对输配电线路线损的差异及降损的策略探讨 宋文红

对输配电线路线损的差异及降损的策略探讨

摘要：在本文中，笔者主要采取提出问题、解决问题的论述方法，首先分别阐述了高压交流输电、高压直流输电线路损耗的来源和影响因素，进而，将两者进行对比，在这个基础上提出降损的策略，以供参考。

关键词：输电损耗；策略

引言

高压直流输电系统以其输送距离长、输送容量大、损耗小、异步联网等特点在国内得到了越来越多的应用。⋯因此，相比于交流输电，直流输电的优势逐渐成为研究的重点。下面重点对比交流输电和直流输电在输电线路上的损耗，提出降低线损的策略，定性评估这些策略产生的效果。

1高压交流输电线路损耗

交流输电损耗主要来自于线路上的趋肤效应、电晕放电和无功损耗。

架空交流线路三相有功、无功损耗分别为、

（1）

（2）

式中：——相导线的电阻，；

——相导线的电抗；

——月用有功电量，；

——额定线电压，；

——线路的力率值；

——线路运行时间，。

在交变电流的作用下，导线和大地的电流会出现表面集中的现象，也就是趋肤效应，而且交变电流的频率越高，趋肤效应越明显，电流就越集中在靠近导线

外侧的一个薄层内。趋肤效应使导体通过电流时的有效截面积减小，有效电阻变大。导线电阻的增加使它的损耗功率增加。电力系统高压及超高压输电线路导线上发生电晕，会引起电晕功率损失。输电线路电晕放电影响因素分为两类：一类为输电线路本身特性的影响，输电线路电压越高，电晕放电越强；导线直径越大，表面光洁度越高，电晕放电越弱。另一类为输电线路外部环境的影响，空气污染越严重，空气密度越小、湿度越大，电晕放电越强( 。由于线路内自感和外自感作用，随着交流电流的充放电，具有一定电压的输电线路会因为交流空间电磁波传输和大地影响，交流线路与大地将形成空间电容，引起线路的电压相位变化；同时，电感与电容会有一定的滤波效果，造成交流电流的高频损失，影响输电质量。

2高压直流输电线路损耗

直流输电损耗主要包括换流站损耗、直流线路损耗和接地极系统损耗，正常情况下，前两项损耗占绝大部分比重[4t，这里主要讨论直流线路损耗。直流线路损耗包括电阻损耗、电晕损耗和绝缘介质损耗。直流输电线路损耗主要都是电阻损耗，不包括电晕损耗时的线损率[51：

（3）

由于，式(3)可简化成：

式中：e——输电线路的线损率，％；

U——单极额定电压，kV；

I——额定电流，A；

P——额定功率，kW；

r 输电线路电阻，／km：

L——输电线长度 km：

L——损耗小时数，h；

t一一最大负荷利用小时数，h；

D——导线电流密度，A/m㎡；

S——导线截面积，mm 。

由式(3)可知，直流输电线的线损率(不包括电晕损失)与送电距离和导线电流密度成正比，与电压(单极电压)成反比。如果电压一定，输电线的线损率与送电距离和导线电流密度的关系就是线性关系，直流输电线路的线损率与输送功率有直接关系，输送功率越大，其线损功率也越大。直流输电线路各极是独立的，有极性效应，因而有正负极性、单极电晕、同极电晕和双极电晕的分类目。中国国家电力公司电力科学研究院曾对500kV直流线路进行实测，测得线路电晕损耗正极为3．1W／m，负极为3．6W／m。绝缘介质损耗所占线损总量的比重较小，一般忽略不计。另外，在不同运行方式下，直流输电系统有不同的电阻值和电压值，线路损耗也不同，按损耗大小从小到大排序为双极线并联运行、大地回线运行、金属回线运行。

