農(nóng)村配電網(wǎng)臺區(qū)節(jié)能關鍵技術研究及應用

王紀旋，王文林

（1. 合肥工業(yè)大學電氣與自動化工程學院，安徽 合肥230009；2.國網(wǎng)安徽省電力有限公司黃山供電公司，安徽 黃山245000）

線損率的高低能有效地反映電網(wǎng)架構(gòu)或企業(yè)管理的問題所在，在國家電網(wǎng)有限公司要求深度治理線損的大背景下，如何省時又高效地治理好低壓臺區(qū)線損成為了各地市公司營銷部門的首要目標，尤其是農(nóng)網(wǎng)改造實施后，各地市公司對低壓線損越來越重視，也通過研究各種方法來降低低壓線損[1-3]。根據(jù)相關文獻報道，低壓電網(wǎng)三相負荷不平衡時，線損率最高可達平衡時線損率的6～9倍，增加低壓網(wǎng)絡電能損耗。同時導致配變重載相滿載時，輕載相尚有富余，配變最大出力下降。

1 季節(jié)性負荷下配電臺區(qū)暴露的問題

黃山地區(qū)季節(jié)性負荷特性明顯，特別是“黃山毛峰與太平猴魁”采摘與制茶到來之時，農(nóng)村臺區(qū)三相配電負荷極不平衡，線損較高，茶季制茶期間用電負荷劇增，主要負荷為相間電阻加熱絲（380 V）、三相鼠籠電動機等制茶設備，熱電阻設備跨接在兩相之間，導致現(xiàn)場三相不平衡嚴重，線損較高。居民單相用電接入，未做到三相平衡，茶季結(jié)束后線損率仍處于相對較高水平。

線路末段電壓偏低，無功補償不足矛盾突出，在茶季用電高峰期9:00—20:00，農(nóng)戶分散的大量制茶生產(chǎn)線投入使用，使得臺區(qū)有功、無功負荷急劇增加，導致用戶末端電壓偏低（相電壓180 V 左右）。同時存在制茶生產(chǎn)線缺乏無功就地補償（實測每戶缺口約10 kvar），臺區(qū)JP 柜原有無功補償設備存在控制器損壞、控制回路失電、復合開關故障、電容器損壞等情況，需進行無功補償治理。

季節(jié)性負荷結(jié)束后，變壓器整體利用率偏低。茶季期間用電負荷很大，所有變壓器投入使用，茶季結(jié)束后臺區(qū)負載急劇下降，變壓器負載率很低，鐵損依然存在。

1.1 低壓配電網(wǎng)供電負荷的不平衡度，對線損的影響計算分析

圖1 電力用戶計量示意圖

假設A、B、C三相線路及中性線線路電阻均為R（相同），負荷性質(zhì)為純電阻性負荷，如圖1所示。如果線路三相負荷平衡，理想情況下，則通過中性線電流為0，則電網(wǎng)與負載間線損為3I2×2R。

基于上述相同的負荷情況下，當線路三相負荷不平衡，極端情況下，設負荷全在A 相上，B 相與C 相無負荷，即A 相電流為3I， B、C 相電流為0，則中性線電流為3I，那么配電網(wǎng)與負載間線損為18I2×2R。

從上述分析，可以發(fā)現(xiàn)：相同的供電負荷情況下，由于負荷的三相不平衡而增加了線路的傳輸損耗，線損成倍數(shù)增加，最高可達6 倍；若中性線采用電纜時（其電阻值約為導線值的2 倍左右，故其線損最大將增加到9倍之多。

1.2 低壓配電網(wǎng)供電負荷的功率因數(shù)，對線損的影響計算分析

根據(jù)相關線損理論可知，配電網(wǎng)當線路通過電流I時，假設負荷三相平衡，那么線路有功損失與功率因素平方成反比，功率因素越高，則有功損失越小。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研情況來看，農(nóng)村臺區(qū)補償前功率因數(shù)大致在0.7 左右，補償后功率因數(shù)可以提高到0.95左右，功率損失則大大降低。

2 方案確定

從用戶的計量表箱計量點出發(fā)，向配電變壓低壓側(cè)逼近的思路，即“計量表箱—次干線—主干線—配電變壓器低壓出口”逐級實現(xiàn)三相平衡，即從負載側(cè)向電源側(cè)平衡，以最小化中性線電流，從而實現(xiàn)低壓配電線損最低，最終實現(xiàn)臺區(qū)“四級平衡”（即計量點、分支線、主干線、變壓器低壓出口側(cè)）。

季節(jié)性負荷結(jié)束后，變壓器整體利用率偏低。茶季期間用電負荷很大全部變壓器投入使用，茶季結(jié)束后臺區(qū)負載急劇下降，變壓器負載率很低鐵損依然存在，宜進行變壓器低壓側(cè)互聯(lián)，讓部分變壓器退出運行，降低總體損耗。

