基于優先級排序的配電線路改造措施分析

葛江北，黃偉，魏志蓮，盧苗

（1.華北電力大學輸配電研究所，北京 102206；2.中國電力科學研究院，北京 100192）

電能是各行各業中應用最廣泛的一種二次能源，電能的輸送、分配和控制既簡便又經濟，因此得到了廣泛應用。配電網中電能通過配電線路進行傳輸，配電線路是配電網的主要組成部分。電力網在輸送和分配電能的過程中，由于設備存在著阻抗，電流流過時，就會產生一定數量的有功功率損耗[1]，而配電線路的損耗尤重。相關資料表明，配電線路的損耗可達配電網損耗的50%以上。因此，配電線路改造是電力公司的重要工作。但是電力公司進行線路改造時，往往偏重某一方面，如注重線路材料的選擇以達到降損目的[2]，而較少從整體角度對線路改造進行規劃。雖然投入了大量資金，效果卻并不顯著。針對這個問題，本文提出了優先級順序的概念，從線路指標角度和經濟性角度出發，對線路改造方式進行判定，并對相關改造方式進行經濟性的比較，從而確定配電線路改造措施的優先級順序。

1 配電線路改造措施分類

配電線路改造措施多種多樣，具體改造形式依據實際情況不同而不同。總體來講，分為8類。

1）配電線路經濟運行。不同的導線按照其型號不同和線路的最大負荷利用小時數，即可得到線路的經濟電流密度，據此可得到導線的經濟電流。導線按照經濟電流運行，即為配電線路經濟運行。

2）更換配電線路。此處配電線路更換是指線路同線徑更換。實際工作中，由于運行時間過長，設備老化等，可能會威脅到線路的安全穩定運行，此時，可對線路進行同容量更換，以滿足電網安全穩定的要求。

3）配電線路切改。配電線路切改往往由于線路過長，線路負荷過重，短時間內無法對線路進行改造，附近又存在可以利用的電源點，此時，在線路和新電源點之間新建一段線路，并加裝開關，將線路一部分負荷倒向新的電源點，稱之為線路切改。線路切改通過負荷分流，以達到降低線路負載率和損耗的目的。

4）無功補償。配電線路的功率因數和其下所掛的配電變壓器息息相關，因此，無功補償包括線路無功補償和配電變壓器無功補償[3-4]。實際工作中無功補償一般是配電變壓器無功補償，線路無功補償應用較少，且一般是試點工程。線路無功補償可與配電變壓器無功補償相結合，以達到無功補償的優化。

5）更換粗徑導線。當線路負荷過重，線路電流偏大，負載率不滿足要求時，威脅電網地安全穩定運行，可將線路更換為粗徑導線，同時亦可降低線損。

6）新建配電線路。新建配電線路，可能是由于對某負荷進行雙電源改造，或某線路負荷過重，新建配電線路分擔部分負荷。

7）使用線路調壓器。線路調壓器往往用于過長線路。尤其是農網中某些線路，遠遠超過了線路的供電半徑，此時無法保證線路的末端電壓，可使用線路調壓器。目前，該措施已在西安等地實施，但尚未推廣。

8）主變調壓。主變調壓即通過調節主變分接頭進行線路首端電壓的調整，其主要用于線路電壓偏差過大的情況。

2 考核指標分析

欲改造配電線路，需將配電線路挑選出來。此時，應從線路運行的實際狀況出發，進行改造措施的判定。反映線路運行狀況的主要是一些指標，如負載率、功率因素等。因此，將首先從指標角度進行考核，確定不同情況下所應選擇的改造方案。

配電線路的考核指標主要包括負載率、功率因數、電壓偏差、供電半徑、運行年限等。

1）負載率。負載率計算如式（1）所示：

式中，茁為線路負載率；I為線路首端實際電流；Ie為線路最大容許載流量。

配電線路的負載率過高，會影響電力系統的安全穩定運行，因此，重載線路應強制對其進行改造。此時應結合線路的功率因數進行判定，確定重載原因，如果線路的功率因素不滿足要求，應首先進行無功補償。

