我国电网线损率现状及主要影响因素分析

冒咏秋 刘 旸

（中国质量认证中心南京分中心 江苏南京 210019）

引言

以“两山理论”为指导思想的生态文明建设已成为习近平新时代中国特色社会主义的重要组成部分，电力行业在我国能源消耗体系中占据重要地位，其能源转化及输送效率的高低将直接影响到我国能源综合利用效率水平的高低，关乎国家生态文明建设。电网的电能损耗是造成电力系统能源消耗的主要途径之一[1]，据统计，我国输配电损耗占全国发电量的6.6%左右，以2013年为例，仅配电变压器电能损耗就达1700亿千瓦时，相当于三峡电站2013年全年发电量（约1000亿千瓦时）的1.7倍，输配电网电能损耗十分严重[2]。

本文首先调研了我国电网综合线损率水平，并与部分主要发达国家线损率数据相比较，摸清了我国电网线损率所处的国际水平；之后，通过对某市电网的损耗电量进行分析，探明了我国电网损耗占比最大的电压等级；最后，通过对6个地区10kV线路损耗数据的分析，探究了10kV电网损耗的主要组成部分，并以此为基础识别出影响10kV配电网损耗的主要因素。

1 我国电网线损率现状

线损率是电网中电能在传输过程中的损耗量与向电网供应电能的百分比，是评价电网损耗水平的主要指标，也是国家主管部门考核电力企业的一项重要经济指标[3]。王彬宇[1]对2002-2012年国家电网公司、南方电网公司的年综合线损率进行了收集并比较后发现：2002年至2012年间南网公司、国网公司段内平均线损率分别为6.81%、6.54%。鉴于南网公司、国网公司管理的国内供电区域面积及负荷总量在全国电网中的占据的绝对比重，因此可以认为2002-2012年内国内电网损耗平均水平介于6.54%-6.81%之间，且更趋于6.54%（国网公司供电面积、负荷总量均高于南网公司）。《电力发展十三五规划(2016-2020年)》给出的2010年全国电网线路损失率为6.53%，2015年全国电网线路损失率为6.64%，并提出到2020年，全国电网综合线损率要控制在6.5%以内。综上可以看出，目前我国电网综合线损率应处于6.5%-6.64%之间。

2 国外电网线损率现状

图1 我国当前及世界主要发达国家2009年、2010年线损率统计

图1 给出了我国当前及世界主要发达国家2009年、2010年线损率统计数据（数据来源：《IEA STATISTICSELECTRICITY INFORMATION 2012》），可以看到，发达国家 2009年、2010年的电网线损率大部分处于3%-7%之间，其中有一半以上处于4%左右，其余个别国家处于7%之外，甚至高达12%。与2009年相比，2010年各主要发达国家线损率均有不同程度下降，整体呈现下降趋势。对比可知，我国电网线损率水平还处于国外发达国家水平的中下水平，整体与国外发达国家的先进水平相比仍然存在差距，尤其与日本、韩国等亚洲发达国家相比，差异仍然明显，存在较大提升空间。经分析可知，日本、韩国等线损率较低的国家历来关注节能降损的研究，尤其注重先进且高能效设备的使用、引导用户错峰用电以及高效的管理对线损率的影响[4]。

3 不同电压等级电网损耗占比分析

图2给出了国内某市2012、2013年四季度典型月份35kV及以上（包括 35kV、110kV、220kV）、10kV、0.4kV 等电压等级电网的损耗占比。由图可知，对于配电网而言，35kV及以上电压等级电网电能损耗占比较小，电能损耗大多分布在10kV与0.4kV电压等级电网中，10kV配电网产生的电能损耗大约占到整体电网总损耗的一半，10kV及以下配电网损耗已成为整个电力系统线损的最大构成部分。该结论与文献[1]的研究结果相一致，也符合当前我国10kV及以下电网的实际现状：一方面，在硬件设施上，部分配电网还存在设备老化、台区负荷不匹配、线路过长、迂回供电、部分线路线径偏小、无功补偿不足等众多导致高线损的不利因素；另一方面，新型城镇化、农业现代化步伐加快，新能源、分布式电源、电动汽车、储能装置快速发展，气候变化导致极端天气频发，终端用电负荷呈现增长快、变化大、多样化的新趋势，使得配电网改造升级的任务更加紧迫[3]。

图2 某市配电网各电压等级电能损耗占比

4 10kV配电网主要能效影响因素分析

4.1 10kV配电网损耗组成特征分析

图3 不同地区电网10kV电压等级线路损耗占比统计分析

图3 给出了6个不同地区电网10kV电压等级线路损耗占比情况。由图可知，10kV配电网损耗由线路损耗、变压器损耗、电容及电抗等其他元件损耗组成，其中，以线路损耗、变压器损耗为主，并且从统计数据角度，线路损耗又整体上较变压器损耗更大，即损耗主要发生在输配电线路上，这与管理经验相符合。

