J 单位的供电体系中，尚未进行无功补偿设计，由此增加了线损量。2018 年，全面更新了电网设备，至今仍有3.5%的用户，尚未完成设备更新，电损量日益增加。2019 年，使用线上平台测定供电损耗情况，理论损耗值为6.8%，0.4 kV 项目的线损达到了7.86%，10 kV项目的线损量为5.37%。测评结果与实际损耗相比略小。由此说明：J 单位当前的低压配电项目存在严重线损问题，亟需引入技术方案，节能控损[3]。

4.3 降损节能思路

线损率，是用于评价供电企业整体经营效果、技术管控质量的关键指标，能够反映供电单位的供电能力，具有供电企业技术、管理两项工作评价的综合性。供电单位以线损管控为核心目标，作为企业经营、技术战略的重要任务。配电网降损工作，需要以理论为基础条件，结合实际线损问题，加强总体问题、样本数据的整合，利用数据分析方法，全面梳理线损点位。结合J 单位的低压电网线损问题，首先需安装负载，其次测定线损量，加强高线损区域管控，建立多层次的降损技术体系。

4.4 降损节能的技术措施

4.4.1 线路治理

1）无功管理。应对J 单位的低压线损问题，需加强无功管理，以此改善电网运行能力。表2 是功率因数n1和无功功率n2的关系对应表。

表2 功率因数和无功功率的关系表

线损比例ΔP 无功调控的算法，如式（1）所示：

式中：ΔP 为线损比率。

表2 中，参数为功率因数n1和无功功率n2，表内数据是线损比率ΔP。

当线路功率因素保持均速增长状态，从初期的0.60 增加至0.80，相应的线损比率逐渐减小。以下是无功功率管理方法。其一，合理管控无功电压。参照J 单位电网的运行实况，引入全自动控制技术，加强电压控制。其二，电容器管理时，含有分闸、合闸两种方法。依照具体情况，VQC 能够作为系统电压的调控方法[4]。

2）计量管理。加强计量管理，使用电子设备，有效管控仪器损失。在J 供电区内，全面使用功耗不高、精度较高、线上数据汇总的各类智能设备，精确记录各类用电数据。使用专门的变压器，适当扩大导体截面规格，合理减少导体长度，以此保证变压器压降参数的规范性。加强重点数据测量，有效排除老旧电表，积极控制电损。

计量算法如式（2）—式（4）所示：

计量设备检查比例、计量设备轮换比例、校验达标率，均需达到100%。对于Ⅰ类、Ⅱ类两级计量设备的检验结果，达标比例≥98%，Ⅲ类仪表的达标比例≥95%。抄表算法如式（5）—式（8）所示：

实际抄表比例需尽量达到100%，抄表电量准确性的占比应＞99%。

4.4.2 降损效果

1）配电变压器的优化方法。变压器节约电量的算法，如式（8）所示：

式中：P1表示变压设备处于空载工况时产生的电损量，kW·h；P2表示空载损耗量，kW·h；表示短路工况时设备损耗量，kW·h；表示负载比例；t 表示年内设备运行的时间，可取固定值9 000 h。结合J 单位的配电网运行实况，更换了变压器型号，初期型号S7，更换后的型号为S11，导入相关变压器的参数，获取节能量ΔA 约为2 875.54 kW·h/a。

2）优化导线截面规格。J 单位优化导线截面参数时，将最初的导线截面90 mm2，增加至160 mm2，各类不足10 kV 项目的导线均有优化设计，以F16 类型的导线为例，计算其节能效果。算法如式（9）所示：

式中：I 表示F16 线路的年内负荷电流平均数，A；R1表示变压器更换之前的导线电阻参数，Ω；R2表示变压器更换之后的导线电阻参数，Ω。如果使用LGJ-I20 规格的导线，替换F16 导线，I 值取32 A，使用（9）式算得的节能结果为7.62 万kW·h，此结果是增加导线截面规格的节能量。

3）优化无功补偿。在增强无功补偿效果时，需参照平衡理念，在电网电压参数不高时，选择无功功率补偿形式，控制线损。电网运行期间，需划分无功补偿层级：给出补偿规划，合理改造目标电损较高的区域；使用运行平稳的电容器；控制供电线路的传输长度；给出有效的电网补偿。借助联合补偿形式，针对重要设备、功耗消耗的设备，逐一给出无功补偿。表3 是低于10 kV 配电项目中电容器的无功补偿方案[5]。