電網線損異常排查及降損增效措施探析

朱雄新

（廣東電網有限責任公司廣州從化供電局，廣東 廣州 510000）

0 引言

電網線損是指輸電過程中由于電能轉換和傳輸過程中的電阻、電感、電容等原因引起的能量損耗，電網線損是電力系統(tǒng)運行中不可避免的問題，甚至會導致能源的浪費和經濟成本的增加。因此對于電網線損異常排查及降損增效措施進行深入研究具有重要意義。

1 異常排查

1.1 檢測設備

通過采用先進的監(jiān)測裝置和系統(tǒng)，如智能傳感器、在線監(jiān)測裝置等，可以實時監(jiān)測電網的運行狀態(tài)并快速發(fā)現(xiàn)線路故障和設備異常。監(jiān)測技術的使用為電網運營商和維護人員提供了巨大的優(yōu)勢和便利。

智能傳感器在整個電網范圍內實時監(jiān)測電流、電壓、頻率等關鍵參數(shù)的變化。傳感器能夠準確地收集數(shù)據(jù)，并通過網絡將其傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控系統(tǒng)。智能傳感器與傳統(tǒng)手動巡檢相比，自動化的監(jiān)測方式更加高效和精確，消除人工帶來的誤差。自動化線損模塊如圖1 所示。在線監(jiān)測裝置可以對關鍵設備實時監(jiān)測，如變壓器、斷路器和開關等。裝置能夠檢測設備的溫度、濕度、震動等參數(shù)，并及時報告異常情況。通過裝置可以快速識別潛在的故障和設備狀況的惡化趨勢，采取預防措施或及時維修，避免由此引起的停電和事故。智能傳感器和在線監(jiān)測裝置可以與先進的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)結合使用，深入了解電網運行狀態(tài)，通過對大量實時數(shù)據(jù)的收集和分析發(fā)現(xiàn)潛在問題的模式和趨勢，并提前采取措施以減少故障。

圖1 自動化線損模塊

實時監(jiān)測可以實現(xiàn)及早發(fā)現(xiàn)線路故障、設備異常和其他潛在問題，避免停電和損失。此外，還為電網運營商提供了更好的決策支持，使其能夠根據(jù)實際情況制訂維護計劃，并進行資源調度以保持電網的高效運行。

1.2 數(shù)據(jù)分析

電力系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)采集、存儲和分析技術能夠為電力公司以及相關利益相關者提供寶貴的信息，更好地管理電力系統(tǒng)、優(yōu)化能源利用，并及時發(fā)現(xiàn)潛在問題。在高度數(shù)字化的電力系統(tǒng)中，通過利用現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)分析方法可以對龐大的運行數(shù)據(jù)進行整理和分析，提供對線路損耗的異常情況和潛在問題的準確識別。

數(shù)據(jù)采集設備的應用使得電力系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測和記錄各種運行參數(shù)，如電流、電壓、頻率等，數(shù)據(jù)被傳輸?shù)街行臄?shù)據(jù)存儲系統(tǒng)進行集中存儲和管理。采集的數(shù)據(jù)可以包括市場交易數(shù)據(jù)、線路狀態(tài)數(shù)據(jù)、負載數(shù)據(jù)、設備運行數(shù)據(jù)等。通過分析方法對海量數(shù)據(jù)進行處理。一種常見的數(shù)據(jù)分析方法是使用統(tǒng)計學模型。通過對歷史數(shù)據(jù)的分析可以建立線性回歸模型或其他預測模型，用于預測正常運行條件下的線路損耗。通過預測數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)比對，如果發(fā)現(xiàn)線路損耗超過預期值或者存在明顯異常就可以快速發(fā)現(xiàn)潛在問題。此外，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的趨勢還可以判斷線路損耗是否具有季節(jié)性或周期性變化，從而進行相應的調整和優(yōu)化。根據(jù)廣東省電網采集的數(shù)據(jù)，表1 為該地區(qū)某日分段線損情況。

