电网线损异常排查及降损增效措施探析

2023-10-18朱雄新

大科技 2023年42期

关键词：功率因数电容器损耗

朱雄新

（广东电网有限责任公司广州从化供电局，广东广州 510000）

0 引言

电网线损是指输电过程中由于电能转换和传输过程中的电阻、电感、电容等原因引起的能量损耗，电网线损是电力系统运行中不可避免的问题，甚至会导致能源的浪费和经济成本的增加。因此对于电网线损异常排查及降损增效措施进行深入研究具有重要意义。

1 异常排查

1.1 检测设备

通过采用先进的监测装置和系统，如智能传感器、在线监测装置等，可以实时监测电网的运行状态并快速发现线路故障和设备异常。监测技术的使用为电网运营商和维护人员提供了巨大的优势和便利。

智能传感器在整个电网范围内实时监测电流、电压、频率等关键参数的变化。传感器能够准确地收集数据，并通过网络将其传输到中央监控系统。智能传感器与传统手动巡检相比，自动化的监测方式更加高效和精确，消除人工带来的误差。自动化线损模块如图1 所示。在线监测装置可以对关键设备实时监测，如变压器、断路器和开关等。装置能够检测设备的温度、湿度、震动等参数，并及时报告异常情况。通过装置可以快速识别潜在的故障和设备状况的恶化趋势，采取预防措施或及时维修，避免由此引起的停电和事故。智能传感器和在线监测装置可以与先进的数据分析系统结合使用，深入了解电网运行状态，通过对大量实时数据的收集和分析发现潜在问题的模式和趋势，并提前采取措施以减少故障。

图1 自动化线损模块

实时监测可以实现及早发现线路故障、设备异常和其他潜在问题，避免停电和损失。此外，还为电网运营商提供了更好的决策支持，使其能够根据实际情况制订维护计划，并进行资源调度以保持电网的高效运行。

1.2 数据分析

电力系统的运行数据采集、存储和分析技术能够为电力公司以及相关利益相关者提供宝贵的信息，更好地管理电力系统、优化能源利用，并及时发现潜在问题。在高度数字化的电力系统中，通过利用现代化的数据分析方法可以对庞大的运行数据进行整理和分析，提供对线路损耗的异常情况和潜在问题的准确识别。

数据采集设备的应用使得电力系统能够实时监测和记录各种运行参数，如电流、电压、频率等，数据被传输到中心数据存储系统进行集中存储和管理。采集的数据可以包括市场交易数据、线路状态数据、负载数据、设备运行数据等。通过分析方法对海量数据进行处理。一种常见的数据分析方法是使用统计学模型。通过对历史数据的分析可以建立线性回归模型或其他预测模型，用于预测正常运行条件下的线路损耗。通过预测数据与实际数据比对，如果发现线路损耗超过预期值或者存在明显异常就可以快速发现潜在问题。此外，根据历史数据的趋势还可以判断线路损耗是否具有季节性或周期性变化，从而进行相应的调整和优化。根据广东省电网采集的数据，表1 为该地区某日分段线损情况。

表1 某日分段线损单位：kW·h

另一种常用的数据分析方法是故障检测和诊断。通过监测电力系统的运行参数结合先进的算法和人工智能技术可以实时检测到线路故障或异常事件。例如，异常电流波动、频率变化或电压失真等可能表明线路存在问题。通过机器学习和深度学习算法可以对异常自动识别和分类。当发现异常时，系统可以立即发出警报，以便技术人员及时采取相应的措施进行维修和保护设备。数据分析还可以用于电力系统的负荷预测和优化。通过分析历史数据和外部因素，如天气预报、季节变化等可以建立负荷预测模型，提前预测未来负荷需求的变化。有助于合理安排电力调度和资源配置，降低线路过载的风险，并提高电力系统的效率。

1.3 定位故障点

利用热成像、红外扫描等无损检测技术对电线路、变压器等关键设备检测，可以实现精确的故障定位和识别可能存在的线路损耗区域。先进的技术基于物体的热辐射特性，将其转化为图像或热力分布图来提供可视化的信息。

在电线路检测方面热成像技术被广泛应用。热成像技术下的电源电路原理如图2 所示。通过使用红外摄像机或热像仪，操作人员可以快速扫描电线路准确地定位潜在的问题。例如，电线过载、电缆接触不良、电阻异常和局部加热等故障现象会产生热量，热量会被热成像设备捕捉到并转化为图像。通过分析图像定位故障点，及时采取修复措施避免更大的损失。而在变压器检测方面，红外扫描技术是一种非侵入性、高效且安全的方法。通过红外热像仪检查变压器表面的温度分布可以发现变压器内部可能存在的问题。例如，变压器的绝缘材料老化、螺栓接触不良、铁芯过热等部件故障都会产生热量，通过红外扫描可以及早发现并修复[1]。

