山东省配电网节能降损改造方案与实施

韩克存，李开灿

（1.国网山东省电力公司，济南250001；2.国网山东省电力公司济宁供电公司，山东济宁272000）

山东省配电网节能降损改造方案与实施

韩克存1，李开灿2

（1.国网山东省电力公司，济南250001；2.国网山东省电力公司济宁供电公司，山东济宁272000）

配电网是电网的重要组成部分，综合治理配电网“三率”（供电可靠率、电压合格率和线损率）是一个系统工程。遵循国家电网公司关于节能服务体系建设指导原则，引入效益分享型合同能源管理模式，积极探索电网企业降损节能的最新方法和途径，利用节能新技术、新产品，实施配电网综合节能与提高电能质量项目。针对山东配电网的现状，对配电网节能降损的多个技术方案进行技术可行性论证和试点建设，改造方案在全省配电网节能推广项目中应用，取得明显经济效益和社会效益。

配电网；节能降损；电能质量

0 引言

近年来，国家将节能减排作为调整经济结构转变发展方式的重要着力点，整个社会经济发展模式向高能效、低能耗和低排放的模式转变，这已经成为人类社会发展的必然趋势。国家电网公司提出了建设坚强可靠、经济高效、清洁环保、友好互动的智能电网发展目标。配电网是电网的重要组成部分，综合治理配电网“三率”（供电可靠率、电压合格率和线损率）［1］、新能源的接入与消纳、能源形式的管理以及电网自身节能降损是一个系统工程，涉及电网建设、技术改造、运营维护、用电营销等全过程，系统有效地解决电力能源监测、分析、调节、控制与评估是当前备受关注和亟待解决的课题。遵循国家电网公司关于节能服务体系建设通知的指导原则，积极推动国家电网公司节能服务体系建设工作，引入效益分享型合同能源管理模式（EPC）［2］，积极探索电网企业降损节能的最新方法和途径，利用节能新技术、新产品，实施配电网综合节能与提高电能质量项目，既可降低配电网损耗，又提高了配电供电质量，实现了配电网改造项目工作模式的创新，有效解决“三率”问题，拓宽配电网改造渠道，推动了国网自身实现节能减排工作的开展。

1 山东省配电网现状

1.1 配电网规模

山东省配电网共有10 kV线路1.58万条、总长度20.53万km，10 kV变压器23.81万台、总容量4 478.66万VA（其中农村配电网共有10 kV线路9 837条、总长度15.72万km，10 kV变压器18.73万台、总容量2 674.32万VA）。趸售公司电网资产上划后，由于部分配电网线路线径截面小，供电半径大，无功补偿比例偏低，导致线路和配电台区损耗较高，“三率”问题亟待解决。

1.210 kV线路存在问题

10 kV配电网络及其线路广泛采用大树干、多分支的单向辐射型供电方式［3］。这些线路的特点是负荷率低，负荷季节性波动大，配电变压器的平均负荷率低，供电半径长，无功功率消耗多，功率因数低，线路损耗大，末端电压质量差。

1.3 公用台区存在问题

负荷波动较大。由于农业生产的季节性和农村务工人员的流动性，以及居民客户昼夜时段性差异，导致电网负荷波动较大，配电变压器长期“大马拉小车”造成损耗较高。农村配电变压器长期空载运行，导致相应的低压补偿设备长期不能投运，电容投运率极低，不能达到预期补偿效果。

配电变压器三相负荷不平衡情况普遍存在，影响变压器出力，并增加了损耗，严重时会烧毁配电变压器。

电压合格率低。农网末端客户距变压器远，电压低，设备无法正常运行，为兼顾末端负荷，需调高变压器出口电压，导致首端电压轻载时过高，用电设备寿命缩短且损耗大幅增加。

功率因数变化频繁，运行状况复杂。由于电网结构不合理、负荷季节性强、配电变压器负载率低，从而造成台区功率因数变化频繁，线损率居高不下。

无功补偿容量不足。目前山东省公司10 kV线路均未配置无功补偿装置，台区无功补偿比例仅为6.5%，远低于20%～40%的推荐标准。

2 配电网节能降损技术方案

2.1 技术措施

根据国家电网公司有关技术标准，按照无功补偿以“配电变压器低压侧集中补偿为主、低压分散补偿以及10 kV线路补偿为辅”的原则，对供电电压质量、功率因数不达标的配电线路及台区装设自动无功补偿装置。

新装10 kV线路电压提升装置。对近期无线路改造计划的供电半径较长、末端电压较低的10 kV配电线路，新装中压线路电压提升装置，改善线路的供电电压质量。

安装10 kV线路自动无功补偿装置［4］。对功率因数在0.9以下、供电半径超过6 km的10 kV配电线路以及对功率因数在0.9～0.92、供电半径超过10 km的10 kV配电线路，安装线路自动无功补偿装置。

