电力电网经济运行技术措施

要害词：电网；经济运行；合解环；并解列

从1998年开始，国家投巨资进行城农网改造，近两年又加快了主网架的建设，使得电网结构日趋合理，作为电力企业，要最大限度地在保证安全、可靠、优质供电的基础上，达到经济运行的目的。

1 电网的改造和发展

几年来，巴彦淖尔电业局采取了调整不合理的网络结构，架设新的输配电线路，加大或更换导线截面，采用低损耗变压器。等措施，使巴彦淖尔地区先后新增杭临II回、临新、五新、西苏、隆苏、隆羊、磴纳、隆西等110kV输电线路，更换几百公里的配电线路。新上临河东郊2#、五原1#、西山嘴2#、磴口1#、苏独仑1#等节能型变压器，更换近2500台配变为S9、S11型节能配电变压器。

电网升压，增设220kV输变电设备，简化电压等级和变电层次，减少重复的变电容量。

巴彦淖尔地区近几年又先后投运了临河东郊220kV、隆兴昌220kV变电站，而沙德格220kV变电站也即将投运。原有的临河、杭后、五原、东升庙等35kV变电站先后退出运行。

220kV或110kV电压直接引入负荷中心，这不但提高了供电能力，提高了电压质量，保证了供电可靠性，同时也满足了降低损耗的要求。

2 电力网的经济运行

2.1 合理确定环网的运行方式

环形电网是合环还是开环运行以及在哪一点开环，是与电力网的安全、可靠和经济运行有关的复杂问题。从增强供电可靠性和提高供电经济性出发，应当采用合环方式运行，但是由于合环会导致继电保护的的复杂化，它对供电可靠性又有一定影响。从降低线损的观点来看，在均一网络中，同一电压等级的环网，功率分布与各段电阻成反比，即功率经济分布，这时，合环运行可取得很好的效果。在非均一程度较大的网络中，即各段R/X相差较大或通过变压器电磁环网，功率按阻抗反比分布（即功率按自然分布）。这时，只要负荷调整适当，开环运行对降损将是有利的，同时也使继电保护简单化。有时，可以在非均一环网中加上串联电容器、纵向或横向调压变压器以强制实现有功和无功功率的经济分布。但是由于这种情况需要增加投资，对此应当进行经济技术比较。

以巴彦淖尔地区电网中，临东（220kV变）-临西（110kV变）-杭后（110kV变）可构成环网运行方式，为例我们取月电量平均负荷作为计算数据进行分析计算。环网结构见图1。

杭后变110kV母线负荷为34+j14MVA；临西变110kV母线负荷为16+j5MVA；两变电站110kV母线电压为116kV。

开环运行：临杭I回停运时，应用辐射形网络潮流分布计算公式可得：

联络线末端功率：P+jQ=16+j4.7(计及线路充电功率)

联络线功率损耗：ΔP+jΔQ=(R+jX)(P²+Q²)/U²=0.067+j0.133MVA

临杭II回末端功率为：34+j13.4(计及线路充电功率)

