基于无功经济当量的10kV配电网损耗计算方法

总结了不同电压等级电网损耗计算方法，提出一种考虑线路无功损耗的配电网损耗计算方法。通过采用山东济南长清区一回10kV线路的实际运行数据进行计算，将该方法与潮流计算方法进行对比，提高了计算精度，验证了该方法的有效性及全面性。

关键词：10kV配电网；节能降损；无功经济当量；技术线损

0 引言

随着社会及企业经济效益意识的不断提高，电力系统运行的经济性、安全性也面临更高的要求，降低损耗、节约电能日益成为整个社会尤其是供用电企业关注的课题。

自1998年农村电网建设和改造工程实施以来，我国农村电网健康状况虽得到明显改善，但随着农村经济的快速发展，对农网的供电能力和供电质量提出了更高要求，建设具有坚强、智能特征的结构合理、技术实用、供电质量高、电能损耗低的新型农网迫在眉睫。

电网损耗是各电压等级电网运行经济性的综合体现，不仅与元件参数、传输功率和运行电压等方面有关，还受电网运行方式和电能质量的影响，而且由于各电压等级的组网方式与运行模式均有较大区别，各电压等级电网的损耗也呈现互不相同的特性。作为电网重要组成部分的配电网，它直接面向广大用户，如何准确、有效地计算线损率，提高配电网损耗计算精度，成为广大学者关注焦点。

1 电网技术损耗形成原因

现代电网的网络损耗电量主要分为理论损耗电量和管理损耗电量。

（1）理论线损电量：理论线损电量可以通过技术措施予以降低，且可通过计算得出。其中，包括变压器的铁损、铜损；输、配电线路中的损耗；电网其他电气元件的损耗等。这部分损失与网络的构成、网络运行的技术状态、运行方式、电气设备的质量等有关。

（2）管理线损电量：管理线损电量是与网络维护管理水平有直接关系的一种电量损失，其可以通过加强用电管理、加强企业管理制度和规范员工工作制度予以降低。

1.1 技术线损形成原因

（1）网架结构不合理

近几年城市负荷增长速度明显快于城市电网建设速度，然而电网建设改造资金又严重缺乏，使得电网发展不能与负荷发展相匹配，出现长期滞后的局面。致使中、低压配网网架结构薄弱，线路老化严重，供电半径过长，许多10 kV线路长期处于满载及过载状况，尤其是居民区低压配网配置水平偏低，容量不足，低压引户线年久失修，导线截面小，进而导致电网线损增加[1]。

（2）配电设备不能处于经济运行状态

以往的配电网建设多半考虑满足地区负荷增长的要求，并未考虑电网节能问题，造成配电设备的资源浪费，设备利用率低、损耗大，主要体现在：

① 变压器未能采用节能经济容量，造成容量冗余，损耗增加；

② 变压器未能采用经济负载运行，由于电力系统具有时变性，有时变压器处于轻载或完全处于空载状态，这使运行时变压器损耗增加；

③ 线路未能采用经济截面积及经济输送距离，致使加大设备损耗的同时也加大了设备投资。

（3）三相负荷不平衡

配电线路中经常会出现三相负荷不平衡的情况，若不平衡度超出规程规定不得大于20%的范围，就会导致中线电流增大，从而导致线损增加。

（4）无功补偿率低

随着我国电力事业的迅猛发展，城市电力需求不断增长，工矿企业大量采用感应电动机和其它类感性用电设备，除吸收系统的有功功率外，还需要电系统供给大量的无功功率。电网功率因数低下，加大了负荷所需的无功功率，进而增加了线路和变压器中有功功率和电能损耗[2]。

（5）理论计算精度低

配电网面向客户，节能降损潜力巨大。线损理论计算是优化电网结构、降低线路损耗、制订线损率计划的科学工具。理论线损率是以代表日实际测录取得各元件的负荷及运行电压等参数为基础，对整个电网中每个元件的能耗进行计算得到。10kV配电网损耗的计算方法有很多，通常采用近似简化算法，如均方根电流法、最大电流法、等值电阻法等。但这些传统方法对计算网络和数据进行了一些假设、等效和简化，从而影响计算结果的准确性，电阻等效的方法不同，计算精度也不同。本文通过对常用方法的比较，为了提高损耗计算精度，考虑无功对系统损耗的影响，提出一种考虑无功经济当量的线路损耗计算方法，并通过实例验证了其实用性及有效性。

