降低6kV公用段至400V生活专用盘的线路损耗评估

2014-12-02姜薇

电力与能源 2014年6期

姜薇

（上海电力股份有限公司吴泾热电厂，上海 200241）

吴泾热电厂六期项目的3个400V生活专用盘，承担厂用电负荷越来越多，使得输电线路上的损耗有所升高，造成生活专用盘的供电电压明显降低，有时甚至低于国家标准规定的电能质量供电电压偏差范围［1］。特别是夏季用电高峰时，用电负荷大幅增加，400V生活专用盘的电压甚至跌至370V左右，导致一些用电设备无法正常使用。为此，降低6kV公用段至400V生活专用盘的线路损耗问题，被提上议事日程。

1 至400V生活专用盘线路损耗原因

线路损耗为电阻、电导消耗的有功功率，是以热能形式散发的能量损失。无功功率也包含一部分由变压器铁心的感性电纳、变压器的铜线绕组的电抗、线路的电抗以磁能形式散发的能量损失。

400V生活专用盘A由400V辅建A段供电，400V生活专用盘B和专用盘C由400V辅建B段供电，电气接线方式如图1所示。

由于使用的电能计量装置符合要求且定期检验合格，加上厂用电管理完善，安全用电意识牢固，不存在违章用电现象，所以排除了因日常管理问题造成线路损耗的原因［2］。由图1接线方式可以看到，6kV公用段至400V生活专用盘线路损耗，主要包括辅建变以及电缆线路产生的损耗。

2 降低至400V生活专用盘线路损耗方法

2.1 减小线路电流或者电阻

由输电线路损耗计算式PL=I2R可以看出，减小输电线路电流I或者电阻R，可以降低线路损耗。减小输电线路电流的方法：一是适当提高线路电压，二是提高线路的功率因数。减小输电线路电阻的方法：一是将铝线改为铜线，二是缩短线路长度，三是增大导线截面积。

2.2 降低变压器损耗

变压器损耗分为铁损（空载损耗）和铜损（负载损耗）两部分。铁损对于某一型号变压器来说是固定的，与负载电流无关。铜损与变压器负载率的平方成正比。为此，降低变压器损耗的方法：一是使用铁损较小的变压器，二是减小变压器负载率。

3 降低线路损耗实施方案评估

结合厂用电的日常运行状况，综合考虑各种降低线路损耗的方法后，最终确定将辅建变B安装到400V生活专用盘现场，作为就地变压器（铺设6kV动力电缆，长500m，连接6kV公用B段），经过变压直接向400V生活专用盘供电，并保留原先电气接线，作为备用供电方式，确保故障以及检修时的正常供电。实施方案一次接线图如图2所示。

3.1 可行性分析

图2 新方案一次接线图

由于降低线路损耗方案是将辅建变B拆迁至400V生活专用盘现场，原先400V辅建B段的其它负荷，经辅建A／B段分段开关由400V辅建A段供电，增加了辅建变A所带负荷，需重新计算辅建变A的负荷电流。为此，2012年对生活专用盘负荷电流进行记录，白天为6：00～18：00，夜间为18：00～6：00，每月抽样记录5天负荷电流，取平均值作为月平均负荷电流。

夏季用电高峰时段，根据表1对2012年平均负荷电流最大月份（8月）白天的数据分析，生活专用盘平均负荷电流为299+284+326=909A。辅建变A、辅建变B低压侧平均负荷电流，由抽样记录生活专用盘负荷电流时记录，经计算得出平均值：辅建变A低压侧平均负荷电流为675A，辅建变B低压侧平均负荷电流为650A。

新方案正常运行方式下，辅建变A所要负担的电流是原辅建变A低压侧负荷电流（675A）加上原辅建变B低压侧负荷电流（650A）减去生活专用盘的负荷电流（909A），结果为416A。辅建变A（型号为ST-1250／6）由上海变压器厂生产，其低压侧额定电流为1 804A。显然，实行新方案后辅建变A的低压侧负荷电流远小于变压器低压侧额定电流。

当故障或检修时，生活专用盘在备用供电方式下运行，辅建变A所要负担的最大电流是原辅建变A低压侧负荷电流（675A）加上原辅建变B低压侧负荷电流（650A），结果为1 325A，同样小于变压器低压侧额定电流，并留有一定裕度。

表12012 年生活专用盘月平均负荷电流 A

辅建变A的400V开关额定电流为1.8kA，实行新方案后辅建变A的低压侧负荷电流在正常运行及备用状态运行时，均小于辅建变A的400V开关额定电流。另外，经现场勘察，400V生活专用盘就地有足够空间可安置1台变压器以及新增3个仓位。

综上所述，降低6kV公用段至400V生活专用盘线路损耗的实施方案是可行的。

3.2 线路损耗对比分析

3.2.1 电缆线路损耗计算

从400V辅建A／B段到生活专用盘电缆长约500m，现有接线由3根400V截面为95mm2的电缆分别向生活专用盘A、B、C供电，新方案只用1根6kV电缆即可向3个生活专用盘供电（新方案选用的6kV电缆截面为70mm2），减少了3根400V截面为95mm2的电缆损耗，增加了1根6kV截面为70mm2的电缆损耗。根据表1中的数据，计算生活专用盘年平均负荷电流如表2所示。