进一步，分析不同类型电网线路损耗、变压器损耗占比变化。图4、图5分别给出了不同负荷类型10kV线路在典型日的损耗分布及损耗占比分析。其中，1#-3#线路：主要以农村居民负荷为主，为轻载线路，线路负荷率较低；4#-6#线路：主要以城镇居民负荷为主；7#-9#线路：主要以工业负荷为主，为重载线路，线路负荷率较高。可知，随着线路负载率升高，线路损耗率整体呈现升高趋势，并且损耗占比由以变压器损耗为主逐渐转变为以线路损耗为主。

图4 不同负荷类型10kV线路典型日损耗分布

图5 不同负荷类型10kV线路损耗占比分析

4.2 10kV配电网损耗的主要影响因素

由图3、4、5可知，配电网损耗主要由线路损耗、变压器损耗以及其他损耗构成，其中前两者占据主导地位。

根据电量法的线路损耗理论计算公式，如公式（1）[5]：

式中：K—负荷曲线特征系数；Rd∑—线路总等效电阻，欧姆；AgP—线路有功供电量，即线路首端有功电能表指示数，千瓦时；AgQ—线路无功供电量，即线路首端无功电能表指示数，千乏；线路平均运行电压，可取线路额定电压值，kV。

对线路损耗进行分解，识别出影响线路的关键参数有线路电阻值、运行电压、负荷功率、无功功率、负荷波动程度以及附加损耗等，对线路电阻值可继续分解为导线截面、导线电阻率、导线长度等影响因素，对附加损耗可继续分解为谐波、馈线三相不平衡等影响因素。

变压器基础损耗分为空载损耗和负载损耗两部分，计算公式如公式（2）：

式中：ΔP—变压器损耗；P0—变压器空载损耗；Pk—变压器的额定负载损耗；β—平均负载系数。

由于变压器运行过程中负载是波动的，因此引入负载波动系数K修正损耗表达式，表达式为：

式中：K—负载波动系数。

由于变压器在励磁的过程中需要一定的无功功率，并且变压器二次侧的一些负载也需要一定的无功功率才能正常工作，因此还需要考虑由于传递无功功率使得电流有效值增大从而导致有功损耗的增加，无功经济当量KQ就是根据经验数据统计出的由于传递无功引起的损耗增加系数，相应的公式如下[11]：

则综合功率损耗为：

式中：Q0=I0%SN；Qk=Uk%SN；I0%为空载电流百分比；Uk%为短路电压百分比；SN为变压器额定容量。

传统的变压器损耗计算只考虑了负载率的影响而忽视了谐波和三相不平衡附加损耗，事实上谐波和三相不平衡不仅仅造成较大的电能损耗，还会对变压器寿命产生一定的影响[7][8]。

根据公式（2）至公式（5），对变压器损耗进行分解，识别出影响线路的关键参数有空载损耗、负载损耗以及附加损耗等，实际应用中影响变压器空载损耗的主要因素有变压器铁心损耗以及台区负荷与变压器容量的匹配度，对负载损耗的主要因素为负载率，而对变压器附加损耗的影响因素则包括谐波引起的附加损耗、三相不平衡引起的附加损耗、负荷波动引起的附加损耗等。

除上述线路损耗、变压器损耗之外，配电网中电力金具、开关、电容、电抗等设备上也存在电能损耗，文献[4][9][10]中已多有研究。

综合以上分析，得到如表1所示的配电网电能损耗主要影响因素分解表。

表1 配电网电能损耗主要影响因素分解表

结语

（1）近年来，我国电网线损率虽不断下降，但与国际领先水平相比还有差距，可提升空间还很大。

（2）在构成我国电网的各个电压等级中，10kV及以下配电网产生的电能损耗占到全网损耗的较大部分，是造成国内电网线损率较高的关键性因素。

（3）10kV电压等级配电网损耗主要由线路损耗、变压器损耗、电容及电抗元件损耗等组成，且前两者占主导地位；随着负载率升高，10kV线路损耗率整体呈现升高趋势，并且损耗占比由以变压器损耗为主逐渐转变为以线路损耗为主。

（4）基于理论计算公式分别对构成配电网损耗的线路损耗、变压器损耗等进行了分解，识别并建立了配电网电能损耗主要影响因素分解表，可用于指导配电网设备能效提升、配电网能效等级评价模型建立等工作。