農村低壓配電網理論線損計算及降損措施研究

王彪，鄭濤，倪斌，李斌，李曉松，高瓊

(1.長沙理工大學電氣與信息工程學院，湖南 長沙 410004;2.岳陽市臨湘電業局，湖南 岳陽414300)

農村低壓配電網理論線損計算及降損措施研究

王彪1，鄭濤2，倪斌2，李斌2，李曉松1，高瓊1

(1.長沙理工大學電氣與信息工程學院，湖南 長沙 410004;2.岳陽市臨湘電業局，湖南 岳陽414300)

針對臨湘市低壓配電網典型臺區，在現場繪制圖紙并多次錄取相關數據的基礎上，用等值電阻法計算其理論線損。根據現場調研結合實際及目前農村電網存在的問題提出降損措施。

理論線損;等值電阻法;降損

1 引言

電能損耗是客觀存在于電網傳輸和配送電能過程中的現象，線損率是衡量電力企業經濟技術的一項重要指標［1－5］。準確的理論線損計算將為分析線損構成、制定降損措施提供依據。然而，由于農村低壓臺區具有電網結構復雜、線路結構參數繁多且常有新用戶接入，用電季節性、運行數據難以采集及歷史資料不全等特點［4］，因此，如何較準確的計算理論線損，并加以分析，以優化網絡結構和降低損耗，多數電力企業為之困擾。

本文在現場采集大量相關數據并繪制電網結構圖的基礎上，從線路結構及參數、負荷變化特點到理論線損的計算，進行了較為全面的研究，為臨湘市供電局在農網改造、規劃及管理等方面提供了重要依據。

2 基于等值電阻法的理論線損計算

2.1 基本原理

用等值電阻法計算線損的基本思想是:在低壓配電線路的首端處設想有一個等值的線路電阻Req，線路首端的總電流I流過Req產生的損耗與線路各支路的電流Ii通過相應支路的電阻Ri產生的損耗總和相等［1，2］。理論線損計算模型如下:

式中:N—配電變壓器低壓出口電網結構系數，單相兩線制供電取2，三相三線制供電取3，三相四線制供電取3.5;K—線路首端負荷形狀系數;Req—低壓線路等值電阻(Ω);Ipj—線路首端平均電流(A);T—線路實際運行時間(h)。

采用該方法僅要求測量變壓器出口處的運行數據，避免了收集和整理各負荷點運行數據的大量工作，但要求假設各負荷點功率因數相同以及各節點電壓相同，在一定程度上降低了精度。

2.2 有關參數的確定

(1)負荷形狀系數

低壓線路負荷形狀系數K是描述低壓線路首端負荷變化特征的一個參數，定義為線路首端負荷電流的均方根值(Ijf)與平均值(Ipj)之比，即

關于K負荷形狀系數的計算，最關鍵問題是如何選取代表日，對此，許多文獻做了介紹［4］，但由于農村低壓配電網結構的復雜性，很難從理論上給出一個通用的原則。

我們根據農網特點及對過去用電情況的分析，在較長一段時間內選取了多個代表日，記錄有關數據，根據式(2)得到8個臺區的負荷形狀系數K，如表1所示。

(2)等值電阻

等值電阻Req的計算依賴于線路結構及其參數和各用戶的用電記錄，且一般先從簡化線路結構——劃分計算線段著手。但從現場得到的線路結構圖來看，幾乎不能做出對其劃分計算線段的簡化，因為，實際中一般不存在“線路長度及截面相同”的線段。因此，只能按照線路的實際結構進行計算，即每一段線路(包括接戶線)為一計算線段，工作量相當大。

表1 8個臺區代表日負荷形狀系數

根據實際線路結構圖，選取抄表率為100%的月份的用戶用電量數據來計算線路的等值電阻，其計算公式如下:

式中，第j段導線的電阻Rj=rσj×lj(Ω)，rσj—第j段導線的單位長度電阻值(Ω);lj—第j段的導線長度(km);Aj—第j段線路上低壓用戶電能表抄見電量(kWh);Nj—第j段線路的電網結構系數;n—計算線路上低壓用戶總數。根據式(3)得到8個臺區的等值電阻如表2所示。

表2 臺區線路等值電阻(單位:Ω)

