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电力系统稳态分析课程设计题 目： 电力网损耗分析论文 学 院： 物理与机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 作者姓名： 白彦江 指导教师： 刘永科 职称： 副教授 完成日期： 2015 年 6 月 25 日 二一五年 六 月河西学院本科生课程设计任务书设 计 题 目电力网损耗分析论文作 者 姓 名白彦江学院、专业、年级物电学院电气工程及其自动化121班指导教师姓名、职称刘永科 副教授任务下达日期2015年5月20日一、设计内容 从电力网损耗的分类与形成成因，技术管理，研究方法，降损措施等方面对电力网损耗做以分析和研究。二、论文的基本要求 1.论文要求书写整齐，条理分明，表达正确、语言正确。2.论文要求内容全面，丰富。3.论文(设计)进度安排阶段论文（设计）各阶段名称起止日期1熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料5.205.252查阅有关资料5.265.273阅读设计要求必读的参考资料5.285.294书写设计说明书5.306.155小组答辩质疑6.216.226上交设计成果6.30参考文献：1 单渊达. 电能系统基础M.北京：机械工业出版社，2005.2 韩祯祥. 电力系统分析M.第三版.杭州：浙江大学出版社，2005.3 胡虔生. 电机学M.第三版.北京：中国电力出版社，2005.4 刘介才. 工厂供电M.北京：机械工业出版社，2008.5 武永强等. 电力网电能损耗成因分析及降损措施J.内蒙古电力技术，2005，6 王涛，黄民翔. 电网经济运行降损节能研究J.华东电力，2008，36(9):117-119.7 刘开全. 电力变压器的经济运行于分析J.四川电力技术，2008，31(1):54-55.8 张翼翔. 三相负荷的平衡与损耗J.长冶学院学报，2007，25(2):62-64.9 畅圣才. 降低电能损耗的方法和措施J.农村电气化，1996，(12):36.10 陈珩.电力系统稳态分析（第三版）M，北京，中国电力出版社，200711 何仰赞.温增银.电力系统分析第三版M，武汉,华中科技大学出版社，2002教 研 室 意 见 负责人签名： 年 月 日 目 录摘 要1关键词1引言21 绪论31.1 电力系统概述31.2 电力系统负荷和负荷曲线41.3 电力系统中性点运行方式42 电力网损耗的分类与形成成因72.1 电力系统主要元件的参数及等效电路72.2 电力网损耗的分类112.3 技术线损产生的原因122.4 管理线损的成因173 降低线损的措施183.1 技术降损183.2 管理降损274 结论27参考文献29摘 要 电力网中各元件产生的电能损耗之和, 称为电力网损耗, 简称线损。线损是供电企业重要的经济技术指标，体现了电力系统生产运行和经营管理的水平。电网线损包括技术线损和管理线损，而技术线损又分为不变损耗和可变损耗。不变损耗与负载两端的电压呈正相关，而与负载大小无关,又称空载损耗；可变损耗与负载电流的平方成正比，又称负载损耗。管理线损是指因管理工作不善,规章制度不健全等造成的损耗。本文通过深入分析线损的成因，提出了：提高电力网的功率因数、使输配电变压器处于经济运行状态、调整电网电压和电力线路的运行方式、平衡三相负荷、改造电网结构及加强电力企业营业管理等一系列降损措施。并能够针对某一特定的电网分布提出合理有效的降损措施。关键词：电能损耗；不变损耗；可变损耗；无功补偿；经济运行引言国家电网公司的一份资料指出，全国仅变压器的运行损耗量达到1100亿kwh以上！