降低网损的技术措施

第二节 降低网损的技术措施一、提高用户的功率因数减小功率损耗在一条电阻为R 的输电线上，输送相同有功功率P ，对应于不同的功率因数， 产生的有功功率值不同。

若功率因数由1cos ϕ提高到2cos ϕ，则线路有功功率损耗下降率为212cos %[1()]100%cos L P ϕϕ∆=-⨯ 例如，当功率因数由0.7提高到0.9时，线路中功率损耗可减少39.5％。

提高用户的功率因数，首先应提高负荷的自然功率因数，其次是增设无功功率补偿装置。

1．提高负荷的自然功率因数负荷的自然功率因数是指未设置任何无功补偿设备时负荷自身的功率因数。

在电力系统负荷中，异步电动机占相当大比重，是系统中主要需要无功功率的负荷。

它所需无功功率可用下式表示220000()()()N N NP Q Q Q Q Q Q Q P β=+-=+- (7—1)式中P N ——异步电动机额定有功功率；Q 0——励磁无功功率；Q N ——异步电机额定负荷(P N )运行时异步电动机所需的无功功率； P ——电动机的机械负荷；β——电动机的受载系数。

由式(7—1)可见，异步电动机励磁无功功率Q 0与受载系数无关，而式中第二项则与受载系数的平方成正比。

在额定无功功率Q N 中，Q 0约占60％～70％，第二项无功功率只占少部分。

因此，随着受载系数的降低，异步电动机的功率因数相应降低。

若以Q 0=0.7Q N 计算，则β由1下降为0.5时，cos ϕ由0.7下降为0.54。

根据上面的分析，欲提高负荷的功率因数，首先在选择异步电动机容量时，应尽量接近它所带的机械负荷，避免“大马拉小车”的现象，即电动机长期处于轻负荷下运行，更应避免电动机空载运转。

另外，在可能的条件下，大容量的用户尽量使用同步电动机，并使其过激运行，向系统发出无功功率，从而提高负荷的功率因数；如果能对线绕式异步电动机转子绕组通以直流励磁，就可改作同步机运行。

此外，变压器也是电力网中消耗无功功率较多的设备，应合理地配置其容量。

这些皆为提高负荷自然功率因数的技术措施。

2．增设无功功率补偿装置设置无功功率补偿装置，即在变电站低压(6～10kV 或以下电压)母线上并联调相机或电容器，补偿负荷所需的部分或全部无功功率，以提高设置点用户的功率因数，从而减少网络中输送的无功功率以降低网损。

电力系统的无功功率补偿问题，前文中已从无功平衡、电压调整和经济运行三个不同的角度进行了讨论。

一般而言，这三个方面的要求不会相互矛盾，为满足无功平衡而设置的补偿容量，必有助于提高电压水平；为减少网络电压损耗而增添的无功补偿，也必然会降低网损。

设置无功补偿应综合考虑以下原则：首先，按正常电压水平下满足无功功率平衡的要求，确定补偿容量；若满足调压要求还需增加无功补偿容量时，就按所需最大容量设置；在确定总补偿容量后，再以调压要求为约束条件，按经济原则在各补偿节点进行分配。

二、改变电力网的运行方式（环网的经济功率分布)在环形网络或两端电压相等的两端供电网络中，功率的分布取决于各线段的阻抗。

在图7—2所示的环形网络中有~**~*~3321***312()b c S Z Z S Z S Z Z Z ++=++这种没有外施任何调节和控制手段的功率分布称功率的自然分布。

但通常这种自然功率分布不能使网络的有功损耗最小。

下面推导网络有功损耗最小时的功率分布。

图7—2所示网络的有功损耗为222312123222222222111111123222()()()()N N NN N N b b b c b c S S S P R R R U U U P P Q Q P P P Q Q Q P Q R R R U U U ∑∆=++-+-+-++-+=++电网中有功功率损耗最小的条件为1100P P P Q ∑∑∂∆=∂∂∆=∂于是有：11121321111213212[()()]02[()()]0N N b b c b b c P PR P P R P P P R P U P Q R Q Q R Q Q Q R Q U ∑∑∂∆=+-++-=∂∂∆=+-++-=∂解上列方程，可得电网内有功损耗最小时的功率分布为23311232331123()()b c b c P R R P R P R R R Q R R Q R Q R R R ++=++++=++ 合并表示为 ~~~2331123()b c S R R S R S R R R ++=++ 式(7—3)说明，当环网内功率按各段电阻分布时，电网内有功功率损耗最小。

这样的功率分布，称为经济功率分布。

容易证明，对于纯电阻网络或各线段的X/R 比值相等的均一网络，功率的自然分布即为有功损耗最小的经济分布；而对于非均一网络，各线段不均一性越大，则功率损耗增加也越大。

