配电系统节能技术

电力系统是由发电厂、输电线路、变电站、配电线路、配电所及电力用户组成的一个整体系统。

配电网与输变电设备的分界点：是最后一级降压变电站的二次侧母线；与电力用户的分界点：是用户受电电压的进户线或第一个进线断开点；对于采用专线供电的电力大用户，其投资的专用电力线路及其以下的电力设施，均属于用电设备。

高压配网：110（66）kV、35kV。

中压配网：10（20）kV。

低压配网：380/220kV配电网损耗：电能沿线路传输时产生电压损耗、功率损耗（有功和无功）和电能损耗。

电能损耗包括：固定损耗、变动（可变）损耗和其他损耗（管理损耗）。

可变损耗指的是消耗在电力线路和电力变压器电阻上的电量, 该部分损耗与传输功率(或电流) 的平方成正比。

固定损耗指的是产生在电力线路和变压器的等值并联电导上的损耗, 对配电网而言主要包括电力变压器的铁损,电力电缆和电容器的绝缘介质损耗, 绝缘子的泄漏损耗等。

固定损耗和可变损耗可以通过理论计算得出, 故常将其称为理论线损。

线损电量的百分数（简称线损率）是供电企业一项主要技术经济指标。

供电质量：是电力产品的一项特征量，包括电能质量、供电可靠率。

电压质量是电能质量的一项重要指标，主要为供电电压偏差。

描述电能的参数：电流、相位角、电压、频率。

其中电流和相位角取决于负荷的大小和性质，电压和频率取决于电源。

频率反映发电机组出力与用户的有功负荷是否平衡。

电压反映发电机组发出的无功出力与用户无功负荷是否平衡。

搞好负荷预测。

人均综合用电量指标是衡量一个国家或城乡经济发达程度的一项重要参数，也是编制城乡电力总体规划，校核城乡远期用电量预测水平和宏观控制远期电力发展规模的重要指标。

编制电力建设规划，应以城乡用电量负荷预测水平作为依据。

城乡电力规划应坚持“分层分区”原则：分层，按电压等级分层；分区，在各电压等级层面，按行政区划和负荷和电源的地理分布来划分一个或若干个供电区。

容载比：是配电网变电容量（kVA）在满足供电可靠性基础上与对应的负荷（kW）之比值。

它反映了配电网供电能力，是宏观控制变电总容量的重要技术经济指标，也是规划设计时布点安排变电容量的依据。

容载比过大：建设早期投资过大，不经济；容载比过小：电网适应性差，造成供电卡脖子，影响供电安全。

容载比 220kV:1.6~1.9;35~110kV:1.8~2.1;农村电网的容载比可以适当低一些。

规划编写必须遵循的原则：1）分层平衡原则：即不同电压层级之间的无功交换应控制在合理水平，2）分区平衡原则：及不同供电区域间的无功交换应控制在合理水平，应使本地无功需求和发电厂及无功补偿设备无功出力之间相平衡，减少区域间的无功交换。

3）无功不倒送。

小负荷方式下应避免低压电网通过变压器向高压电网倒送无功电力，如有必要可考虑适当投入低压电抗器。

电力用户和公用配电变压器装设的各种无功补偿设备应能按照无功需求及时调整无功出力，防止向系统倒送无功电力。

4）功率因数满足要求。

110、220kV变压器高压母线侧功率因数>=0.95；10kV配电变压器低压侧功率因数应为0.98~1。

用户侧装设可投切电容器后，低压母线功率因数不低于0.95。

5）电压偏差满足要求。

6）各电压等级电网理论线损应适当降低。

导线载流量是电力线路计算传输容量的重要参数，它表示在允许使用温度下，导线长期连续可以通过的电流。

导线载流量太高，导线发热就严重，导线的机械强度损失加大，导线使用寿命会降低；导线载流量太小，导线资源得不到有效利用，造成资源的浪费和运营成本提高。

如何选择导线和电缆截面：满足工作电压要求，还应根据长期允许载流量、短路时热稳定性、经济电流密度、机械强度和允许电压降几项条件进行计算，各项均能满足的即为所选截面。

配电网拓扑结构分为三类：辐射式、环网式、网格式。

手拉手及环网供电线路：是将辐射状线路分段并通过联络断路器接成双电源互供联络线路。

缺点：断路器和线路都需要考虑线路全部负荷互供，线径较粗，投资较大，线路利用率低。

优点：结构简单，布置形式灵活。

目前我国电力系统中性点接地方式有：220kV、110kV及380/220V系统均为中性点直接接地；35kV采用经消弧线圈接地（当架空线路长度大于80km时）。

10kV采用中性点不接地（电容电流<=10A）、经消弧线圈接地、经电阻（用于全电缆系统）或电抗器接地等多种方式。

1、中性点不接地方式优点：可靠性高，单相故障时，由于接地故障电流很小电弧瞬间自行熄灭，且允许2h内带故障运行，避免了过多跳闸现象；接地故障电流小，使人跨步电压和接触电压都较低，人身伤亡低。

对通信干扰少。

缺点：在电缆线路中，单相接地的电容电流可能会高达数百安，造成接地电弧不易熄灭而引起过电压；非故障相对地电位升高到线电压，对电信线路和通信设备产生电磁感应干扰和危险影响。

2、中性点直接接地优点：减小中性点对地电位的位移，减少整个电网因过电压而损坏的机会，减少额外的电网绝缘水平投资；发生故障接地时能迅速切除故障，提高安全性；简化继电保护，快速检测接地故障线路，隔离故障。