2）功率因數。功率因數計算如式（2）所示：

式中，cos準為功率因數；P為線路有功負荷；Q為線路無功負荷。

功率因數是供用電系統的一項重要考核指標，反映了線路傳輸有功功率的同時所需的無功功率。從功率因數角度考慮，主要是對功率因數不滿足要求的配電線路進行無功補償。

需要說明的是，功率因數不滿足要求可能并不會影響電力系統的安全穩定運行，但其可能出現在重載的配電線路中，因此對重載線路應同時考慮功率因數問題。

3）電壓偏差。電壓偏差是線路考核的重要指標，依據相關規程規定，10 kV及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的依7%。線路電壓偏差過大，會影響低壓用戶的電能質量，降低設備的使用壽命。電壓偏差引起的原因較多，可能是由于線路過長，供電半徑過大；也可能由于線路負荷過重或是線路無功補償不足；或是線路首端即變電站出線母線電壓偏低，此時需進行主變調分接頭。

4）供電半徑。線路供電半徑過長，會引起電壓降低、損耗增大等問題，依據相關規程，不同負荷密度下，10 kV配電線路供電半徑如表1所示[5]。

表1 線路供電半徑

供電半徑過長的線路往往采用線路切改改造方案。

5）運行年限。運行年限反映線路的老舊程度，運行年限過長會引起絕緣老化、損耗增加等問題。運行年限過長的線路可對其進行改造，問題不嚴重時線路也可繼續運行。因此，運行年限過長的線路，若其他指標不滿足要求，應優先依據其他指標確定改造方式；如其他指標均滿足要求又要求對其進行改造時，往往采用線路更換的改造方式。

從各指標的分析可以看出，不同的指標反映了線路不同的運行狀況，通過以上的分析，從指標角度可進行線路改造方式的判定，如圖1所示。

圖1 改造方式判定圖

3 經濟性比較

通過指標分析，將不同情況下可能的改造措施給出。可以看出，圖1進行框圖6的判定時，有多個改造方式可供選擇。這里將從經濟性角度出發，對改造方式的經濟性進行定性分析，從而實現改造方式的優選。

根據圖1，需要進行經濟性比較的主要是配電線路經濟運行、線路切改、新建線路和更換粗徑導線。

1）配電線路經濟運行。配電線路經濟運行主要通過倒負荷使線路在其經濟電流附近區域運行，以達到降損節能的目的。從經濟性角度來講，其投資較小，基本為0，以A1表示其投資，則A1抑0，效益卻相對顯著；而對于線路切改、新建線路和更換粗徑導線，其投資皆相對較大。因此，配電線路經濟運行經濟性較優，應優先采用配電線路經濟運行。

2）線路切改。線路切改投資往往為一臺分斷開關或新建一小段線路，相對于新建線路和更換粗徑導線要小很多。同時，線路切改仍存在一定的降損效益。因此，線路切改經濟性優于新建線路和更換粗徑導線，應優先采用此改造方案。但需要說明的是，具體到圖1中框圖6的判定邏輯，此時的線路切改并不是由于供電半徑過長，純粹是由于負荷過重，通過線路切改進行分負荷，這種情況下線路切改的投資雖然較少，但周圍必須有適當的電源點。

3）新建線路和更換粗徑導線的比較。對新建線路和更換粗徑導線，分別設其投資為A2和A3，效益為△A2和△A3。

同樣重載情況下，新建線路只需承擔原重載線路部分負荷，而更換粗徑導線則要把原線路所有負荷帶起來。因此，更換粗徑導線選用線路規格稍高，單就線路材料的投資，更換粗徑導線的投資較高。

但更換粗徑導線可能并不需要進行架桿建設，而只需在原線路的基礎之上進行改造即可；新建線路則需要架設桿塔等，桿塔建設等使新建線路的投資較高。總體來講，2種改造方式投資的大小需依據不同的情況確定，A2和A3無法定性區分其大小。

對于新建線路，其降損效益計算如式（3）所示：

式中，△A2為新建線路降損效益；△P1為新建線路之前原線路損耗；△P1'為新建線路之后原線路損耗；△P2為新建線路的損耗；△P01為新建線路之前原線路空載損耗；△Pki為新建線路之前原線路負載損耗；茁1為新建線路之前原線路負載率；△P01'為新建線路之后原線路空載損耗；△P'ki為新建線路之后原線路負載損耗；茁1'為新建線路之后原線路負載率；△P02為新建線路空載損耗；△Pk2為新建線路負載損耗；茁2為新建線路負載率。

