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2023-06-30
如何降低电网损耗：技术措施解析
【摘要】：这里仅从电力网运行方面介绍几种降低网损的技术措施。对于这类电力网，为了降低功率损耗和能量损耗，宜适当降低运行电压。无论对于哪一类电力网，为了经济的目的提高或降低运行电压水平时，都应将其限制在电压偏移的容许范围内。此外，当变电所仅有两台变压器而需要切除一台时，应有相应的措施以保证供电的可靠性。
电力网的电能损耗不仅耗费一定的动力资源，而且占用一部分发电设备容量。因此，降低网损是电力部门增产节约的一项重要任务。这里仅从电力网运行方面介绍几种降低网损的技术措施。
实现无功功率的就地平衡，不仅改善电压质量，对提高电网运行的经济性也有重大作用。在图7-1的简单网络中，线路的有功功率损耗为
如果将功率因数由原来的cosφ1提高到cosφ2，则线路中的功率损耗可降低
当功率因数由0.7提高到0.9时，线路中的功率损耗可减少39.5%。
许多工业企业都大量地使用异步电动机。异步电动机所需要的无功功率可用下式表示
式中 Q0——异步电动机空载运行时所需的无功功率；
PN、QN——额定负荷下运行的有功功率和无功功率；
P——电动机的实际机械负荷；
β——受载系数。
式（7-12）中的第一项是电动机的励磁功率，它与负荷情况无关，其数值约占QN的60%～70%。第二项是绕组漏抗中的损耗，与受载系数的平方成正比。受载系数降低时，电动机所需的无功功率只有一小部分按受载系数的平方而减小，而大部分则维持不变。因此受载系数越小，功率因数越低。额定功率因数为0.85的电动机，如果Q0＝0.65QN，当受载系数为0.5时，功率因数将下降到0.74。
为了提高用户的功率因数，所选择的电动机容量应尽量接近它所带动的机械负载。在技术条件许可的情况下，采用同步电动机代替异步电动机，或者对异步电动机的线绕式转子通以直流励磁，使它同步化运行，工矿企业中已装设的同步电动机应运行在过励磁状态，以减少电网的无功负荷。
装设并联电容补偿是提高用户功率因数的重要措施。就电力网来说，为了实现分地区的无功功率平衡，避免无功功率跨地区、跨电压级的传送，还需要在变电所集中装设无功补偿装置。在电网运行中，应在保证电压质量，满足安全约束的条件下，按网损最小的原则在各无功电源之间实行无功负荷的优化分配。
2.在闭式网络中实行功率的经济分布
在图7-3所示的简单环网中，可知道其功率分布为
上式说明功率在环形网络中是与阻抗成反比分布的。
现在讨论一下，欲使网络的功率损耗为最小，功率应如何分布？图7-3所示环网的功率损耗为
图7-3 简单环网的功率分布
将上式分别对P1和Q1取偏导数，并令其等于零便得
由此可以解出
式（7-13）表明，功率在环形网络中与电阻成反比分布时，功率损耗为最小。我们称这种功率分布为经济分布。只有在每段线路的比值R/X都相等的均一网络中，功率的自然分布才与经济分布相符。各段线路的不均一程度越大，功率损耗的差别就越大。为了降低网络功率损耗，可以采取一些措施，使非均一网络的功率分布接近于经济分布，可采用的办法有：
（1）选择适当地点作开环运行。为了限制短路电流或满足继电保护动作选择性要求，需将闭式网络开环运行时，开环点的选择也尽可能兼顾到使开环后的功率分布更接近于经济分布。
（2）对环网中比值R/X特别小的线段进行串联电容补偿。
（3）在环网中增设混合型加压调压变压器，由它产生环路电势及相应的循环功率，以改善功率分布。
当然，不管采用哪一种措施，都必须对其经济效果以及运行中可能产生的问题作全面的考虑。
3.合理地确定电力网的运行电压水平
变压器铁芯中的功率损耗在额定电压附近大致与电压平方成正比，当网络电压水平提高时，如果变压器的分接头也作相应的调整，则铁损将接近于不变。而线路的导线和变压器绕组中的功率损耗则与电压平方成反比。
一般说，对于变压器的铁损在网络总损耗所占比重小于50%的电力网，适当提高运行电压都可以降低网损，电压在35kV及以上的电力网基本上属于这种情况。但是，对于变压器铁损所占比重大于50%的电力网，情况则正好相反。大量统计资料表明，在6～10kV的农村配电网中变压器铁损在配电网总损失中所占比重可达60%～80%，甚至更高。这是因为小容量变压器的空载电流较大，农村电力用户的负荷率又比较低，变压器有许多时间处于轻载状态。对于这类电力网，为了降低功率损耗和能量损耗，宜适当降低运行电压。
无论对于哪一类电力网，为了经济的目的提高或降低运行电压水平时，都应将其限制在电压偏移的容许范围内。当然，更不能影响电力网的安全运行。
4.组织变压器的经济运行
在一个变电所内装有n（n≥2）台容量和型号都相同的变压器时，根据负荷的变化适当改变投入运行的变压器的台数，可以减少功率损耗。当总负荷功率为S时，并联运行的K台变压器的总损耗为
式中 ΔP0、ΔPS——一台变压器的空载损耗和短路损耗；
N——一台变压器的额定容量。
由上式可见，铁芯损耗与台数成正比，绕组损耗则与台数成反比。当变压器轻载运行时，绕组损耗所占比重相对减小，铁芯损耗的比重相对增大，在某一负荷下，减小变压器台数，就能降低总的功率损耗。为了求得这一临界负荷值，我们先写出负荷功率为S时，k－1台并联运行的变压器的总损耗为
使ΔPT（k）＝ΔPT（k－1）的负荷功率即是临界功率，其表达式如下
当负荷功率S大于Scr时，宜投入K台变压器并联运行；当S小于Scr时，并联运行的变压器可减为K－1台。
应该指出，对于季节性变化的负荷，使变压器投入的台数符合损耗最小的原则是有经济意义的，也是切实可行的。但对24h内多次大幅度变化的负荷，为了避免断路器因过多的操作而增加检修次数时，变压器则不宜完全按照上述方式运行。此外，当变电所仅有两台变压器而需要切除一台时，应有相应的措施以保证供电的可靠性。
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