合理配置低压无功补偿装置。对无功补偿容量不足、配电变压器功率因数低于0.9的100 kVA及以上的公用配电变压器，配置低压台区无功优化补偿装置。对供电半径超过500 m、末端电压偏低的低压线路，安装支线末端电压提升装置。

更换高耗能变压器。降低变压器空载损耗和负载损耗。

2.2 可行性验证

为了验证技术方案的可行性，经过调研，挑选了临沂兰山区综合线损较高、公用变压器比例较大的10 kV唐庄线进行节能改造效果测试。该线总长29.6km，公用配电变压器29台，平均负荷1700kVA，平均功率因数0.79。根据实际情况，安装了16台低压无功补偿设备、更换2台非晶合金配电变压器，现场测试节能效果明显。

结合现场测试结果，确定5种典型的可选方案，测算节能效果。

方案1。只安装台区低压侧无功补偿装置，将16个台区无功补偿装置分为4组进行测试，功率因数平均提高0.10，相电压平均提升10 V，电压不平衡度平均降低3.4%。

方案2。只安装10 kV线路无功补偿装置，线路功率因数从0.80提到0.90，无功潮流从637 kvar降至363 kvar。

方案3。更换新型节能变压器，按6台100 kVA的S7配电变压器全部更换为非晶合金变压器计算，平均每台空载损耗可由348 W降为75 W，但电压提升效果不明显。

方案4。同时安装10 kV线路和低压台区无功补偿装置，按照线路安装1台高压电容器，16台低压电容器计算，线路功率因数可从0.80提高到0.95，无功潮流可从637 kvar降至279 kvar，低压台区功率因数可达0.95以上。

方案5。安装高低压无功补偿装置并更换非晶合金配电变压器。高低压侧无功补偿主要降低中低压线路及负荷损耗，更换节能变压器主要降低配电变压器损耗。

各方案经济性比较见表1。

测算结果说明，只安装台区低压侧无功补偿装置对单个台区无功补偿效果明显，适合于线路上高耗能台区较少的情况；只安装10 kV线路无功补偿装置方案适合于供电半径长，无功缺额大，负荷集中的10 kV线路，但对台区补偿不足；同时安装10 kV线路和低压台区无功补偿装置方案补偿效果好，适于10 kV线路及多数台区无功缺额均较大的情况；更换节能变压器方案可以降低配变空载损耗，投资回收周期相对较长。综上所述，最佳方案是根据线路具体实际，采取综合改造方案，既可达到最佳节能降损，又可达到电压提升效果。

表1 方案经济性比较

3 试点建设情况

根据技术方案要求，细化落实节能降损实施方案，在济南、临沂、枣庄等地开展配电网综合节能改造项目试点建设，编制实施方案和现场施工规范，2013年3月底完成各试点单位共计985个低压台区节能改造。

3.1 节电量分析方法和范围

为准确计算试点项目节电效果，采用装置实测法和统计线损法两种方式［5］，分别计算试点选择范围的节电量，并进行分析比较验证。装置实测法按照“国家电网公司营销市场〔2012〕60号文件”规定的计算方法，由设备生产厂根据现场装置记录的无功补偿量，计算每台装置产生的节电量。统计线损法是由试点单位抄录装置投切前后的供、售电量，进行线损统计，根据线损变化计算节电量，测试时间为装置投运和退运各3天。装置投运时间为2013年5月19日0时至22日0时，装置退运时间为5月23日0时至26日0时。

为保证数据的完整性、真实性和可比性，在分析时选择临沂、枣庄、济南各5条用电信息采集效果好、补偿设备数据采集全的线路上的249个低压台区进行统计、计算和分析。

3.2 装置实测法计算节电量

按照选定的范围，设备生产厂对临沂、枣庄和济南长清的249个装置的数据进行远方采集，并依据每15 min无功补偿量，采用上述方法计算节电量，3天节电量为节电量累加值。结果见表2。

由表2可以看出，测试期间，临沂节电量为11 305.64 kWh，枣庄节电量为7 395.72 kWh，济南长清节电量为6 522.39 kWh。

3.3 统计线损法计算节电量

试点线路分别统计装置投运、退出期间的供售电量及线损率，据此计算出节电量。测试结果如见表3。

通过表3可知，临沂节电量为10 476.5 kWh，枣庄节电量为7 770.89 kWh，济南长清节电量为5 506.1 kWh。

3.4 装置实测法与统计线损法节电量比较

采用装置实测法和统计线损法比较装置的节电量，结果见表4。由表4可知，两种方法计算的节电量差别不大。因此，装置实测法的节电量可作为进一步分析的依据。

3.5 年节电量计算

从3个地区历史数据看，5月的电量基本与该地区年度月平均电量一致，依据装置实测法所得节电量，可估算测试范围内年节电量。测试范围的年节电量估算结果见表5。

表2 实测法统计补偿装置节电量

表3 线损法统计线路节电量

表4 两种方法统计装置节电量对比

表5 测试范围的年节电量估算结果

4 电能质量改善分析

4.1 功率因数提升

选取节能效果明显的20个台区分析。按照配电网综合节能装置投运前、后的实测数据，依据每15 min采集一次数据计算出各台装置在对应时刻的功率因数提升值。20个台区装置投入前后（即补偿前后）平均功率因数的对比如图1所示。测试范围内，装置投运后平均功率因数由0.8提升至0.94，最大提升率为42.54%。

