上海浦东地区配网线损的特点及管理

邵伟霞

(上海市电力公司浦东供电公司,上海 201206)

降低线损率可以实现多供电,少损耗,达到节能减排的目标。通过生产管理系统(PMS)、配电安全监控和数据采集(DSCADA)等平台搭建,浦东地区的线损精细化工作已经初步展开,并计划在2010年年底实现495条线路线损精细化的目标。

1 浦东地区线损精细化线路特点

现阶段浦东地区开展线损精细化工作的线路均为带有10 kV和35 kV直供用户的线路。线路本身的供电半径较小,即消耗在线路上的功率损耗不大,其负荷具有如下特点:

1)使用的电压等级高 尽管有部分用户自己配备了变电设备,但也有很多直供电压是直接使用的。与普通配电用户常用0.4 kV低压用户相比,这类用户负荷使用的电压等级较高。

2)用电量大 10 kV直供用户的配电容量在250～6300 kVA之间,35 kV直供用户的配电容量在6300～40000 kVA之间。

3)对系统功率因数有影响 由于此类用户均为商业用户,许多用户的负荷以阻抗形式为主,消耗有功功率后产生无功功率较多,影响系统功率因数。

对上述线路开展线损精细化工作遇到计量线损问题,可由线路参数、变压器参数、负荷类型、计量设备精度、人为因素等多种原因共同决定。为了更好地表述这些因素对线损计量的影响,提出广义线损的概念。

2 广义线损

2.1 狭义线损和广义线损

在电力系统中,由于电力线路、变压器等设备具有阻抗和导纳,在输送功率的同时,也造成了功率损耗及始末电压的不同。本文把仅与电力输电网络拓扑结构有关,而与用户侧无关的电能损耗定义为狭义线损。狭义线损主要有两部分损耗。

图1 线路的Π型等效电路

1)纯线路损耗线路上的功率损耗由两部分组成,即有功损耗和无功损耗。线路的Π型等效电路如图1所示,有功损耗由电流通过线路等效电阻产生,无功损耗由电流通过线路等效电抗和等效导纳产生。图1中箭头表示电流方向,表示始端注入功率表示线路末端功率,R l表示线路等效电阻,X l表示线路等效电抗,Y l1表示线路始端导纳,Y l2表示线路末端导纳。纯线路损耗可通过等效电路算出,并记其为

2)变压器损耗 变压器中的功率损耗通常用Γ型等效电路进行计算。如图2所示。若已知变压器等效电路的阻抗Z T=R T+j X T及导纳Y T=G F-j B T,就可以求得变压器中的功率损耗,记为。

图2 变压器Γ型等效电路

而在实际计量过程中,由于计量误差、负荷类型以及各种人为因素等原因,使得最终的线损数据与狭义线损理论值有所差别。因而,将电力系统供电功率和计量到的消耗功率的差值,定义为广义线损。

2.2 功率因数对计量损耗的影响

对于上海浦东地区的线损精细化工作来说,现阶段的线损计量以有功功率作为基础,由于用户侧的无功负荷将部分有功功率转化为无功功率,因而产生了有功的计量损耗,如图3所示。

图3 功率因数对计量损耗的影响

图3中P表示有功功率,Q表示无功功率。图3(a)为系统发出功率为,理想情况下系统发出功率均为有功功率,因而=P1。若其负荷呈容性或抗性,由于功率因数的改变,视在功率将旋转一个角度φ,如图3(b)所示。在不计及其他形式损耗的情况下应有|=||。由于P2=S2· cosφ,因而计量到的有功功率损耗为 ΔP=P1-P2=P1(1-cosφ)。

由于电力部门对用户功率因数的要求,许多用户自配了电容器进行无功补偿,很大程度上降低了这种影响。

2.3 计量误差损耗和窃电损耗

由于计量设备不可能做到绝对精确,计量误差只能尽量降低。浦东地区对开展线损精细化工作线路和设备的计量精度进行了明确要求,所有变电站的10 kV及以上出线(含开关站)均装设0.5级以上,且与客户电能表计精度相匹配的计量装置,以尽量减小计量误差对线损精细化工作造成的影响。

同时,在经济利益的驱动下,个别用户私自改变计量装置接线,使电能表反转或不转,构成了窃电行为。窃电使电源侧计量值和用户侧计量值出现较大偏差,成为广义线损的一个组成部分。