这个数字意味着什么？意味着这个数字占去了全国总发电量的10%，而这个10%相当于3个中等省份的用电量之和！当今世界，能源需求的增加和一次能源的不可再生性早已成为不争的事实，金融危机在全球不断蔓延和加剧。当节能减排、科学发展观已成为一项社会责任时；当全球经济发展放缓、供电量增幅下降时；当500kV级电网逐渐成为我国的主力电网时，降低电力网的损耗的意义不言而喻！在电能的输送和分配过程中, 电力网中各个元件所产生的功率损耗和电能损耗之和, 通称为供电损耗, 简称线损。线损电量占供电量的百分比称为线路损失率, 简称线损率,线损率是国家考核电力部门电能损耗水平的一项重要技术经济指标,电网线损是供电企业重要的考核指标之一，它直接影响企业的经济效益，体现了电力系统规划设计、生产运行和经营管理的水平。在当前严峻的国际经济形势下，能否以节能减排为契机、以科学发展观的指导思想统领全局，分别在技术上和管理上有效地降低线损，直接关系到电力企业各部门竞争力和经济效益能否得到提高。本文详细地论述了电网损耗的分类、成因及影响，对于电网各主要元件提出了线损的理论计算方法，分别从技术上和管理上提出了具体降低电网损耗的措施，并能够针对某一实际电网的分布，进行实际调研、计算，继而得出较为合理有效的降损措施，使电力网既能为用户输送高质量的电能，又能安全、稳定、经济、高效地运行。1 绪论1.1 电力系统概述深入分析电力网电能损耗，首先必须对电力网及其相关联的知识点有一个系统、全面的把握。1.1.1 电力系统、电力网的定义 发电厂中生产出来的电能，通过电力网输送给散布在各地的电能用户。由各级电压的电力线路将一些发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体，称为电力系统4。 电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所，成为电力网过称电网。电网可按电压高低和供电范围大小分为区域电网和地方电网。区域电网供电范围大，电压一般在220kv以上。地方电网的供电范围较小，最高电压一般不超过110kv。1.1.2 电力系统的电压等级 电力系统的能量输送是靠电力线路来完成的，当输送功率一定时，输电电压越高，电流越小，相应的导线载流部分的截面积越小，相应的导线投资也越小；但同时电压越高，对耐压的绝缘要求越高，杆塔、变压器、断路器等的投资也越大。综合经济技术比较，对一定的输送功率和输送距离有一最合适的线路电压。 （1）各级电压的送电线路及其输送能力如表1.1所示1:表1-1 各级电压的输送能力表注：表中额定电压为线电压。 （2）电网中主要设备的额定电压 发电机的额定电压比同级电网的额定电压高5%。因为电力线路允许的电压偏差为，为使整个线路的平均电压维持在额定值，线路首端的电压宜较线路额定电压高5% 电力变压器的额定电压要分成一次侧和二次侧两部分来讨论，而具体到每侧的额定电压又要依变压器在电网中所处的位置而定，具体总结如下：1.2 电力系统负荷和负荷曲线1.2.1 电力系统负荷及分类 用电设备工作时，从电力网中取用的功率或电能称为电力负荷。按用户对供电据可靠性的要求不同和中断供电在政治上的影响、经济上的损失差异，将其分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。其中一级负荷最重要，二级、三级次之。 负荷大小随时间变化的图形称为负荷曲线。可根据需要绘成有功负荷曲线和无功负荷曲线；根据时间变化长短绘成日负荷曲线、月负荷曲线、和年负荷曲线1。1.2.2 负荷曲线及其特性系数 （1）运行日荷曲线 以有功负荷为例，在一天内每隔一定间隔将有功功率的平均值记录下来，在直角坐标系中以横轴代表时间、纵轴代表功率，逐点绘成。