基于负荷实测的内丘县配电网线损分析及降损措施研究

樊少朋，罗阳百，宋　坤，梁　厂，杨世杰

(1. 国网河北省电力有限公司内丘县供电分公司，河北　内丘　054200； 2. 国网济宁供电公司，山东　济宁　272000；3.河池宜州供电局，广西　河池　546300)

近些年，我国配电网负荷不断增加，与配电网建设状况滞后的矛盾日益突出：一方面难以满足用户对供电可靠性的要求；另一方面电量损耗严重，给当地造成严重的经济损失，也不符合当前节能减排、低碳经济的发展模式[1-3]。开展配电网节能降损相关方面的研究，指导配电网的建设与发展，具有重要的现实意义。

文献[4-6]指出新农村建设是当前经济发展一个新的增长点，提出新农村配电网在进行规划建设时应满足节能减排、绿色发展的模式。文献[7]针对当前电价政策在用户功率因数达到基本要求后，不能再有效激励用户进行无功投资进一步改善功率因数的问题，提出修改当前电价政策的建议和细化措施。文献[8-10]针对10 kV线路在我国配电网占有很大比重具有很大节能空间的问题，综合考虑无功补偿以及配电网重构的方式来降低损耗。文献[11-13]针对配电网线损严重导致电能质量降低，影响供电可靠性的问题，提出了一种多目标配电网综合节能潜力评估方法。

目前对于配电网损耗的研究偏向于理论，缺少工程实际背景的支撑；此外，大部分研究虽然都强调了理论网损分析的重要性，并未完全理清配电网损耗的分布状况，且缺少对降损效果的经济效益分析及降损技术综合应用方面的研究。因此，本文在借鉴国内外学者对于配电网损耗研究现状的基础上，依托于河北省内丘县配电网实际情况，进行损耗分析与经济效益相结合的降损措施研究。

1　线损概述

电能在传输过程中，一方面不可避免会在电气设备上产生能量损耗，诸如线路、变压器、仪器仪表、开关设备等；另一方面由于表计误差、人为窃电等因素将造成供电公司电能计量的损失；以上情况造成的电能损失都称为线损。在电网的实际运行中，线损电量通常是根据电能表计量统计的供电量和供电公司的售电量之差得到的，通常被称为统计线损电量，见式(1)。工程上常采用线损率来评估电网运行状况，见式(2)。

WLoss=WSupply-WSell

(1)

(2)

式中：WLoss为线损电量；WSupply为电网供电量；WSell为电网售电量；η为线损率。

线损率表示电能在传输过程中损耗电量占供电量的百分比，配电网线损是衡量电网运行经济水平的一项重要指标，它不但可以反映电网结构和运行方式的合理性，同时也反映出电网规划设计与运行管理水平。

2　线损理论的典型算法

为了更好地对配电网线损进行统计分析，有必要研究线损理论的相关算法，目前常用的典型算法主要有5种[14-15]，如图1所示。

图1 线损理论典型算法

在工程具体应用中发现这些典型算法在计算线损时总是与实际结果存在很大误差，主要原因是这些算法在求解时假定网络节点电压、元件参数以及支路功率不变，而实际情况为网络中的潮流是动态变化的，无法满足精确计算分析的需求。

3　基于负荷实测的内丘县配电网线损分析

基于负荷实测的配电网线损理论分析，是基于当前配电网自动数据采集装置高安装率以及配网潮流数据高采集率而提出的一种负荷实测信息的配电网线损分析方法。该方法能够较真实地反映配电网线损情况，为准确开展节能降损措施的研究提供依据。考虑到内丘县2012年就已完成配电网的改造工作，能够对配电网数据实时监控与上传，获取完整负荷信息只需在国网管理系统按要求导出即可。因此，本文基于负荷实测对内丘县配电网线损情况进行分析。

3.1　代表日的选择

线损的计算与分析应具有普遍性，因而选取的对象应具有代表性，选择代表日应满足以下条件。

a. 代表日应能反映出本地区的气候条件。

b. 代表日网架结构和电网状况应正常且满足运行要求。

c. 代表日内负荷特性应具有代表性。

d. 代表日内的供电量和售电量应与当年或当月的平均水平相接近。

3.2　负荷实测

在满足代表日选取原则的基础上进行负荷实测，主要有以下两种方式。

a. 配电网中典型变压器的负荷实测。选取配电网中比例较大且不同容量水平的变压器，根据这些典型变压器各自的特点如所带负荷的种类、大小、用途等进行负荷实测。

b. 配电网中专用变压器的负荷实测。专变各侧的负荷水平，如电压、电流、功率等电量信息的记录与统计；或者各侧有功电量、无功电量以及功率因数等信息的记录与统计。

内丘县是河北省售电量较大的县之一，在满足代表日选取原则的基础上对内丘县进行负荷实测。负荷实测信息主要包含：35 kV变电站各侧的有功电量、无功电量信息；10 kV线路上传输的有功电量、无功电量信息；辖区内县城、经济新区、重点乡镇、农村等10 kV低压配电变压器的电量信息。主要依据配电网安装的自动数据采集装置来实现，对于设备原因无法获取相关负荷数据的情况应考虑采用其它直接或间接的方法以保障数据的准确性、全面性。