3 降损方法

针对广义线损中的各种损耗,浦东地区采取了多种不同措施进行降损,并取得了一定的成果。

3.1 降低有功功率损耗的方法

3.1.1 降低狭义线损中有功功率损耗的方法

降低狭义线损中有功功率损耗包括降低纯线路线损耗和变压器有功损耗。

1)纯线路线损有功降损 纯线路线损的有功损耗是指电流通过线路电阻R L产生的损耗,即

式中:ΔPL——线路中的有功损耗;I——通过线路的电流;RL——线路电阻。

由上述算式可以看出,降低ΔPL可通过降低I或R L来解决。针对直供用户,无法通过提高输送电压来降低电流的方式,因而主要通过降低R L来解决。若要彻底消除纯线路线损,只能通过发展超导材料的途径,这在现有的技术条件下暂不可行。

均匀传输线的电阻与线路长度成正比,因此浦东地区主要采取减小供电半径的方法来减少线路的有功损耗。现在,浦东地区建成的35 kV变电站超过100座,有效减小了供电半径。

2)变压器有功损耗降损 变压器损耗中的有功损耗现阶段通过减少变压器台数的方式来降低。如图4所示的变电站,在季节性负荷低谷期,可以合上分段开关,退出一台变压器。比如退出1号变压器,由2号变压器带一、二段母线的所有负荷。值得注意的是,为了避免对系统稳定造成影响,变压器的退投节损只适用于配电站。

图4 变电站配置示意图

3.1.2 降低广义线损中其他有功损耗的方法

广义线损中的其他有功损耗,主要表现在计量设备精度不足造成的损耗、有功转化为无功的损耗和窃电损耗3个方面。

1)计量设备精度不足造成的损耗 由于计量误差可正可负,这种损耗具有一定的不确定性,并有一定的抵消性。选取足够精度的计量装置可以很好地减少这部分损耗。

2)有功转化为无功的损耗 由于线路参数中的电抗影响、变压器电抗影响以及负荷电抗等的共同影响,使得有功功率转化为无功功率的损耗,大多向感性无功转化。因而,针对感性无功功率的无功补偿,是减少这部分损耗的关键。

3)窃电损耗 这部分损耗通过线损精细化工作的逐渐开展,通过比较各个用户的广义线损可以逐步查出,并可通过电力营销部门的监管得到有效控制。

3.2 降低无功功率损耗的方法

降低无功功率损耗的方法是将无功功率转化为有功功率,从而消除无功,也就是无功补偿。浦东地区近几年来在投运的变电站内都配备了综合自动化系统,对以往投运的变电站,通过改造等方式增加综合自动化系统的功能。这样,方便了工作人员对变电站设备的监控,同时其自动控制的功能也可以实现从电源侧进行无功补偿的功能。

3.2.1 电源侧的无功补偿

电源侧无功补偿主要通过变压器有载分接头的调节或者电容器的投切完成。二者与无功功率和系统电压的关系如图5所示。

图5 变压器有载分接头和电容器对无功的影响

电源侧的无功补偿分以下3个方面:

1)VQC有载调压自动补偿 综合自动化系统中的VQC功能可以实现根据系统无功功率的多少自动调节变压器有载分接头,甚至自动投切电容器。如图6所示,当无功功率高时降低分接头(如3区),当电压降低时投入电容器(如7区)。浦东地区现阶段主要是根据VQC实现有载分接头的自动调节。

图6 VQC无功控制九区图

2)电容器遥控投切 浦东地区大部分35 kV变电站(以线路变压器组接线方式为例)在各段母线上均配有两组变压器,容量一大一小。在系统感性无功增多时投入。现阶段的调节方式为人工遥控投运,若电容器容量过大,可分组投运,甚至根据季节性调节拆分电容器组,投入更少的电容器,以达到更精确的无功补偿。

3)低压电容器投切 10 kV开关站(KTA)中的0.4 kV低压侧也装设了电容器补偿装置。针对低压负荷的不确定性特点,采用70%共补, 30%分补的运行方式,即三相共同投入70%容量,对无功缺少的相别有针对性的进行30%容量的补偿。

3.2.2 用户侧的无功补偿

由于许多10 kV及以上的直供用户的负荷类型呈感性,因而对系统功率因数会造成一定影响。这种影响不但对系统稳定不利,也不利于用户自身的用电质量。

浦东地区规定100 kVA及以上的10 kV供电客户的功率因数要达到0.9以上,因而大部分用户采取自配并联电容器的方式来提高自身功率因数,从而降低了采用有功计量线损带来的误差。

4 结语

浦东地区目前采取的一系列降损方式,使得电能质量和系统稳定得到了保障,同时线损精细化工作也得以顺利开展。从现有技术措施来看,如能更大程度地进行自动的无功补偿,将使广义线损降至更低。可以将现有的电容器人工投切改为自动投切,即为变电站综合自动化系统设置较适合的系统电压情况和无功情况的判据,使综合自动化系统能够自动选择在合适的时间投入或切除电容器,必要时分组甚至拆分投入电容器装置,以达到更好的补偿效果。