2 配电网损耗理论计算方法

技术理论线损计算：通过收集配电网设备及运行数据，利用计算机软件模拟实际电网情况，计算电网线损。其中技术线损根据不同电压等级，又有多种计算方法。

2.1 高压配电网线损理论计算方法

高压网络大多采用潮流计算方法，35kV及以上电网潮流计算式由发电机和负荷功率推知电流、电压的过程，从而可得知各个35kV及以上电网元件的有功损耗及35kV整个电网的有功损耗。

对于35kV的线路及变压器、110kV的线路及变压器和220kV的变压器也可采用变压器及线路损耗公式计算方法，按元件逐个计算电能损耗。

2.2 10kV中压配电网理论损耗计算方法

中压网络主要采用等值电阻法与潮流法相结合的方式，由于10kV配电网节点多、分支线多、元件多，数据不易收集，采用等值电阻法容易实现对线损的理论计算，通过软件模拟选取最大负荷时刻或平均负荷时刻的电网状态，基于潮流结果计算网络损耗。

等值电阻法的基本思想是：整个10kV配电网的总均方根电流流过等值电阻Rdz所产生的损耗等于10kV配电网内全部配线可变损耗和全部配变负载损耗的总和。其中等值电阻法又分为基于配变容量的等值电阻法和基本配变电量的等值电阻法。

（1）基于配变容量的等值电阻法

在配网的线损计算中，其基本思想就是根据能量等值的原则将把整个配网等值为一个电阻Rdz，这样整个配网的总均方根电流Iif流过等值电阻Rdz所产生的能量损耗等于全部配线可变损耗和全部配变的负载损耗的总和。

（1）

其中：P0i为i第台配变的空损（MW），m为全网配变的台数，T为运行时间。

均方根电流由T时段平均电流得到： ； Ks为首端电流波形系数；rTdz和rLdz表达式如下：

（2）

（3）

其中，ri是第i个节段线路经过修正后的运行电阻值。

（2）基于配变电量的等值电阻法

在计及配变实际负荷率后，配变等值电阻rTdz和配线等值电阻rLdz计算式可写成：

（4）

（5）

其中，ki为各台变压器的负荷率。整个网络的损耗同公式（1）。

2.3 低压配电网理论损耗计算方法

低压网络通常采用台区损耗率法或电压损失率法，台区损耗法主要将低压网负荷性质分为城区网、郊区网及农村网，再将每种性质的低压网按负荷类型分为重负荷、中负荷、轻负荷三类。对每个负荷类型，分别抽取若干个典型台区，即供电负荷正常、计量齐全、电能表运行正常、无窃电现象的数个台区，对其在计算时段内的线损进行实测，从而获得这些台区的单位配变容量的电能损耗值（MWh/MW）。再将这些值分别应用于具有相同负荷性质和相同负荷类型的其他台区，分别计算其电能损耗。最后对三种负荷性质低压网的电能损耗进行求和，得到全部低压网的电能损耗。

电压损失率法只要求简单的电压运行数据，通过电网的送端电压和末端电压，计算电压损失率进而计算电网损耗率。采用电压损失法，避免了难于整理的电网结构数据，既简便易行又相对合理[3]。

3 考虑无功经济当量的损耗计算方法

对于计算方法的改进，更多的关注于技术线损计算方法，而现有的计算理论往往以有功损耗作为整个电网的损耗，忽略了无功对电网损耗的影响。

电力系统的电气设施（线路、变压器、电动机等）在运行中，都要消耗一定的无功功率，这些无功功率在电网传输过程中，不但会增大电压损耗，影响电压质量，而且会使电网的电能损耗增大，影响电网的经济运行。因此通常考虑通过采用加装电容器的方式对电网无功进行补偿，以提高电网的经济运行水平。考虑无功功率，电网损耗就不能只考虑有功损耗，还要加入无功损耗，以综合损耗的形式，考虑电网的整体损耗[4]。