3高压交流、直流输电线路损耗对比

交流、直流输电线路损耗均包括输电线电阻热损耗和电晕损耗。直流输电线路的“空间电荷效应”使其电晕损耗比交流输电线路小，直流输电线路有极性效应，受气候条件的影响比交流输电线路的电晕损耗小；直流输电线路只用2根导线，相应线路电阻较小，没有趋肤效应，导线的截面利用充分，输电线上的电阻损耗比交流输电小：直流输电线路没有感抗和容抗的无功损耗，直流线路稳态时无电容电流，沿线电压分布平稳：直流输电线路具有经济性，一回直流线路(2根导线)输电功率可以达到3000MW，而一回交流线路(3根导线)的输电能力只能达到IO00MW左右。

4 降低输电损耗策略及经济性分析

4．1 交流输电线路

对于交流输电线路，损耗主要来自趋肤效应和电晕放电，无功损耗也是重要的部分，为了降低输电线路损耗，可以采取以下措施：(1)减弱趋肤效应。可以使用多股相互绝缘的细导线编织成束，代替同样截面积的粗导线，交变磁场会在导体内部引起涡流，电流在导体横截面上的分布不再是均匀的，此时电流主要集中到导体表面，使等效的电阻减小，减少输电线路损耗。

(2)减少电晕放电。导线起晕电压随着导线分裂数和子导线半径增大而增大，应尽量选择足够的导线截面积或采用分裂导线降低导线表面电场，避免发生电晕，降低线路损耗。同时，采用分裂导线还可以减少线路电感，减少无功功率的损耗。

(3)改善无功功率分布。尽可能在提高功率因素和有功功率合理分

配的同时做到无功功率合理分布。可以增设无功补偿装置，提高负荷的功率因数；合理配置无功补偿装置，改善无功潮流的分布，降低有功损耗和电压损耗，同时减少发电机送出的无功功率和变压器传输的无功功率通过线路，使线损大大降低。我省电网10KV交流输电线路线损率变化幅度在全部电压等级线损率中最大，管理的难度和复杂性是其它电压等级所不可比拟的。因此，电网可采取以下降损措施：

(1)低压线路导线直径小，老化严重，每年区域负荷按15％增长，原线路长期过载及蜘蛛网式的接线，无法满足负荷、电压质量和可靠性的要求；长期过载和漏电增加了线损电量。增大导线截面积，实际是改变线路阻抗，实现降低阻抗、减小损失。增大10KV线路导线截面面积，对降损有很大作用。

(2)提高功率因数，合理进行无功补偿。根据电网的实际情况，从供电质量、经济效益等多方面考虑，进行分析论证，确定电网的经济功率因数水平。按经济功率因数配补偿设备，优先采用分散补偿，即就地补偿，以期达到较好的经济效益。

(3)改善电网结构，减少迂回供电，降低损耗。电网结构不合理会产生迂回供电，尤其是配电线路多且较复杂，如果规划不好，迂回供电现象就很难避免。

(4)调整三相负荷，使不平衡度降低。

4．2直流输电线路

对于直流输电线路，损耗主要来自电阻损耗，可采取的措施如下：

(1)提高直流输电电压，控制线损。当导线电流密度为定值(1A/m㎡)时，直流输电电压越高，线损率越小，而且送电距离越长，差别越大，可以通过提高电压等级来降低输电线路损耗。

(2)降低导线电流密度减少线损。当送电距离一定时，电流密度越小，架空线的线损就越小，线损率与电流密度成正比；当架空线的线损率一定时，电流密度越小，送电距离就越长，送电距离与电流密度成反比。因而，适当降低导线电流密度可以达到降低线损的目的。

(3)改变直流系统的运行方式。由以上分析可知，双极线并联运行方式的线路损耗是最小的，故可以尽可能的采用这种运行方式。

4.3经济性分析

采取上述措施必然对减少输电线路损耗有一定的积极作用，但带来的代价是不容忽视的。例如，采用分裂导线，其材料和加工方面的投资会相应增加；当导线分裂数增大至一定程度时，减少线路电阻、提高电晕起始电压能力的增加已不太明显；提高电压等级时，必须考虑的还有相应设备的绝缘性能以及运行性能，在这批设施上的投资是相当巨大的；增加线路的无功补偿，也要付出增加相应设备投资的代价。