3.3　线损率统计

按上述原则选择典型代表日并采用负荷实测的方法获取内丘县配电网相关数据，根据采集到的负荷数据计算配电网损耗，2012—2014年内丘县负荷及线损率分布状况如表1所示。

根据表1对内丘县的最大负荷、供电量、总线损率以及各电压等级的线损率分析如下。

表1　内丘县2012—2014负荷及线损率分布

a. 2012年内丘县代表日的最大负载功率为269 MW，实际供电量为5.178 GWh，全网总的线损率为5.32%，其中电压等级35 kV、10 kV、0.4 kV的线损率分别为1.76%、3.29%、6.15%。

b. 2013年内丘县代表日的最大负载功率为281 MW，实际供电量为5.375 GWh，全网总的线损率为5.18%，其中电压等级35 kV、10 kV、0.4 kV的线损率分别为1.53%、3.07%、5.73%。

c. 2014年内丘县代表日的最大负载功率为299 MW，实际供电量为5.732 GWh，全网总的线损率为5.07%，其中电压等级35 kV、10 kV、0.4 kV的线损率分别为1.49%、2.92%、5.48%。

对以上数据分析可知，内丘县的负荷和供电量呈逐年上升的趋势；总的线损率以及各个电压等级下的线损率呈现下降的趋势，但依然占比很高；35 kV、10 kV、0.4 kV 3个电压等级中，0.4 kV占比最高，10 kV次之。结合内丘县配电网的实际情况可得，近些年政府采取招商引资的政策吸引了一批投资者到内丘县投资建厂，使负荷与供电量不断上升；尽管供电公司采取一些降低网络损耗的措施，但从线损计算结果看还远远不够。

3.4　线损分压构成情况

为了更深层次分析内丘县线损分布情况，对内丘县2014年35 kV、10 kV、0.4 kV 3个电压等级下的线损情况做进一步分析，分电压等级的损耗分布饼形如图2所示。

图2　线损分压占比

由图2可知，2014年内丘县配电网中35 kV、10 kV、0.4 kV 3个电压等级的线损占比分别是16.76%、21.60%、61.64%。可以直观看到配电网中随着电压等级的降低线损占比不断增大。配电网3个电压等级中35 kV线损占比最少，因为该电压等级下的用户较少主要是一些电力大客户和直供用户；10 kV电压等级线损占比处于35 kV和0.4 kV之间，随着电压等级的降低电力用户逐渐增多，与之相适应的配电线路也增多，其线损相对35 kV也增加了很多；0.4 kV电压等级下的线损是重灾区，占据了所有线损的一半以上，0.4 kV是用户主要的配电电压，城乡居民的用电设备如冰箱、洗衣机、空调、电磁炉等均在该电压等级下，再加上近些年人们的生活水平不断提高，一些高用电设备相继投入使用，大量配电线路重载运行，导致损耗很高。

3.5　线损分元件构成情况

根据以上分析得出10 kV、0.4 kV电压等级线损是该县配电网的重灾区；为了更进一步分析线损分布情况，对各电压等级下主要设备线损占比情况进行分析，对内丘县2014年35 kV、10 kV、0.4 kV下的变压器、线路以及其它设备(含电容器、电抗器、调相机以及站内设备等)的损耗情况进行统计分析，具体分布如图3所示。

图3　线损分元件占比

由图3可知，2014年内丘县某代表日的线损数据中，线路损耗占全网损耗的71.05%，变压器损耗占全网损耗的28.32%，其它设备(含电容器、电抗器、调相机以及站内损耗等)占全网损耗的0.63%；配电网损耗主要分布于线路与变压器。

35 kV电压等级下线损元件中线路、变压器以及其它设备占比分别是58.56%、36.05%、5.39%；可以看出该电压等级下线路与变压器是损耗的重灾区。

10 kV电压等级下线损元件中线路、变压器以及其它设备占比分别是69.84%、30.16%、0；该电压等级下线路与变压器仍然是损耗的重灾区，但随着电压等级的降低配网线路逐渐增多，线损占比中线路因素有所提高。

0.4 kV电压等级下线损元件中线路、变压器以及其它设备占比分别是100%、0、0；0.4 kV是配电网中将电网电能传输给用户的最后一个环节，该电压等级下不含变压器、电容器等补偿设备，且该电压等级下线路繁多、陈旧，是损耗的重灾区。