表1 某日分段線損單位：kW·h

另一種常用的數(shù)據(jù)分析方法是故障檢測和診斷。通過監(jiān)測電力系統(tǒng)的運行參數(shù)結合先進的算法和人工智能技術可以實時檢測到線路故障或異常事件。例如，異常電流波動、頻率變化或電壓失真等可能表明線路存在問題。通過機器學習和深度學習算法可以對異常自動識別和分類。當發(fā)現(xiàn)異常時，系統(tǒng)可以立即發(fā)出警報，以便技術人員及時采取相應的措施進行維修和保護設備。數(shù)據(jù)分析還可以用于電力系統(tǒng)的負荷預測和優(yōu)化。通過分析歷史數(shù)據(jù)和外部因素，如天氣預報、季節(jié)變化等可以建立負荷預測模型，提前預測未來負荷需求的變化。有助于合理安排電力調度和資源配置，降低線路過載的風險，并提高電力系統(tǒng)的效率。

1.3 定位故障點

利用熱成像、紅外掃描等無損檢測技術對電線路、變壓器等關鍵設備檢測，可以實現(xiàn)精確的故障定位和識別可能存在的線路損耗區(qū)域。先進的技術基于物體的熱輻射特性，將其轉化為圖像或熱力分布圖來提供可視化的信息。

在電線路檢測方面熱成像技術被廣泛應用。熱成像技術下的電源電路原理如圖2 所示。通過使用紅外攝像機或熱像儀，操作人員可以快速掃描電線路準確地定位潛在的問題。例如，電線過載、電纜接觸不良、電阻異常和局部加熱等故障現(xiàn)象會產生熱量，熱量會被熱成像設備捕捉到并轉化為圖像。通過分析圖像定位故障點，及時采取修復措施避免更大的損失。而在變壓器檢測方面，紅外掃描技術是一種非侵入性、高效且安全的方法。通過紅外熱像儀檢查變壓器表面的溫度分布可以發(fā)現(xiàn)變壓器內部可能存在的問題。例如，變壓器的絕緣材料老化、螺栓接觸不良、鐵芯過熱等部件故障都會產生熱量，通過紅外掃描可以及早發(fā)現(xiàn)并修復[1]。

圖2 熱成像技術下的電源電路原理

無損檢測技術還可以識別電線路中可能存在的線路損耗區(qū)域。當電流通過電線時會引起電阻產生熱量形成能量損失。通過紅外掃描和熱成像技術檢測出電線路中溫度較高的區(qū)域，其區(qū)域往往是線路損耗較大的地方。通過及時發(fā)現(xiàn)和處理問題可以提高能源利用效率，減少線路能量損耗，降低能源成本，并延長設備的使用壽命。

2 降損增效措施

2.1 優(yōu)化配電線路

在電力系統(tǒng)設計中優(yōu)化線路長度、材料、截面以及導線布置可以有效減少電阻損耗和電感損耗，提高系統(tǒng)的效率和經濟性。首先，通過合理規(guī)劃線路布置減少線路長度可以降低電阻損耗。較短的線路長度可以減少導線的電阻，減少通過線路的電流，降低功耗和能源損失。其次，在選擇導線材料時應根據(jù)具體要求合理選擇。不同材料具有不同的電阻特性，優(yōu)選導電性能良好、電阻較低的材料，如銅、鋁等，其中，高強高導銅基合金如圖3 所示。合適的材料選擇可以降低導線自身的電阻，減少電能轉化為熱能的損耗。再次，增大導線截面積可以降低電流密度，減小電阻損耗。適當選擇導線截面大小以滿足所需電流容量的同時最小化電阻損耗。最后，仔細布置導線，盡量避免或減少電感損耗的出現(xiàn)。電感是由于導線周圍磁場引起的能量損耗，可以通過合理布置導線并采取屏蔽措施來減少電感損耗。例如，將導線排列成平行或對稱的形式，并采用合適的間距和屏蔽材料來降低磁場的影響。