负荷曲线下所包围的面积表示一天24h的电能消耗。 = （1-1） （2）年负荷曲线一种是根据每天最大负荷的情况，按一年365天逐一绘制，称为运行年负荷曲线；另一种是电力负荷全年持续曲线，它以全年8760h为时间轴，以有功负荷的大小为纵轴。一年内的电能消耗。在全年持续曲线上找到，则必存在使 = （1-2）称为最大负荷年利用小时。的大小反应了设备利用的程度和用户负荷的平稳程度。同类型的电力用户，尽管可能差别很大，但是很接近的；不同工作性质和工作班制的用户，相差很大。1.3 电力系统中性点运行方式 中性点如何处理涉及许多方面，如对地绝缘、内部过电压、继电保护、发电机并列运行的稳定性等。为消除三次和三的整数倍次谐波，发电机定子绕组都采用Y连接。对于Y的中性点，通常有两种处理方法，一是不接地，另一种是为防护定子绕组过电压而采用经避雷器接地。变压器Y接法线圈的中性点，目前有三种处理方法1： （1）中性点不接地10-35kv系统主要采取这种方式，因为此电压等级主要承担供配电任务，而在这种方式下，即使有一相接地，三相之间的电压关系不变，仍能可靠为用户供电，但非故障相的对地电压变为线电压，如图1-1所示：图1-1 中性点不接地系统单相接地故障图系统正常运行时，各相的对地电压为相电压；发生单相接地时，如C相接地，则剩余A、B两相的对地电压转换成为线电压、,即变为原来的倍，显然他们的对地电流也为正常时的倍。 = （1-3）式中 为正常运行时，A相对地电容电流； 为C相接地时，A相对地电容电流。 这样C相的接地电流，即系统的对地电容电流为： （1-4） 在量值上=,显然中性点不接地系统发生一相接地时，系统的对地电容电流变为原来的3倍。 （2）直接接地 110kv及以上电力系统和380/220V三相低压系统都属于这种情况。由于中性点的钳位作用，发生单相接地时，非故障相的对地电压不会改变，电气设备的绝缘只需按相电压考虑，这对于110kv及以上的高压系统来说绝缘造价降低，是很有经济技术价值的。但单相接地短路相的短路接地电流相当大，断路器会立即动作，造成供电中断。 对于380/220V三相低压系统，由于要接单相设备，中性点直接接地可以减少中性点的电压偏移，并可用来作为保障人身安全的“保护接零”。 （3）中性点经消弧线圈接地 为避免单相接地时接地点出现断续电弧，引起过电压，在单相接地电流大于一定值的电力系统中，电源中性点必须采取经消弧线圈接地的运行方式。 消弧线圈是一个铁心线圈，电阻很小、电感很大，当发生单相接地短路时，流过接地点的电流是对地地电容电流与经过消弧线圈的电感电流之和，与方向相反，在接地点相互抵消，是两者的量值差小于发生电弧的最小电弧电流，从而电弧不再发生。 一般中性点直接接地或经小电阻接地方式的系统称为大接地电流系统，中性点不接地或经高阻抗接地的系统成为小接地电流系统。2 电力网损耗的分类与形成成因2.1 电力系统主要元件的参数及等效电路 2.1.1 输电线路的参数及其等效电路 输电线路的的架设方式分为架空线路和电缆线路两类，由于电缆线路比架空线路的建设费用高很多，所以电力网中绝大多数都采用架空线路，但它们的参数及等效电路是相同的，下面就分析一下其参数和等效电路1。 1.常用的输电线路稳态参数有： （1）单位长度电阻 电阻决定线路上的有功功率损耗和电能损耗，因其与线路电流有关，所以是串联参数，符号是 ，可按下式计算： = （2-1）式中 导线单位长度的电阻（/km）； 导线材料的电阻率（mm/km）； 导线的额定截面积(mm)。