图1 测试范围内平均功率因数提升对比

典型台区分析。济南长清纪店村台区装置投运与否对比见图2，可以看出，装置投运后功率因数得到明显提升，最大提升率为9.01%。

4.2 电压提升

选取电压提升效果明显的20个台区分析。按照配电网综合节能装置投运前、后的实测数据，每15min采集一次数据，选取投退前后负载率相近的2天，将对应时刻的电压值进行对比，如图3所示。选取范围内装置投运后，安装点电压平均提升6.7V，最大提升8.76V。

图2 典型台区平均功率因数提升对比

图3 测试范围内台区电压提升对比

典型台区分析。临沂兰山区后耿卜村北台区电压提升对比见图4。装置投运后提升安装点电压，最大提升5.84 V。

图4 典型台区电压提升对比

末端电压提升效果。根据用电信息采集系统召测的智能电表电压数据和试点单位现场人员实地测量，装置投运后末端用户电压最大提升8.8 V。

4.3 三相电压不平衡度改善

选取三相电压不平衡改善明显的20个台区分析。按照装置投运前后6天的实测数据，选取投运前后负载率相近的2天，将每日19时三相电压不平衡度进行对比，如图5所示。装置投运后可降低三相不平衡度，平均降低0.95%，最大台区降低2.51%。

图5 测试范围内台区三相不平衡提升对比

典型台区分析。临沂兰山区后耿卜村北台区如图2~6所示，装置投运后可降低三相不平衡度，在20∶00最大降低3.26%。

图6 典型台区三相不平衡提升对比

综合改造方案对配电网供电质量有明显改善，可推广应用。试点建设中，典型台区平均功率因数由0.80提升至0.94，平均提升率为17.5%，最大提升率为42.54%；典型台区电压平均提升6.7 V，末端电压最大提升8.8 V；典型台区三相电压不平衡度有效降低，平均降低0.95%，最大降低3.26%。

在试点建设经验基础上，编制了山东省22 075个低压台区节能改造推广方案，推广项目共投资48 200万元，预计可实现年节电量2.71亿kWh，投资回收期为4.59 a。

5 结语

在配电网节能改造中，应用基于合同能源管理的配电网节能改造合作模式，建立了配电网节能降损改造项目管理组织体系，制定了项目管理办法与考核流程。对配电网节能降损项目实施全过程管控，规范项目改造范围确定工作流程，明确项目改造内容及改造范围确定原则，严格项目立项审批、项目实施分工和进度控制。实现了配电网电压合格率和供电可靠率的提高，降低三相不平衡率和线损率，大幅改善农村供电“三率”，进一步提升优质服务水平，提高客户满意度。配电网节能降损改造工作对提高能源效率、推动节能服务体系建设具有重要意义。

［1］肖湘宁，陶顺，徐永海.电能质量手册［M］.北京：中国电力出版社，2010.

［2］袁海臻，高小钧，杨春权，等.我国合同能源管理的现状、存在问题及对策［J］.能源技术经济，2011，23（1）：58-61.

［3］汤丹菁.配电网节能降损的研究［J］.能源工程，2009（3）：51-53.

［4］宣磊，杨晴，莫海峰，等.配电网节能降损应用技术研究［J］.信息技术与信息化，2014（5）：235-240.

［5］盛万兴，孟晓丽.配电系统综合节能技术［M］.北京：中国电力出版社，2010.

Optimized Program and Application of Energy-saving and Loss-reduction for Shandong Power Distribution Network

HAN Kecun1，LI Kaican2

（1.State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China；2.State Grid Jining Power Supply Company，Jining 272000，China）

Distribution network is an important component of the power grid.Comprehensive management of the distribution network“three rates”（power supply reliability，voltage qualified rate and line loss suggestions）is a system engineering.In compliance with the guideline on construction of the energy conservation system promulgated by State Grid Corporation，new methods and ways of saving energy and reducing loss of power grid enterprises under exploration with the benefit sharing contract energy management（energy performance contracting，EPC）introduced and new energy-saving techno logies and products used.In view of the present situation of Shandong power distribution network，technical feasibility research is carried out on multiple technical solutions for energy conservation and loss reduction.Practice in the whole province shows that it has achieved obvious economic benefits and social benefits.

distribution network；energy-saving and loss-reduction；power quality

TM714.3

B

1007－9904（2015）02－0036－06

2014-11-23

韩克存（1976），男，高级工程师，从事高电压技术监督和无功电压及电能质量工作；

李开灿（1983），女，工程师，从事无功电压及电能质量工作。