(3)線路首端平均電流

通過采集臺區典型代表日24小時的數據，包括三相電壓值、三相電流值、有功電量、無功電量、功率因數等來完成線路首端平均電流的計算。主要有以下三種方法:

式中，Upj—代表日三相平均電壓(kV);Apg、Aqg——配電變壓器低壓側出口有功電量(kWh)和無功電量(kvarh);cosφpj—代表日平均功率因數;T1為代表日低壓線路的運行時間(h)。

選取兩個典型臺區，按照上述方法計算得到線路首端平均電流見表3。用三種方法計算結果差別不是很大，但方法一、方法三所需要的數據每小時都是在不斷的變化，對數據采集要求高，處理難度大，會有少許誤差，方法二所用數據主要由電能表測量，結果較為精確。

表3 代表日臺區首端平均電流(單位:A)

2.3 損耗計算

(1)電能表損耗

單相電能表每月每只按1kWh計算，而三相電能表每月每只按3kWh計算。接戶線已計入線路結構圖即等值電阻中，故不再考慮其損耗。

(2)線路損耗

農村低壓配電網多為三相四線制線路，且多數時間三相負荷存在不對稱，本處計算不考慮三相不平衡問題，將中線電能損耗納入其中，取結構系數N=3.5。由式(1)計算可得8個臺區在所選代表日當月的理論線損結果如表4所示。

3 線損分析及降損措施

3.1 影響損耗的原因分析

(1)三相負荷不平衡。當前農村電網三相負荷不平衡現象普遍存在，部分地區三相負荷分布嚴重不均，導致額外的電能損耗增加。導致三相負荷不平衡的原因可能為:①農村用戶絕大部分為單相生活用電，單相負載接線基本是按數量在三相上平均分配;有的地區線路陳舊，甚至分不清ABC三相，因而新增用戶隨意接線，導致三相的接線在數量上也出現較大的差異;③由于農民經濟狀況不均衡，各用戶家用電器的增添及其用電量的差異越發明顯;④用戶用電分時段的差異，在白天負荷時段，三相負載基本平衡，晚上負荷高峰時段不平衡程度相當嚴重。這類負載的特點是三相生產和單相生活用電量都很大。白天主要是生產用電，三相電壓較平衡。因單相生活用電在三相上分配不均，形成晚上生活用電高峰時段三相電流不平衡;④有的三相負載不平衡隨季節變化，這是由于各季節三相生產用電和單相生活用電的比例在變化，而單相負載在三相上分配不均造成的;⑤各相負載電流大小隨時間變化，在這一時間里這一相電流大，而在另一時間里另外一相電流又相對較大。這反映了單相負載波動大，而該波動在三相上是不同步的。

表4 理論線損計算結果(%)

(2)配電網導線種類繁多且陳舊老化。從筆者在現場繪制的供電網線路結構圖了解到，配電網導線種類繁多，特別是進戶線，其中有些導線電阻率非常高。部分線路陳舊老化，且截面過小等等，這些將導致線路電阻變大，因而線損值較大。

(3)變壓器不在負荷中心。部分臺區變壓器所處位置不在供電負荷中心，甚至一端供電，使得供電半徑較大、壓降變大，等值電阻大大增加，線損也相應增加。

(4)變壓器負荷率低。農村用電主要以照明為主，一些經濟還不太發達的地區負荷非常小，但配備電壓器容量較大，存在大馬拉小車的現象，許多變壓器近似空載運行，負荷率低，損耗大。

(5)管理不嚴。筆者在進行現場繪制圖紙的過程中，遇到不少竊電盜電事例，這是臺區線損增大的一個重要原因。

3.2 降損建議

(1)重新規劃，改造陳舊線路。由于農村經濟落后，許多地方電網規劃不合理，線路結構十分復雜，亂接亂搭現象非常嚴重;大部分臺區的配電線路陳舊，線徑小且用線混亂，導致電能損耗加劇。重新規劃并改造陳舊的線路是降低損耗的有效措施之一。

(2)根據臺區用電負荷大小選取變壓器容量，增設變壓器。部分臺區用戶分布較散，負荷低，但所屬一個變電臺區，由一臺變壓器供電且變壓器容量大，這樣一來變壓器供電半徑巨大，供電線路過長，壓降大，且變壓器負荷率小，多數時間空載運行，導致損耗嚴重。供電部門可根據臺區負荷特點選擇變壓器容量并合理布局變壓器位置，適當增設變壓器。