注： 由于肌肤效应和采用多股绞线使导线的实际电阻率略大于材料的直流电阻率，进行修正后的电阻率：铝31.5mm/km，铜18.8mm/km； 实际使用时导线的电阻与温度有关，计算或手册查到的阻值均为20C时的值，在精度要求较高时，温度为t时的值可由下式修正 = （2-2）式中 为电阻温度系数，对铜导线=0.00382，对铝导线=0.0036 （2）单位长度电抗 电抗当导线中通有交流电流时，在导线中及其周围空间产生交变磁场，因而就存在电感和电抗，电抗是串联参数。通过电磁场理论和整换位循环可每相单位长度电抗： =(0.1445lg+0.0157) （2-3）式中 导线单位长度电抗（/km）； 三相导线之间的几何均距（m）, =； 导线的半径（m）；注： 上式是对铜铝导线而言的，当为其他材料时，式中的0.0157应改为0.0157，为该材料的相对磁导率。 对于超高压线路，为了减少电晕损耗和单位长度电抗，普遍采用分裂导线，等效的增大了导线半径，因而减少导线电抗，分裂导线电抗的计算公式： =(0.1445lg+) （2-4）式中 n每相导线的分裂数，一般n4后的减少量愈来愈不明显，故通常取n=24； 分裂导线的等值半径；=分裂导线之间的距离（m）； （3）单位长度电导 输电线路电导用来反映绝缘子表面的泄露损耗和高压电晕损耗的，用表示,单位为S/km。在实际工程中对不同电压等级的架空线路采取某些办法来避免电晕损耗的产生，所以正常情况下，电晕损耗基本不发生，故一般计算时取=0。 （4）单位长度电纳 电纳是用来反映输电线路对地电容效应的，单位长度的电纳用表示，单位为S/ km,其计算公式为： = （2-5）注： 对于分裂导线，仍用上式计算电纳，此时用等效半径代替式中的即可，显然分裂导线的对地电纳要比单导线的大。 经过以上分析不难发现，单位长度的电抗和电纳均与的对数成比例，一般随电压等级升高导线半径增大，几何均距也随之增大，且由于对数关系，对各类导线变化不大，一般取0.4/km，2.810S/ km。而单位长度电阻与导线半径的平方成反比，所以随电压等级升高，导线半径的增大，其电阻会大大减小，这就是为什么高压输电线的电抗远远大于电阻的缘故。2输电线路的等效电路 由于线路分布的特点，其精确的数学模型应是分布式的，即分布参数模型。但在实际计算中，并不一定采取精确的分布参数电路，而是要根据具体线路的长度情况而采取不同精确度的等效电路，具体如下： （1）当架空线路长度小于300km、电缆线路长度小于100km时，采用集总参数电路即可满足要求。设线路长度为，线路串联总阻抗,并联总导纳都是集中参数，有 ，对应的等效电路如图2-1所示：图2-1 输电线的等效电路 （2）当架空线路的长度在300km1000km、电缆长度在100km300km时，采用近似的分布参数电路，即在集总参数上乘上相应的系数形成的等效电路，集总参数仍为： 分布参数为： ，等效电路与图2-1相同。 其中、的计算公式可查阅参考文献2。 （3）当架空线路长度大于1000km,电缆长度大于300km时，只能采用精确分布参数电路。分布参数 ，等效电路与图2-1相同。式中 、的计算公式可查阅参考文献2，按照精确计算公式求解。2.1.2 电力变压器的参数及其等效电路 在电力系统中，变压器的参数计算并不像电机学中那要求严密，电力系统中的变压器一般不给出连接方式，其参数计算要求远不如电机学中严格，而是有一套专用的参数计算公式。 1.双绕组变压器的参数计算根据变压器名牌上提供的短路和空载实验数据，可以粗略地求出：绕组电阻，漏抗，电导和电纳。 （1）短路实验求电阻和电抗（此时略去励磁支路）短路时三相有功损耗主要是绕组电阻消耗的功率。所以可由短路损耗计算电阻 = （2-6） 注： 取哪侧值，得到的参数就是归算到哪侧的值。 表达式中各量单位分别为：是kw、是kv、是MVA，以下均同。