表22012 年生活专用盘年平均电流

单根电缆导线阻值：

式中：R为导线电阻，Ω；ρ为电阻率，Ω·m；L为导线长度，m；S为导线截面积，m2。铜芯电缆电阻率为0.0172 Ω·mm2／m。

由于动力电缆是三相的，所以电缆线路损耗以单根电缆损耗的3倍计算。

1）现有电缆线路损耗

式中：PL为现有生活专用盘总线路损耗；PLA为生活专用盘A线路损耗；PLB为生活专用盘B线路损耗；PLC为生活专用盘C线路损耗。

白天线路损耗：PL=3×（209.52+211.92+238.12）×0.0172×（500／95）=39510.2（W）

夜间线路损耗：PL=3×（47.12+46.52+50.32）×0.0172×（500／95）=1876.8（W）

2）实行新方案后，预计新增6kV电缆线路损耗就地变400V侧电流：

式中：I2L为就地变400V侧电流；ISHA为生活专用盘A电流；ISHB为生活专用盘B电流；ISHC为生活专用盘C电流。

就地变负载运行，已知400V侧（低压侧）电流，按定义变压器高压侧负载电流与低压侧电流关系如下：

式中：I1L为变压器高压侧负载电流，A；N1为变压器高压侧绕组匝数，匝；I2L为变压器低压侧电流，A；N2为变压器低压侧绕组匝数，匝［3］。

变压器变比关系：

式中：k为变压器变比；N1／N2为变压器高低压绕组匝数比；U1NΦ／U2NΦ为变压器高低压侧额定相电压比。

就地变高低压绕组均为星型接法，其高低压侧额定相电压比等于额定线电压比，即：

式中：U1Nl／U2Nl为变压器高低压侧额定线电压比，就地变U1Nl为6 300V，U2Nl为400V。

由式（4）、式（5）、式（6）得：

依据白天生活专用盘平均负荷电流I2L=209.5+211.9+238.1=659.5（A），夜间生活专用盘平均负荷电流I2L=47.1+46.5+50.3=143.9（A），计算就地变6kV侧电流：白天为I1L=659.5×（400／6300）=41.9（A）；夜间为I1L=143.9×（400／6300）=9.1（A）。

依据PL=I2RL，RL=ρ（L／S）=0.0172×（500／70）Ω，预计电缆线路损耗：

白天线路损耗：=3×41.92×0.0172×（500／70）=647.1（W）

根据以上计算，实施新方案的电缆线路损耗要比原先电缆线路损耗大幅减小。

3.2.2 变压器损耗分析

新方案将原辅建变B拆迁至400V生活专用盘作为就地变，原400V辅建B段所带的其它负荷通过辅建A／B段分段开关由400V辅建A段供电。由于未新增变压器，且2台变压器所带总负荷没有变化，所以实施新方案后变压器的损耗基本不变。

4 新方案经济效益核算

4.1 成本计算

1）基建成本：1万元。新装变压器的基础土建部分以及安全遮拦、网门等设施。

2）变压器成本：0元。利用原来的辅建变B。

3）电缆成本：2.45万元。需铺设6kV动力电缆，长为500m、截面为70mm2，且使用老厂改造剩余的电缆（单价为70元／m，折旧费按原价70%计算）。

4）仓位成本：0元。利用原先400V辅建B段中拆迁的3个仓位。

5）400V断路器成本：0元。利用老厂拆卸下来的2台合格400V断路器。

综上所述，实施新方案后成本预计为3.45万元。

4.2 节约厂用电计算

采用新方案后，线路损耗明显降低，预计每年可节约厂用电178.307MWh。按吴泾热电厂上网电价成本0.4773元／kWh计算，每年约可节约厂用电费8.5万元。

4.3 提高厂用电能质量

根据2012年8月份生活专用盘平均负荷电流数据，ISHA=299A，ISHB=284A，ISHC=326A，RL=0.0172×（500／95）Ω，计算现有接线在夏季用电高峰时400V生活专用盘的电压：

采用新方案后，在相同负荷状况下，就地变400V侧的电流I2=ISHA+ISHB+ISHC=909（A）；依据式（7），就地变6kV侧的电流I1=909×（400／6300）=57.7（A）。依据U1=6 300V，I1=57.7（A），R＇=0.0172×（500／70）Ω，最终得到400V生活专用盘电压 USH=（U1-I1R＇）／k=399.5V。

通过计算可知，采用新方案后，即使在用电高峰时，400V生活专用盘电压依然保持在400V额定电压附近。400V段电压控制在±7%范围内［1］，在原先接线状况下400V生活专用盘最大偏差为（370.5-400）／400×100%=-7.38%，超出了合格范围。新方案中400V生活专用盘最大偏差为（399.5-400）／400×100%=-0.13%，比原先接线的电压偏差减小了7.25%，大幅提高了厂用电能质量，确保了厂用电设备的正常使用。