临杭II回功率损耗为：0.56+j1.35MVA

两条线路总功率损耗为：0.627+j1.483MVA

闭环运行（临东-临西-杭后构成三角环）时，杭后变计算负荷为：34+j12.9（MVA）；临西变计算负荷为：16+j4.2（MVA）。

应用环式网络中的功率分布计算得：

S₁₂=25.82+j7.56MVA

S₄₃=24.18+j9.45MVA

S₂₃=S₁₂-S₂=9.82+j3.45MVA

联络线功率损耗为：0.198+j0.4141MVA

临杭II回功率损耗为：0.28+j0.674MVA

临杭I回功率损耗为：0.053+j0.103MVA

三条线路总功率损耗为：0.531+j1.191MVA

因而线路总功率损耗减少了：0.096+j0.292MVA，所以采用闭环运行比开环运行更加经济。

2.2 变压器要经济运行

系统中变压器的台数多，变压器的损耗电量占全系统总线损的30%～60%，因此降低变压器的损耗是又一个重要课题。

下面就两台中的单台、并列两种不同运行方式对降损的影响做分析，不考虑无功功率损耗所引起的有功功率损耗。

2.2.1 双绕组变压器的单台、并列运行

单台运行的有功功率损耗：

ΔP=P₀+(S/S_N)²P_K

两台并列运行的有功功率损耗：

并联变压器组，要求有相同的电压比，相同的接线组别，和基本相同的百分阻抗。

当总负荷为S时，两台并列变压器的总损耗为

ΔP_∑=P₀₁+P₀₂+(S₁/S_N1)²P_K1+(S₂/S_N2)²P_K2

因为负荷按容量成正比分配，所以

S₁/S_N1=S₂/S_N2=(S₁+S₂)/(S_N1+S_N2)=S/∑S_N

ΔP_∑=∑P₀+(S/∑S_N)²∑P_K

两台双绕组变压器一般安排三种运行方式，对应有三条ΔP=f(S)有限长曲线。三曲线两两之间的交点处总功率损耗相同，我们称相交点负荷为临界负荷S_ij，即

∑P_0i+(S_ij/∑S_Ni)²∑P_Ki=∑P_0j+(S_ij/∑S_Nj)²∑P_Kj

整理得

S_ij=((∑P_0j-∑P_0i)/(∑P_Ki/∑S_Ni²-∑P_Kj/∑S_Nj²))^1/2

式中∑P_0i、∑P_0j、∑P_Ki、∑P_Kj、∑_Si、∑_Sj——i、j两种方式下的变压器总空载损耗、总额定短路损耗和总额定容量。

对不同型号的变压器并列运行，需要把三种方式下的空载损耗和临界负荷列成表格形式，再选择出当负荷变化时最经济的运行方式。

2.2.2 示例

如临西变有两台能够并列运行的双绕组变压器，有关参数数据见表1。

表1 临西变电站变压器参数表

可以求得每种运行方式之间的临界负荷值（kVA）。

负荷在5956kVA以下时，启运1#变；

负荷在5956～19963kVA时，启运2#变；

负荷在19963kVA以上时，启运1#变、2#变。

依此例，可推广应用于地区所有双绕组双主变的变电站和双配变的配电室。

2.2.3 三绕组变压器的单台、并列运行

对三绕组变压器，仍然可以按损耗最小的原则确定其临界负荷。这时临界负荷确定比双绕组变压器要复杂。一般来说，它取决于流经各绕组的视在功率。

按上式由i种方式过度到j种方式时，并列三绕组的临界负荷应当满足：

∑P_0i+(S_Ni/∑S_Ni)²∑P_K1i+(S_2ij/∑S_Ni)²∑P_K2i+(S_3ij/∑S_Ni)²∑P_K3i

=∑P_0j+(S_1ij/∑S_Nj)²∑P_K1j+(S_2ij/∑S_Nj)²∑P_K2j+(S_3ij/∑S_Nj)²∑P_K3j

式中∑S_Ni、∑S_Nj、∑P_0i、∑P_0j——i、j两种方式下的变压器额定容量总和与额定空载损耗之和。

∑P_K1i、∑P_K2i、∑P_K3i和∑P_K1j、∑P_K2j、∑P_K3j——i、j两种方式下的三侧额定短路损耗之和。

S_1ij、S_2ij、S_3ij——变压器高、中、低压侧的临界负荷值（kVA）。

上式移项整理得

(∑P_K1i/∑S_Ni²-∑P_K1j/∑S_Nj²)S_1ij²+(∑P_K2i/∑S_Ni²-∑P_K2j/∑S_Nj²)S_2ij²+(∑P_K3i/∑S_Ni²-∑P_K3j/∑S_Nj²)S_3ij²

=∑P_0j-∑P_0i

可见，三绕组变压器并列运行的临界负荷值并非一个固定值，而是以它的三侧负荷为坐标的一个空间椭球曲面。它的经济运行区域是由几个面及其相交点确定，实际分析较为复杂。

当忽略变压器本身损耗，且三侧功率因数相差不大的情况下，有

S_1ij=S_2ij+S_3ij

这里以高压侧“1”作为电源侧，令，S2_ij=aS_1ij

式中a——高压侧和中压侧之间的负荷分配系数，从变电站表计记录的数据中可求得。

2.2.4 示例

如巴彦淖尔地区的大佘太变电站，每年5～7月份为农灌用电高峰期，其余时间均为普通工业和民用照明用电，季节性较强，全年三侧负荷的功率因数几乎同起同落相差不大，中压侧35kV负荷约占总负荷的45%。

两台主变各侧额定短路损耗见表2，计算用系数见表3。

表2 大佘太变电站主变压器损耗表

表3 大佘太变电站计算用系数表

负荷在5753kVA以下时，启运1#变；

负荷在5753～20494kVA时，启运2#变；

负荷在20494kVA以上时，启运1#变与2#变。

具有此负荷特点的三绕组双主变变电站，其经济运行可参照此例进行分析计算。

2.3 无功功率要合理分布

在内蒙中调对呼包系统、乌海地区电厂的有功出力做到有功功率经济分配的同时，巴彦淖尔地区系统要按照购电成本最低，线损最低的原则，灵活调度区域内五个小型电站的有功出力，同时避免其无功功率远距离输送。

对于装设于各变电站的集中无功补偿设备要在保证电压质量的前提下，尽可能投运，但要避免过补偿而威胁系统安全。对于装设于配线及配变的补偿设备应合理调整，提高功率因数，降低线损，同时也应保证供电电压的质量。

2.4 电网运行电压要合理

电网的运行电压对电网元件的空载损耗、负载损耗和电晕损耗均有影响，当负荷不变时，电压提高，与电压成反比的负载损耗将减少。在额定电压四周，当变压器的分接头位置不变时，电压提高，变压器的空载损耗将增加。至于电晕损耗，它不仅与运行电压有关，而且与气象条件及电网电压等级等因素有关。

超高压线路，由于电晕损耗相当可观，因此，对超高压线路运行电压的高低问题值得专门研究。

35～220kV输电网中，负载损耗约占总损耗的80%左右，因此适当提高电网的电压水平可以降低线损，其大致关系见表4。

表4 电压与损耗变化关系表

6～10kV配网中，变压器的空载损耗占总损耗的40%～80%，非凡是配电线路在深夜运行时，因负荷低，所以运行电压较高，造成空载损耗比例更大。对于农电线路在非排灌季节的情况更是如此。所以对于配电线路片面强调提高运行电压是不合理的。有载调压与补偿电容器相配合，可以收到很好的降损效果。

2.5 调整负荷曲线，平衡三相负荷

负荷的变化幅度大，这不仅需要比较大的发供电设备，而且也使线损增加。在供电量相同的情况下线损增大。因此，调整负荷是降损节能的重要环节。

应当注重做好整个电网调整负荷工作，也要做好每条线路、每台变压器，以及每段线路的调整负荷工作。

三相电流不平衡，除了影响变压器的安全运行外，也增加了线损。因此，应当定期进行三相负荷的测定和调整工作。

3 结束语

在保证安全的前提下，降损工作与优质供电一样，已引起了高度重视。文中论证阐述的结论，在生产运行中已得到普遍应用。

参考文献

[1] 陈珩.电力系统稳态分析.水利电力出版社，1984.

[2] 胡景生.变压器经济运行.天津大学出版社.1991

[3] 张利生.电力网电能损耗治理及降损技术.中国电力出版社，2005.