变压器有功损耗，数据采用最大负荷时刻有功值。

电网无功补偿前后，无功经济当量确定方法如下。

电网在正常运行时，有功损耗为

（13）

（14）

4 实例验证

4.1 典型线路的选取

本文以某一回10kV线路为例，计算线路损耗，验证该方法的正确性，并与现有其他计算方法进行对比，验证其准确性。

按照线路功率因数最小、供电半径最大、线路所带配变最多等原则。最终选定A作为典型线路进行计算、分析。

A线路主干线长度为12.46km，主干型号为JKLGYJ-240；线路公用配变共45台，容量3600kVA，专用配变23台，容量4370kVA，线路功率因数为0.84。A线于线路上及配变上均装设无功补偿装置，其中线路上配置无功补偿装置300kvar，配变装设908kvar。

4.2 典型线路损耗计算

（1）时刻潮流法

线路配变最大负荷时刻有功情况如表3-1所示。

表3-1 线路配变最大负荷时刻有功情况

考虑系统时变性，运用采用系统最大负荷时刻所对应的电网状态，结合CEES电力系统仿真软件模拟，进行线路损耗计算。具体计算结果如下：

通过计算得出10kV平台线的线路损耗功率为72.306kW。2012年长清区最大负荷利用小时数为3260小时，通过公式计算，得出全年负荷最大损耗小时数τ 为1850小时。则总损耗电量为：

（2）考虑无功经济当量损耗计算法

通过第三节公式，并结合CEES进行网络模拟计算，确定无功经济当量KQ为0.18，有功经济当量KP为0.36。同样采用最大负荷时刻线路数据计算，得出系统有功损耗为72.306kW，系统无功损耗为126.743kvar。

通过计算得出综合损耗为：

2012年A线的年供电量为11026761kW.h，年售电量为496203.32kW.h，线路年损耗为606472.68kW.h，线损率为5.5%。对比实际测量的损耗电量，时时潮流法线损率为12.1%；考虑无功经济当量计算线损率为2.03%。通常情况下理论线损计算会比统计线损计算值小，很显然时时潮流法虽然考虑了系统的时变状态，但对于无功潮流比较大的线路，由于缺少无功损耗考虑，损耗电量的计算误差就比较大。

5 结论

线损是供电企业一项重要的经济技术指标，也是衡量供电企业综合管理水平的重要标志。配电网相比于输电网，节电潜力巨大，降损节电量多。

本文从电网各个方面分析了技术线损形成原因，总结了高、中、低压配电网线损计算方法。由于电力系统的电气设施在运行中，都要消耗一定的无功功率，而在配电网线路损耗计算中，往往忽略了无功损耗。因此，本文提出一种考虑无功经济当量的配电网损耗计算方法。经过采用实际运行数据进行计算，并与时刻潮流法进行对比，考虑无功经济当量的线损计算方法较为合理且计算结果更为接近实际测量值。计算结果验证了该方法的有效性和实用性，为线损的理论计算提供了一种新方法。

参考文献

[1]武永强.电力网电能损耗成因分析及降损措施[J].内蒙古电力技术，2005，23（5）：33-35.

[2]胡景生，胡国元.配电网经济运行[M].北京：中国标准出版社，2008.

[3] 温步瀛，陈冲.改进最大电流法的配电网损耗计算（[J].福建工程学院学报 ，2004，2（1）：1-3.

[4] 陆 昱.无功优化及中低压电压无功控制设备的应用[D].上海交通大学，上海，2009年.

[5]袁宗才.线损结构分析及其应用[J].电网技术，2005，9（6）：45-46.

[6] 刘健，毕鹏翔，杨文宇，程红丽.配电网理论及应用[M]. 北京：中国水利水电出版社，2007.

[7] 周函宇.10kV配电网节能降损浅析[J].机电信息，2012，10（6）：41-43.

[8] 李婷婷.10kV配电网节能降损研究（[D].华南理工大学电气工程学院，广州，2010年.