新建線路之前和新建線路之后原線路的空載損耗不變，即△P01=△P01'，則式（3）可化為式（4）：

更換粗徑導線的降損效益如式（5）所示：

式中，△A3為更換粗徑導線降損效益；△P3為原線路損耗；△P3'為更換線路損耗；△P03為原線路空載損耗；△Pk3為原線路負載損耗；茁3為原線路負載率；△P03'為更換導線空載損耗；△P'k3為更換導線負載損耗；茁3'為更換導線負載率。

對新建線路和更換粗徑導線進行經濟性比較，設線路使用年限為n年，進行式（6）的判定：

若滿足式（6），表明運行年限n年之內，新建線路相對于更換粗徑導線多出的投資不能通過其n年內多出的效益進行回收，即更換粗徑導線相對更為經濟；反之，不滿足該式，表明新建線路更為經濟。則，圖1中判定至框圖6時，進行配電線路經濟運行、線路切改、新建線路和更換粗徑導線的選擇時，對其經濟性的判定如圖2所示。

圖2 經濟性比較判定圖

通過圖1和圖2，從指標角度和經濟性角度完成了線路改造措施的優先級排序，從而實現線路改造措施的優選。

4 實際例子

以某地2008年配電線路改造方案為例，該地某110 kV變電站正陽街路2007年冬季最大負荷已超過460 A，導線的型號為JKLYJ-185，線路已嚴重過載。

其改造方案為線路切改，在正陽街某桿加裝分段開關1臺，將其以東的負荷約80 A倒入七里莊路，切改后正陽街路預計最大負荷為380 A，七里莊路預計負荷為370 A，二者均可滿足要求。

該改造方案通過切改消除了線路重載的安全隱患問題，可以看出，該方案只考核了線路負載率指標，對功率因數和供電半徑等其他指標并沒有進行考核，因此，建議對此改造方案改進如下。

1）進行線路功率因數的計算，以判定線路功率因數是否滿足要求，如功率因數不滿足要求，應首先進行無功補償。

2）在線路功率因數滿足要求的情況下，應對線路的供電半徑進行判定，如線路的供電半徑過長，可進行線路切改。

3）如線路功率因數和供電半徑均滿足要求，應依據圖2的改造方式進行判定。應優先進行配電線路經濟運行，如不能進行配電線路經濟運行，附近又有合適的電源點（實際改造方案已進行切改），則線路可進行切改。

5 結語

1）線路指標反映了線路運行的實際狀況，應優先按照線路指標進行改造措施的選擇。

2）存在不同的改造措施時，可通過線路的經濟性比較以判定采用何種改造方式更為經濟。

3）重載線路應結合線路功率因數進行判定，以確定線路重載的原因，從而確定具體改造方式。

4）線路改造的諸多改造方式中，配電線路經濟運行最為經濟，線路只要可以進行配電線路經濟運行，均推薦采用此措施。

5）線路切改一般用于重載和供電半徑過長的情況。重載情況下，由于線路切改的經濟性較好，因此，在不能進行配電線路經濟運行的情況下，推薦優先進行線路切改。

綜上所述，配電線路改造應依據實際指標的差異和各改造措施的經濟性，在不同的情況下采用不同的改造措施。電力公司進行配電線路改造工作時，應綜合統籌考慮，依據實際情況實現線路改造措施的優選，從而改進實際工作，實現資金的合理利用。

[1]靳艷秋，趙宇.配電系統的線損及降損節能的措施[J].黑龍江電力，2008，30（4）：305-307.

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[3]李泳泉，金華芳，胡惜超.10 kV配電線路無功補償的選擇[J].電力電容器與無功補償，2008，29（2）：1-5.

[4]王長生，佟科，焦燕麗.降低線路損耗的無功補償[J].節能技術，2002，20（5）：14-17.

[5]趙全樂.線損管理手冊[M].北京：中國電力出版社，2007：128-129.