(3)調整變壓器位置使之處在負荷中心。部分變壓器所處位置不在供電負荷中心，甚至一端供電，使得供電半徑較大、壓降變大，等值電阻大大增加，線損也相應增加。因此，調整好變壓器位置也是降低損耗的重要舉措之一。

(4)相關工作人員定期監控負荷情況，調整三相負荷，盡量使三相負載均衡。大多數臺區存在嚴重的三相不平衡現象，這是困擾降損工作者已久的問題。由前文提到的農村用電的種種特點，導致了三相不平衡現象以及額外線路損耗的不可避免性，但過于嚴重的三相不平衡狀況可以通過人為的調整加以控制。因此，由過嚴重三相不平衡導致的額外線損率還有較大的減小空間。

(5)做好管理工作，加大巡查力度，防止竊電現象的發生。從上文的理論線損值以及以往的學者對農網理論線損計算的結果來看(允許一定的誤差值)，理論值的大小遠遠不及實際線損值，這就說明存在管理上的問題，管理線損占整個線損的絕大部分，做好管理工作對電力企業效益的提高具有明顯的作用。

3.3 降損實例分析

以臨湘市低壓配電臺區“長江六組變”為例，移動其變壓器位置，使之接近負荷中心，其配電圖如圖1。

圖1 長江六組變臺區電網結構圖

從圖1中可以看出，變壓器原來處在較邊緣的位置。現根據所繪線路結構圖走向及其線路的長短，以及各支路的負荷大小，選擇變壓器向各向供電負荷較為平均的位置如圖1所示。

移動變壓器后長江六組的數據對比如表5所示。表中的計算結果對比顯示變壓器在移動至負荷中心后的等值電阻有大幅度的降低，線路損耗隨之相應減少。表明了對于不在負荷中心供電的低壓臺區，重新計算規劃好變壓器的位置對于降低線路損耗是非常有效的措施之一。

表5 長江六組變壓器移動前后計算結果對比

4 結束語

線損管理是電力企業提高供電水平，增強企業能力，增加企業經濟效益的重要舉措。本次對臨湘市農網的理論線損計算旨在通過大量實錄數據較精準的計算配電臺區理論線損，證明電網規劃的合理性，將理論線損值控制在合理范圍之內，并通過在計算過程中發現的問題及存在的缺陷提出相應的改善措施，優化農村電網結構。結果表明，農村電網的線損還有大量的降損空間，電力部門做好降損及管理工作對企業效益的提高有著重要的意義。

［1］ 廖學琦．農網線損計算分析與降損措施［M］．2版，北京:中國水利水電出版社，2008．

［2］ 虞忠年，陳星鶯，劉昊．電力網電能損耗［M］．北京:中國電力出版社，2000．

［3］ 余衛國，熊幼京，周新風，等．電力網技術線損分析及降損對策［J］．電網技術，2006，30(18):54 －57，63．

［4］ 吳崇勇．農村低壓電網線損的理論分析及降損措施［J］．農機化研究，2004，(4):57 －58．

［5］ 譚勁．三相不平衡運行附加線損的定量分析及降低［J］．曲靖師范學院學報，2005，24(6):74 －77．

［6］ 李健榮．降低配電網絡損耗的方法［J］．云南電力技術，2006，34(3):22－24．

［7］ 趙永初．10Kv及以下配電網降低損耗措施［J］．湖南農機，2011，38(9):27－28．

Calculation on Theoretical Line Loss of Rural Low-voltage Distribution
Network and Study on Loss Reduction M easures

WANG Biao1，ZHENG Tao2，NIBin2，LIBin2，LIXiao-song1，GAO Qiong1
(1.School of Electrical Engineering and Information，Changsha University of Science ＆ Technology，Changsha 410004，China;2.Linxiang Electric Power Bureau，Yueyang 414300 China)

According to the typical transformer powered areas of rural low-voltage distribution in LIN Xiang city，calculating the theoretical line losswith equivalent resistancemethod on the basis of field drawing and deeply collecting the data.Then，putting forward some reduction measures in accerdance with the field research and the existence problem of rural distribution network at present.

theoretical line loss;equivalent resistancemethod;loss reduction

TM72

B

1004－289X(2013)03－0028－05

2013－01－30