3.6　内丘县线损综合分析

通过对内丘县配电网线损率统计分析、线损率分电压等级分析、线损率分元件分析，综合可以得出以下结论。

a. 内丘县配电网总的线损率、各电压等级下的线损率均处于较高水平。

b. 内丘县配电网35 kV、10 kV、0.4 kV电压等级中：0.4 kV、10 kV电压等级是线损的重灾区。

c. 内丘县配电网35 kV、10 kV、0.4 kV各个电压等级下，线路与变压器是线损的重灾区。

结合内丘县实际分析引起线损的原因，具体有以下几个方面。

a. 35 kV、10 kV电压等级下存在较多高损耗的老旧线路、变压器，且对其维护较少。

b. 配电网中无功容量不足且分布不合理，存在远距离传输无功功率的问题，此外多处设备功率因数不达标。

c. 35 kV、10 kV、0.4 kV部分供电线路规划不合理、传输距离过长。

d. 10 kV、0.4 kV是内丘县配电网线损的重损层，主要是该电压等级下用户多、供电半径大、线径小且存在三相负荷不平衡、计量装置陈旧的问题。

内丘县损耗电量严重，一方面给当地造成较大经济损失，另一方面不符合当前节能减排、低碳经济的发展模式。在明确内丘县配电网当前存在的问题与引起线损的原因后，本文提出适用于内丘县配电网的节能降损措施。

4　内丘县配电网节能降损研究

4.1　内丘县配电网节能降损措施

内丘县是河北省售电量较大的县之一，通过对内丘县配电网线损率概况、线损率分电压等级占比情况、线损率分元件占比情况三方面的分析，发现内丘县电量损耗严重，不但给当地造成严重的经济损失，而且不符合当前节能减排、低碳经济的发展模式。因此，有必要研究配电网综合节能降损措施，对内丘县配电网进行改造。

针对内丘县配电网损耗过高的问题，基于本文对内丘县配电网实际情况的研究成果，要开展以下节能降损措施的研究。

a. 针对部分变压器陈旧、损耗严重的问题，将高损耗、重载配变更换为非晶合金变压器以减少损耗。配电网现存的S7系列变压器相对于S13系列以及非晶合金变压器来说自身运行损耗较高，国网公司早已提倡使用低耗能变压器取代S7系列变压器，通过变压器的升级换代，能有效降低配电网损耗。

b. 针对配电网中无功容量不足且分布不合理，多处设备功率因数不达标的问题，安装并联电容器等无功补偿设备，可提供感性负载所消耗的无功功率，降低线路和变压器因输送无功功率而造成的电能损耗，提高功率因数，达到节能降损的目的。

c. 针对部分配电线路规划不合理、传输距离过长的问题，根据用户的用电需求，在保障供电可靠性的基础上,按照就近的原则重新规划配电线路，缩短供电距离达到节能降损的目的。

d. 针对线路老化、过载严重的问题，通过更换合适线径、线型的导线，降低线路电阻进而达到节能降损的目的。

4.2　综合降损结果分析

更换高效变压器、合理安排无功补偿以及线路改造产生的节电量，如表2所示。

表2　节电量统计汇总

根据表2可知，更换高效变压器、合理安排无功补偿以及线路改造可以有效降低内丘县配电网线损。各降损措施下的节电量占总节电量百分比的饼形如图4所示。

图4　电量节约占比饼形图

a. 更换变压器、台区无功补偿装置、线路无功补偿、线路改造节电量占总节电量的百分比分别是3.14%、55.02%、6.27%、35.57%；若将台区无功补偿装置、线路无功补偿合并为配网无功补偿项，则更换变压器、配网无功补偿、线路改造节电量占总节电量的百分比分别是3.14%、61.29%、35.57%。

b. 配网无功补偿后的电量节约百分比占总节电量的61.29%，该措施有效降低了内丘县配电网线损；同时，该结果表明原内丘县配电网无功分布不合理，存在较大的无功缺额。

c. 线路改造后的电量节约百分比占总节电的35.57%，该措施在一定程度上降低了内丘县配电网线损；同时，该结果表明原内丘县部分配电线路线径、线型等已无法满足当前配电网发展需求。

d. 更换变压器后的电量节约百分比占总节电量的3.14%，该措施在一定程度上降低了内丘县配电网线损，但效果不是很明显，主要是由于配电网中相对无功补偿、线路分支，配电变压器的数量较少。

所以，更换高效变压器、合理安排无功补偿以及线路改造能够降低内丘县配电网线损；其中，合理安排无功补偿是降损措施中效果最显著的一项，因而在规划和建设配电网时，无功功率应当给与足够的重视；其次，选用合理线径、线型的导线也能够在很大程度上降低线损；最后，新型、低能耗的变压器也是节能降损的一个重要部分。

5　结束语

本文通过对内丘县配电网线损率概况、线损率

分电压等级占比情况、线损率分元件占比情况三方面的分析，发现内丘县电量损耗严重，造成严重的经济损失，不符合当前节能减排、低碳经济的发展模式，分析内丘县配电网线损分布情况并提出节能降损方案，对指导内丘县配电网的建设与发展提供理论依据，具有重要的现实意义。