圖3 高強高導銅基合金

通過綜合考慮線路長度、材料、截面以及導線布置等因素進行優(yōu)化設計可以最大程度地減少電阻損耗和電感損耗，提高系統(tǒng)的效率和可靠性。優(yōu)化設計不僅可以降低能源損失，還可以減少系統(tǒng)運行成本，對于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排目標具有重要意義[2]。

2.2 使用節(jié)能設備

在更新老舊設備時選擇高效、低損耗的變壓器、電纜等設備可以減少能量轉換過程中的能量損耗。變壓器用于改變電流的電壓水平以適應不同設備的需求。傳統(tǒng)的變壓器通常存在較大的能量損耗，但現(xiàn)代高效變壓器則采用先進的設計和材料以最小化損耗。高效變壓器能夠有效地將電能傳輸?shù)皆O備中減少能量的浪費和熱量的產生[3]。

電纜是將電能從一個地方傳輸?shù)搅硪粋€地方的主要途徑。老舊電纜的線材可能會導致能量損失，并在傳輸過程中產生熱量。使用高質量、低阻抗的電纜（圖4）可以最大限度地減少電阻并降低損耗，更有效地將能量傳遞到目標設備，減少浪費和不必要的能量轉換。在更新設備時還可以考慮其他節(jié)能技術。例如，安裝功率因數(shù)修正設備可以改善電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少無功功率損耗。使用電容器或變頻器來平衡電壓和電流并提高效率也是可行的方法。

圖4 低阻抗電纜

通過更新老舊設備、選擇高效、低損耗的變壓器、電纜等設備可以最大限度地減少能量轉換過程中的能量損耗，還有助于降低能源成本，使得設備的運行更加經濟高效。因此在設備更新時應該重視選用高效、低損耗的變壓器、電纜等設備，以實現(xiàn)能源的可持續(xù)利用和保護環(huán)境的目標[4]。

2.3 動態(tài)功率因數(shù)補償

在電網中負載波動是常見現(xiàn)象。負載波動電網的穩(wěn)定運行和電能質量產生了負面影響，其中最主要的就是功率因數(shù)的降低和電能損耗的增加。為了有效應對負載波動，合理調整電容器的接入和退出可以實現(xiàn)功率因數(shù)的補償，有助于減少無效功率、改善電能質量，并且符合電網的穩(wěn)定運行要求。

電容器在電網中具有儲存和釋放電能的能力，通過改變電流和電壓的相位關系提升功率因數(shù)。當電網負載波動較大時，電容器可以根據(jù)負載的需求合理地接入或退出，以達到功率因數(shù)的最佳補償效果。當電流波動引起功率因數(shù)下降時，接入電容器可以幫助提高功率因數(shù)的數(shù)值。電容器的電流落后于電壓可以產生負向的無功功率來抵消電網的感性無功功率，提升功率因數(shù)。接入電容器后，電網的無功功率會減少，有效降低電網負荷的無效功率損耗[5]。

當電網負載波動減小或負載改變時適當退出電容器也是必要的，因為接入過多的電容器會導致功率因數(shù)超過1 可能引起電網的諧波和振動，調整電容器的退出可以避免其問題。對于電容器的接入和退出需要基于實時監(jiān)測情況進行調節(jié)。監(jiān)測系統(tǒng)可以實時獲取電網的負載波動情況和功率因數(shù)變化，通過自動控制來合理調整電容器的接入和退出。自動調節(jié)方式可以快速響應負載變化，保持電網的穩(wěn)定運行和功率因數(shù)在合理范圍內。

3 結語

降損增效措施的應用不僅可以減少能量浪費和經濟成本，還有助于提升電力系統(tǒng)的可靠性和可持續(xù)發(fā)展。未來進一步研究和實踐將推動電網線損異常排查及降損增效措施的發(fā)展，為電力行業(yè)提供更加高效的電網運行解決方案。