3 應用案例

3.1 系統(tǒng)分析及改造方案

根據(jù)目前現(xiàn)場存在的主要存在的“低電壓”、三相負荷不平衡、無功缺失、低壓配變設備資源浪費等突出問題進行分析并制定解決方案。

3.1.1 無功補償

針對低壓配網(wǎng)系統(tǒng)的負荷特點及存在的主要問題，通過在臺區(qū)JP 柜內(nèi)進行改造“31 檔”即1:2:4:8:8:8全分相無功補償、在制茶生產(chǎn)線就地安裝就地無功補償，提升線路末端電壓，減小線路無功電流，達到節(jié)能降損的目的。

3.1.2 三相不平衡全過程管理

合理設計電網(wǎng)構(gòu)架，使低壓電網(wǎng)主線、分支線層次分明，合理選用主導線、分支導線截面，實現(xiàn)三相下戶、表后線近零。通過逐戶核相，畫出臺區(qū)網(wǎng)絡拓撲圖，結(jié)合電量信息輸入理論線損計算軟件，經(jīng)過反復優(yōu)化，生成最優(yōu)調(diào)相方案。對用戶臺區(qū)進行核查調(diào)相，對線路屬性有錯誤的及時進行調(diào)整。可以定期開展整改工作，對線損異常原因進行分析、總結(jié)、提升的作用，定期對各線路實時通報，提高工作效率。

3.1.3 季節(jié)性低壓互聯(lián)

公司所轄的縣區(qū)域農(nóng)村現(xiàn)場8 臺400 kVA 臺變在茶季到來后，其制茶設備負荷很大，該季節(jié)結(jié)束后，日常負載率很低，造成臺區(qū)配變的電能損耗和資源浪費。根據(jù)現(xiàn)場臺區(qū)和負荷分布合理分配安裝低壓互聯(lián)裝置，在非茶季將部分臺區(qū)配變停運。不僅可以最大化的利用配變資源，在出現(xiàn)設備故障時可以及時通過互聯(lián)裝置切換變壓器，從而可以實現(xiàn)節(jié)能降損提高配網(wǎng)安全可靠性。

3.1.4 無功補償改造

圖2 所示為低壓配網(wǎng)無功節(jié)能優(yōu)化典型技術方案，線路距離較長大量的無功電流流動會導致線損增加和電能損耗增加。

圖2 配網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化技術方案

3.1.4.1 低壓配電臺區(qū)補償方案

追蹤無功運行狀況。將無功自動補償控制器接入集中器，滿足功率因素和補償電容器運行投切情況跟蹤分析，提高低壓配電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行水平。

分相自動無功補償。臺區(qū)配置無功集中自動補償，可投切的無功總?cè)萘坎坏陀谂渥冾~定容量的30%。為滿足全年負荷高低變化，無功自動補償裝置應按6組分相容量比為1:2:4:8:8:8配置，可實現(xiàn)31檔、3%左右無功負荷變化的精準補償。

現(xiàn)有老化傳統(tǒng)式JP柜可使用原有配電箱體，將其中無功補償部分設備及線纜拆除，加裝基于124888編碼技術的新型智能無功補償設備。

3.1.4.2 就地無功補償方案

針對現(xiàn)場茶季情況，每年在產(chǎn)茶周期在28天左右，負荷劇增，主要為生產(chǎn)茶葉的設備，電阻加熱絲、三相鼠籠電機（3～4 kW），現(xiàn)場實測一條產(chǎn)茶線的有功損耗約20 kW，無功需求約9.8 kvar，根據(jù)用戶側(cè)無功需求，采用就地無功補償方式，設備采用編碼式無功補償方式，主要由控制器、智能電容器和箱體附件組成。

根據(jù)茶季用戶月和日的用電負荷所得到的用戶側(cè)無功需求，該方案為全村約120 戶制茶用戶，其中約60戶用電負荷較大，無功缺口較大，供電半徑較長，該60個用戶每戶配置一套就地補償設備，安裝于用戶下線入戶連接處，采用支架安裝。

3.1.5 低壓互聯(lián)設備實現(xiàn)

低壓配變互聯(lián)設備主要由隔離開關、熔斷器、箱體、線纜輔材等構(gòu)成。

該設備內(nèi)置隔離開關和熔斷器，主要考慮到現(xiàn)場配電臺區(qū)位置和線路結(jié)構(gòu)復雜、安全隱患較大，采用此方案不僅可以提高用電線路的穩(wěn)定安全性，同時具備明顯斷開點，也便于操作人員操作。

4 結(jié)束語

制定典型案例常態(tài)交流。針對難點和不斷發(fā)生的共性問題，總結(jié)、提煉解決問題的方式方法，編制成典型案例，相互學習促進交流，共同提高。分步推進線損全過程管控。已實施三相平衡治理的57個臺區(qū)，線損率平均下降4.67%，相當于節(jié)減節(jié)能配變更換投資1996 萬元的降損效果，經(jīng)濟效益顯著。其中祁紅臺區(qū)（祁門紅茶茶農(nóng)村）經(jīng)三相平衡優(yōu)化后，線損率由10.15%下降至2%，下降8個百分點以上。

該項目實施為安徽電網(wǎng)企業(yè)治理臺區(qū)線損提供了可推廣、可復制的典型經(jīng)驗，為建立和應用統(tǒng)一規(guī)范的三相平衡全過程管理提供了實踐基礎。