由于漏电抗远大于绕组电阻，所以短路电压近似看成是漏抗压降，于是计算出变压器漏电抗 = （2-7） （2）空载实验求励磁电导和励磁电纳空载损耗主要是铁耗，即导纳上的功率损耗，于是可计算出变压器的电导 = （2-8）式中单位为kw。 电纳较电导大得多，励磁电流主要流经电纳支路，由此可计算得 = （2-9）变压器的形等效电路如图2-2所示：图2-2 变压器的等效线路 2.三绕组变压器 在三绕组变压器中，、为各绕组电阻归算到一次侧的值，、成为等效电抗或组合电抗，并不是各绕组的漏抗，也是都归算到一次侧。 （1）励磁参数的求解，方法同双绕组变压器，不再赘述。 （2）短路阻抗的求解 总体思路与双绕组相同，也是进行三次短路实验，然后将短路损耗拆分成三部分，然后根据公式计算电阻，求解电抗时是将短路电压拆分成、，然后根据公式计算电抗，其主要步骤： 将三次短路损耗归算至额定容量得、 将其拆分为各绕组的短路损耗 ，具体公式查阅参考文献2 按式 =，将分别代入计算即可 将三次短路电压归算至额定容量得 将其拆分为各绕组的短路电压，具体公式参考文献2 按式 =，将，分别代入计算即可2.2 电力网损耗的分类 在电能的输送和分配过程中，电力系统各元件产生的功率损耗和能量损耗，成为电力网损耗，又称线损。线损电量占供电量的百分比称为线路损失率, 简称线损率,线损率是国家考核电力部门电能损耗水平的一项重要技术经济指标,电网线损是供电企业重要的经济技术指标，它直接影响企业的经济效益，体现了电力系统规划设计、生产运行和经营管理的水平。按线损产生的原因，可分为技术线损和管理线损。2.2.1 技术线损 又称理论线损，它是电网中各元件电能损耗的总称，可过理论计算来预测，它又包括与电网传送功率（电流）有关的部分可变损耗和与电网传送功率无关的部分不变损耗。 （1）可变损耗随负荷电流的变动而变化, 与电流的平方成正比, 电流越大, 损失越大。亦即与负载的大小有关，故又称负载损耗。（1）不变损耗与设备两端的电压有关，只要设备带有电压就要消耗电能，产生的电能损耗与设备两端电压的高低有着密切的关系。与负荷电流无关，亦即与所带负荷的大小无关，故又称空载损耗。 2.2.2 管理线损 指由于管理工作不善，规章制度不健全或执行不力，以及其他不明因素等造成的损失，也称为不明线损。它主要包括： 计量装置本身的综合误差,计量装置故障。 营业工作中的漏抄、漏计、错算及倍率差错等。 客户的违章用电、窃电。 供售电量抄表时间不同期。 统计线损与理论线损计算的统计口径不一致。 以及理论计算的误差等。2.3 技术线损产生的原因2.3.1 传输线上的功率损耗 只考虑电力线路的串联阻抗，忽略并联导纳，可得到电力线路的等效电路如图2-3所示，其中、表示始末端电压，表示传送至末端的复功率。图2-3 输电线路的简化等效电路 由 = （2-10） （2-11） （2-12）由此可见，由于电阻的存在，在线路上传递功率,必然引起功率损耗。并且因为线路电阻是串联参数，所以功率损耗与电流的二次方成正比，系可变损耗。线路电阻越大，功率损耗也越大。 在工程实际中，通常要计算线路上的年电能损耗，假定电网的负荷保持为最大值不变，即功率损耗始终为最大负荷时的值，经过后，网络的电能损耗与全年的相同，称为最大负荷损耗时间，单位为h,其值可由年负荷曲线确定。在绪论中，我们已知道年最大负荷利用小时决定于有功负荷曲线，而现在提出的必须用视在功率负荷曲线求，亦即决定于视在功率负荷曲线。因为很多用电设备在晚间轻负荷时，从电网吸收的有功功率大大减少，而设备所需要用来励磁的无功功率是基本不变的，功率因数变坏，故通常视在功率曲线较有功负荷曲线要平坦些。所以如果两个用户的有功负荷曲线相同，虽然相同，但只要功率因数不同，则所得到的值也不同。