浅谈降低配电网络有功损耗的设计方法

摘 要：节约电能是节约能源的重要组成部分，对于加快建设节约型社会具有十分重大的意义。长期以来，配电网络中的有功损耗一直不被人重视，本文将从计算公式、设备选型、设计方案等方面阐述设计中降低配电网络有功损耗的方法。

关键词：配电网络；有功损耗；三相平衡；经济运行；无功补偿

中图分类号：F40 文献标识码：A

1 配电网络中有功损耗的概念

1.1 三相线路的有功损耗

ΔP=3Ijx2R ×10-3（kW）

式中ΔP为三相线路有功损耗，单位为kW

Ijx为三相计算电流，用电器的计算负荷使用需用系数法计算，低压用电器需用系数取0.7，高压用电器需用系数取0.9，线路损耗按计算电流进行计算。

R为线路电阻，R=ρ*（L/S）。ρ为电阻率，单位Ω·mm2/m，可查手册获得（铜线电阻率0.01851，铝线电阻率0.0294）；L为线路长度，单位m，S为截面积，单位mm2

1.2 配电变压器有功损耗

ΔP=ΔP0+ΔPk（Sjs/Sr）2

式中ΔP为配电变压器的总有功损耗（kW）

ΔP0为配电变压器空载有功损耗（kW）

ΔPk为配电变压器满载（短路）有功损耗（kW）

Sjs为配电变压器计算负载（kVA）

Sr为配电变压器额定容量（kVA）

2 设计中降低配电网络有功损耗的方法

2.1 合理规划布局配电网络

设计变配电所的选址要求接近用电负荷中心，通常是在用电量较大的车间附近，线路由负荷中心向周围辐射，《低压配电设计规范》（GB50054-2011）中就有明确规定。缩小变配电所供电半径，避免迂回供电和近电远供，一般情况下，0.4kV线路供电半径应不大于 0.5公里，10kV线路供电半径应不大于15公里。在布置配电点时，宜采用小容量、短半径、密布点的方式。

2.2 合理选择导线截面积

由前面的计算式可以看出：导线截面积与损耗成反比关系，增加导线截面会降低导线电阻，减少有功损耗和线路压降。

（1）对长距离电流线路和35kV及以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其他条件。

（2）一般10kV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件来选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。

（3）低压照明线路，因其对电压水平要求较高，通常先按允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度。

据我国国情，如果能全面推行按经济电流选择电线、电缆截面的方法，将减少35%～42%的线路损耗，经济意义十分重大。现阶段，推行按经济电流密度选择电缆截面是优化设计的内容之一。

2.3 做好三相平衡设计

按规定，配电变压器出口处电流不平衡度不大于10%，配电干线及分支首段的不平衡度不大于20%，中性线的电流不超过额定电流的25%。三相负荷不平衡影响变压器安全经济运行，可降低配电变压器输出能力，增大配电线路损耗。例如一条配电线路等值电阻为R，通过最大电流为IA=IB=IC=I，则在三相电流平衡时的有功功率损失为ΔP=3I2R。三相电流不平衡时，有负序和零序电流分量，以平衡时的正序电流即I=IA=I1为标准，这时的有功功率损失为：ΔP=3（I12R1+I22R2+I02R0）=3I2[（1+ε22）+ε02KR]R

式中：R1、R2、R0、R为正序、负序、零序和等值电阻，且R1=R2=R ；KR=R0/R1 ，一般大于4；ε2=I2/ I1，ε0=I0/ I1为负序和零序电流的不平衡系数。从上式可以看出，三相电流不平衡程度越大，有功功率损失也就越多，所以在配电设计中，尤其在照明设计中，要注意各相负荷的配平工作。

2.4 选择节能型配电变压器，并合理选择容量

配电变压器损耗在配电网络有功损耗中占有很大的比重，一般配电变压器的损耗占全配电网络总损耗量的30%。在设计中，配电变压器容量与用电设备的容量比1.5：1～1.8：1为宜。负荷小用小容量变压器，负荷大用大容量或者两台、多台变压器并列运行，使配电变压器负载率控制在经济运行区域，维持在额定容量的70%左右。

2.5 调节线路电压

由公式可看出，在负载功率不变的条件下，提高线路电压，线路电流会相应减少，线路有功损耗会随之降低。例如输送同样的功率，6kV配电线路中电流为1A，那么在0.4kV配电线路中电流为15A。这样在0.4kV配电线路的损耗是6kV配电线路损耗的152倍，即225倍。因此，在设计中，合理选择配电的电压等级尤为重要，负载容量较大，离电源点较远宜采用较高电压等级的供电方式。对于运行在一定电压下的线路，电压在额定数值上下允许一定的波动范围，用上限电压供电比用下限电压供电减少线路损耗。因此，在配电变压器选型时，尽量选择高压侧带调压开关的变压器。例如10kV配电选择电压变比为10±2x2.5%/0.4k的变压器。通常配电变压器二次侧比配电线路额定电压高5%，保证配电线路末端电压不低于额定电压的5%，起到降低线路损耗的作用。

2.6 提高功率因数

提高功率因数的途径主要有两个：一是减少配电网络中各个部分所需的无功功率；二是进行人工补偿。提高电气设备自然功率因数，主要通过合理选择供、用电设备的容量和型号，使用节能的新产品和新技术。采用人工无功补偿，可以有效的降低配电网络的损耗，改善电压质量，提高配电变压器的供电能力和用电设备的出力。如果网络中输送同样的有功功率，提高功率因素后，相当于负载中的无功分量减少，在cosα=1时，无功电流减为0，有利于降低线路损耗。

功率损耗降低率可用下式表示：

△P%=[1-（COSφ1/ COSφ2）2]×

100%

式中 ：COSφ1为补偿前的功率因数

COSφ2为补偿后的功率因数

总之，在配电网络设计中，降损的方法很多。降低配电网络损耗无论对于业主企业本身，还是对于社会都是一件节约能源，减少浪费的重大举措，对于加快建设节约型社会具有十分重大的意义。

参考文献

[1]中国航空工业规划设计研究院，等.工业与民用配电设计手册[M].北京：中国电力出版社，2005.

[2]刘介才.工厂供电[M].北京：机械工业出版社，2004.