图2 热成像技术下的电源电路原理

无损检测技术还可以识别电线路中可能存在的线路损耗区域。当电流通过电线时会引起电阻产生热量形成能量损失。通过红外扫描和热成像技术检测出电线路中温度较高的区域，其区域往往是线路损耗较大的地方。通过及时发现和处理问题可以提高能源利用效率，减少线路能量损耗，降低能源成本，并延长设备的使用寿命。

2 降损增效措施

2.1 优化配电线路

在电力系统设计中优化线路长度、材料、截面以及导线布置可以有效减少电阻损耗和电感损耗，提高系统的效率和经济性。首先，通过合理规划线路布置减少线路长度可以降低电阻损耗。较短的线路长度可以减少导线的电阻，减少通过线路的电流，降低功耗和能源损失。其次，在选择导线材料时应根据具体要求合理选择。不同材料具有不同的电阻特性，优选导电性能良好、电阻较低的材料，如铜、铝等，其中，高强高导铜基合金如图3 所示。合适的材料选择可以降低导线自身的电阻，减少电能转化为热能的损耗。再次，增大导线截面积可以降低电流密度，减小电阻损耗。适当选择导线截面大小以满足所需电流容量的同时最小化电阻损耗。最后，仔细布置导线，尽量避免或减少电感损耗的出现。电感是由于导线周围磁场引起的能量损耗，可以通过合理布置导线并采取屏蔽措施来减少电感损耗。例如，将导线排列成平行或对称的形式，并采用合适的间距和屏蔽材料来降低磁场的影响。

图3 高强高导铜基合金

通过综合考虑线路长度、材料、截面以及导线布置等因素进行优化设计可以最大程度地减少电阻损耗和电感损耗，提高系统的效率和可靠性。优化设计不仅可以降低能源损失，还可以减少系统运行成本，对于实现可持续发展和节能减排目标具有重要意义[2]。

2.2 使用节能设备

在更新老旧设备时选择高效、低损耗的变压器、电缆等设备可以减少能量转换过程中的能量损耗。变压器用于改变电流的电压水平以适应不同设备的需求。传统的变压器通常存在较大的能量损耗，但现代高效变压器则采用先进的设计和材料以最小化损耗。高效变压器能够有效地将电能传输到设备中减少能量的浪费和热量的产生[3]。

电缆是将电能从一个地方传输到另一个地方的主要途径。老旧电缆的线材可能会导致能量损失，并在传输过程中产生热量。使用高质量、低阻抗的电缆（图4）可以最大限度地减少电阻并降低损耗，更有效地将能量传递到目标设备，减少浪费和不必要的能量转换。在更新设备时还可以考虑其他节能技术。例如，安装功率因数修正设备可以改善电力系统的功率因数，减少无功功率损耗。使用电容器或变频器来平衡电压和电流并提高效率也是可行的方法。

图4 低阻抗电缆

通过更新老旧设备、选择高效、低损耗的变压器、电缆等设备可以最大限度地减少能量转换过程中的能量损耗，还有助于降低能源成本，使得设备的运行更加经济高效。因此在设备更新时应该重视选用高效、低损耗的变压器、电缆等设备，以实现能源的可持续利用和保护环境的目标[4]。

2.3 动态功率因数补偿

在电网中负载波动是常见现象。负载波动电网的稳定运行和电能质量产生了负面影响，其中最主要的就是功率因数的降低和电能损耗的增加。为了有效应对负载波动，合理调整电容器的接入和退出可以实现功率因数的补偿，有助于减少无效功率、改善电能质量，并且符合电网的稳定运行要求。

电容器在电网中具有储存和释放电能的能力，通过改变电流和电压的相位关系提升功率因数。当电网负载波动较大时，电容器可以根据负载的需求合理地接入或退出，以达到功率因数的最佳补偿效果。当电流波动引起功率因数下降时，接入电容器可以帮助提高功率因数的数值。电容器的电流落后于电压可以产生负向的无功功率来抵消电网的感性无功功率，提升功率因数。接入电容器后，电网的无功功率会减少，有效降低电网负荷的无效功率损耗[5]。

当电网负载波动减小或负载改变时适当退出电容器也是必要的，因为接入过多的电容器会导致功率因数超过1 可能引起电网的谐波和振动，调整电容器的退出可以避免其问题。对于电容器的接入和退出需要基于实时监测情况进行调节。监测系统可以实时获取电网的负载波动情况和功率因数变化，通过自动控制来合理调整电容器的接入和退出。自动调节方式可以快速响应负载变化，保持电网的稳定运行和功率因数在合理范围内。