缺点：单相接地时，故障相产生较大的故障电流，较大的接地故障电流将会对电气设备造成严重的损坏，对邻近电信线路和通信设备产生危险的电磁感应影响。

电压可能降为0，而非故障相由于中性点漂移对地电压将升高，在接地装置上产生高电位，经过地下的直接传导，导致对地低压设备及电信设备高电位危险运行。

另外，在架空线上，如工作人员误登杆、误碰带点道题，生存希望极小。

5、中性点经消弧线圈接地对于电容电流大于10A的系统，一般采用自动跟踪补偿的消弧线圈接地方式。

这种方式除具有不接地系统的优点外，因接入的消弧线圈产生的感性电流补偿故障点的电容电流，总的电容电流减少，提高了灭弧能力。

《电力系统无功补偿配置技术原则》规定，对于需要集中补偿的按无功经济当量来选择补偿点和补偿容量；对于提高输变电力率的，按经济功率因数进行补偿；对于一个电网无功补偿分配是否合理，电能损耗是否最小，按等网损微增率进行无功补偿；对于提高用户受电力率的，按规定的功率因数进行无功补偿；对于电压电网可按电压、力率、损耗等综合因素进行无功补偿。

第二章配电网的运行方式：（1）典型正常电气运行方式（2）配电网中大负荷用户与重要用户运行方式（3）配电网的重要检修方式（4）配电网的节假日保电方式等根据负荷对中断供电时间的要求，可分别选择下列应急电源：A)允许中断供电时间为15s以上时，可选用快速自起动柴油发电机，并设置与市电自动切换的装置，有防止与市电并联的措施。

B)双电源自动切换装置的动作时间，能满足负荷对中断供电时间的要求时，可选用带自动投入装置的独立于正常电源的供电回路。

C)允许中断供电时间仅为毫秒级的负荷，可选用各类可靠的不间断供电装置。

对10kV线路末端允许电压降不超过5%，对400V线路允许末端电压降不超过7%。

国家有关配电线路供电半径的规定1),380V不大于0.5km（220V农村照明控制在1km以内）2),10kV不大于15km。

3),35kV不大于40km配电网经济运行的基本原则：在保证电力系统安全可靠运行和电能质量负荷标准的前提下，尽量提高电能生产和输送的效率。

不可变变压器损耗△P0在电网运行电压提高，变压器分接头作相应调整后，可接近不变。

而可变损耗变压器铜损及线路损耗之和△P K+△P L与电网的运行电压成反比。

当△P K+△P L占电网总损耗的比例大于50%时，适当提高配电系统节能技术电网运行电压可明显降低电网损耗。

当不可变损耗占总损耗的比例大于50%时，应适当降低电网运行电压，才能降低电网损耗。

由于变压器供电负荷较大，电网可变损耗占的比例一般大于50%临界功率:n台并联运行的变压器的总损耗与n-1台并联运行的变压器的总损耗相等时，变电站的总负荷功率GB/T 15543-1995《三相电压允许不平衡度》规定:电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2%，同时规定了短时的不平衡度不得超过4%。

其短时允许值的概念是指任何时刻均不能超过限制值，以保证继电保护和自动装置的正确动作。

对接入公共连接点的每个用户引起该点正常电压不平衡度允许值一般为1.3%。

造成三相电压不平衡的原因除了三相负荷不平衡外，还包括：1.单相接地引起的三相电压不平衡; 2.断线引起的三相电压不平衡; 3.谐振引起的三相电压不平衡;《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》明确要求各级电网企业、并网运行的发电企业和电力用户配置无功补偿装置的基本原则是：各级电网应避免通过输电线路远距离输送无功电力，应能保证在系统有功负荷高峰和负荷低谷运行方式下，分（电压）层分（供电）区的无功平衡。

分层无功平衡的重点是220kV及以上电压等级层面的无功平衡，分区就地平衡的重点是110kV及以下配电系统的无功平衡。

《技术原则》规定：500（330）kV变电站补偿规定为10%~20%。

220kV：10%~25%。

35~110kV：10%~30%。

配电网（10kV)变电站补偿为20%~40%。

在电力系统中，什么地方需要无功就在什么地方补偿；什么时候需要无功就什么时候进行补偿；电网或电力用户需要多少无功就补偿多少无功，这种“随时、随地、随需要”的无功补偿做法，就叫无功就地平衡。

无功补偿的基本原则是无功就地平衡，分层平衡、分区平衡。

无功补偿的基本方式是分散补偿、集中补偿、以及分散补偿和集中补偿相结合。

电网无功补偿的作用是：通过无功功率的就地(分层)平衡，提高电压质量，降低线路损失，提高输电效率，提高电网的稳定水平，保证发电与用电双方在电网中顺利进行电能交易。

电力用户应根据其负荷特点，合理配置无功补偿装置，并达到以下要求：100kVA及以上高压供电的电力用户，在用户高峰负荷时变压器高压侧功率因数不宜低于0.95；其他电力用户，功率因数不宜低于0.90。

同步调相机主要应用于下列情况：(1)对于较弱的受端系统，在传送大容量电力的超高压长距离线路的中途，装设同步调相机做并联补偿，以提供动态无功支持，是提高送电容量和稳定水平的有效措施。

（2）装在弱受电端系统中，提供强大的短路电流以对受端电压提供支持，提高接受远方大容量电源输送电力的能力。

（3）高压直流输电出现后，为了保证较弱的受电侧能提供足够的短路电流，也需要在交流受电侧装设足够容量的同步调相机。

为什么分接头调节必须与投切输电网并联电容器或并联电抗器相配合？带可调分接头的有载调压变压器时各电压等级电压的电力系统中控制电压的重要手段，运行于不同电压等级的自耦变压器或三绕组、两绕组电力变压器，通常装有有载调压分接头装置，它们可自动控制，也可手动控制。

调节主变压器高压侧的分接头，是为了调节低压侧的电压，支持低一级电压网络的电容器组和线路充电，并减小低一级电压网络的无功损耗。