但是，可以采取以下措施，将非均一网络自然功率分布变为经济分布，以减少电网功率损耗。

采用这些措施的前提是。

必须对实际的经济效果以及运行中可能产生的技术问题进行全面论证。

(1)在环形网络中，装设混合型加压调压变压器(也称纵横调压变压器)，产生附加电动势及相应的循环功率，如图7—3所示。

适当调节附加电动势的大小和 相位，可使功率分布接近于经济分布。

(2)在两端供电网络中，调整两端电源电压，改变循环功率的大小，可使功率分布等于或接近于功率损耗最小的分布。

(3)在网络中对X ／R 比值特别大的线段，进行串联电容器补偿，以改善网络的不均一性。

(4)当以限制短路电流或满足继电保护动作选择性要求为目的，而选择环网开环运行点时，开环地点应尽可能兼顾到使开环后的功率分布产生的功率损耗最小。

三、适当提高高压电力网的运行电压水平电力网运行时，线路和变压器等电气设备的绝缘所容许的最高工作电压，一般不超过额定电压的10％。

在不超过上述规定的条件下，应尽量提高电网运行电压水平，以降低功率损耗和电能损耗。

变压器在额定电压附近时，其铁芯损耗大致与电压平方成正比。

如果提高电力网的运行电压，最好相应地改变变压器的分接头。

因为当加在变压器的电压高于变压器分接头的额定电压时，虽然变压器绕组中的铜损减小了，但由于电压的增加，使得变压器磁通密度增加，铁损也相应地增加了，这就降低了节约的效果。

通常，对于变压器的铁损在网络总损耗中所占比重小于50％的电力网，适当提高电力网的运行电压可以降低网损。

电压在35kV 及以上的电力网基本上属于这种情况。

对于变压器铁损所占比重大于50％的电力网，情况正好相反，此时宜适当降低运行电压。

特别是6～10kV 的农村配电网络，变压器铁损在配电网总损耗中所占比重可能高达60％～80％。

这是因为小容量变压器的空载电流较大，农村电力用户的负荷率又比较低，变压器有许多时间处于轻载状态。

必须指出，无论对哪一类电力网，为了经济目的提高或降低运行电压水平时，都应将电压限制在允许的电压偏移范围内。

四、变压器的经济运行变压器的经济运行主要是指合理选择变压器容量，合理选择变压器的台数等。

为了提高供电的可靠性，变电站通常安装两台同容量的变压器，当然对于一些枢纽变电站也有的安装多台不同容量的变压器。

在装有两台或以上变压器的变电站中，根据负荷的变化适当改变投入运行变压器的台数，可以减少功率损耗。

当n 台同容量、同型号的变压器并联运行时，总的功率损耗为 2()0()Nk T n P S P n P n S ∆∆=∆+ 式中△P 0——变压器的空载损耗；△P k ——变压器的短路损耗； S N ——变压器的额定容量。

当n-1台变压器并联运行时，总的功率损耗为2(1)0(1)()(1)Nk T n P S P n P n S -∆∆=-∆+- 由上式可见，变压器铁芯损耗与台数成正比，绕组损耗却与台数成反比。

当变压器轻载运行时，绕组损耗所占比重相对减小，铁芯损耗的比重相对增大。

在某一负荷下，减少运行变压器的台数，就能降低总功率损耗。

当()(1)T n T n P P -∆=∆时，n 台变压器并联运行与n-1台变压器并联运行时有功损耗相等。

此时变电站的负荷功率，称为临界功率，即cr N S S = 由图7—4可见，当cr S S >时，宜投入n 台变压器并联运行；cr S S <时，可减少为n-1台并联运行。

必须指出，实际运行中也不能完全按上述临界负荷投切变压器。

比如，对于一昼夜内有多次大幅度变化负荷的情况，若断路器频繁操作，须增加检修次数，反而 对系统安全运行带来危害。

只有对低负荷且持续时间较长(如季节性变化)的负荷，按上述原则投切变压器才有经济意义。

此外，当变电站仅有两台变压器，在轻负荷按经济原则可切除一台时，必须有相应的措施保证供电的可靠性。

对于型号、容量不同的变压器并联运行情况，仍可求出一个临界负荷值，并适当地减少并联运行的台数，降低总功率损耗。

五、调整用户的负荷曲线在某一时段内，用户的用电量给定的情况下，调整负荷曲线，减小高峰负荷与低谷负荷的差值，可降低电能损耗。

用户的负荷曲线越平稳，网络中电能损耗越小。

六、合理安排检修对网络设备进行检修，往往改变了并联运行的方式及网络中的功率分布，从而使检修期间功率损耗和电能损耗增大。

因此，要合理安排检修计划，尽可能降低检修期间的网络损耗。

例如，配合工业用户的设备检修，或利用节假日进行输配电设备的检修，缩短检修时间，以及采用带电作业等。

七、对原有电网进行技术改造随着工业生产和城市生活用电的不断增长，配电网络的负荷越来越重，负荷密度也越来越大，不仅难以保证电压质量，而且造成电能损耗增大。

旧电网的升压改造，对降低网损效果极佳。

因为，当线路的导线截面积一定，负荷功率不变时，线路上的功率损耗与电压平方成反比，电压提高到原来的3倍，功率损耗便降低为原来的1／9。

由于年电能损耗费的减少，几年内就可以收回电网改造的投资。

(1)旧电网升压改造。

将3～6kV 电网升压改造为10kV 电网；10kV 电网改造为35kV 电网；35kV 电网改造为110kV 电网等。

(2)在改建旧电网时，将110kV 或220kV 的高电压直接引入负荷中心，简化网络结构，加强主干网架，减少变电层次，使输电网结构合理，运行灵活。

这不仅能大量降低网损，而且是适应电力市场竞争需要，扩大供电能力，提高供电可靠性和改善电能质量的有效措施。

(3)对于某些负荷特别重，最大负荷利用小时数又较高的线路，应按经济电流密度校验其截面积。

如果导线截面积过小，应考虑予以更换，以降低电能损耗。