因此，只要知道线路的与，就可以查阅相关表格得到线路的值，进而求出线路的年电能损耗： = （2-13）式中 为一年内最大负荷时的有功功率（kw）； 为年电能损耗（kwh）； 2.3.2 变压器上的功率损耗 根据绪论中变压器的等效电路，变压器中即存在着有功电能损耗和无功电能损耗。以有功损耗为例，励磁电导是表征铁耗的电阻，其上的功率损耗又称空载损耗或不变损耗，与负荷大小无关，仅受电源电压的影响；绕组电阻上的损耗称为短路损耗或可变损耗，与负荷电流的大小有关。 （1）当电压为额定值时，变压器上的有功功率损耗： （2-14）式中 变压器的额定空载有功损耗（kw）； 变压器的额定短路有功损耗（kw）； 变压器实际的视在功率（KVA）； 变压器的额定视在功率(KVA），=，称为负载系数或变压器的利用率。同时可以推出变压器的有功损耗率= （2-15）其效率 1- （2-16） （2）当电压为额定值时，变压器上的无功功率损耗： （2-17）式中 变压器额定空载无功损耗，即空载时所消耗的励磁功率； 变压器额定短路无功损耗，额定负载时所消耗的漏磁功率。有时还会用到综合功率损耗,其表达式为： = （2-18）式中 为无功经济当量。在工程实际中常要计算年电能损耗 ： =（kwh） （2-19）式中 n并联运行的变压器台数； 变压器的最大负荷； t变压器每年投入运行的小时数； 最大负荷损耗小时；2.3.3 电力系统中的无功需求量大，功率因数低 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感性用电设备，这些设备是滞后功率因数运行的，它们除了吸收系统的有功功率外,还需要电力系统提供大量的感性无功功率才得以正常运行，其中以三相交流异步电动机的无功功率为主，它们约占整个电网无功消耗的60%。异步电机定子电流中励磁电流所占的成分很大，约为额定电流的20%-50%。这是因为异步电机的主磁路中含气隙，气隙的磁阻大，磁导小，产生同样的磁通所需要的励磁电流大，这样就使得异步电机的励磁电流值较大，所需要的无功率较大，功率因数也不高,结合下面给出的异步电机的相量图，如图2-4。此外异步电动机在空载或轻载时，即所谓“大马拉小车”的情况，定子电流主要是用于励磁的励磁电流，功率因数相当低，所需要的无功相对增加。还有变压器等电力设备都需要一定的无功功率来提供励磁。图2-4 三相异步电机相量图根据，在所需有功功率不变的情况下，经输电线路传送无功功率必然会使总的视在功率变大，由可得传输线上的电流会变大，电源提供的电流增大，不仅增加了电源的负担，而且使得线路上的电能损耗大大增加。2.3.4 电力网中的输配电变压器不能处于经济运行状态 随着经济的发展，用电负荷也快速增长，从而使一些已处于满载或接近于满载的变压器的负荷增加，线路的损耗增大；有些地方由于经济出现衰退，导致用电负荷下降，造成输配电变压器轻载甚至空载，在这种情况下二次侧输出功率很少，亦即一次侧电流中的有功成分很少，主要是励磁的无功电流，虽然负载电流减少使得可变损耗减少，但是铁心损耗（不变损耗）保持不变，即轻载时总的损耗基本不变，这样效率降低，损耗相对增大，功率因数也很低，长期运行很不经济6。根据变压器的效率公式（2-16），进行求导，不难得到当负载损耗（铜耗）和空载损耗（铁耗）相等时，即满足式： =或= （2-20） 此时变压器的损耗最小，效率最高。式中 为前面提到的负载系数； 称为最佳负载系数。 因电网建设水平和地方电力需求不平衡而导致负载损耗和空载损耗不平衡，从而造成电力变压器不能处于经济运行状态，引起电能损耗的增加。2.3.5 三相负荷不平衡 在电力系统中，由于三相负荷平衡没有引起人们的足够重视，一些工作人员素质低，没有三相负荷平衡的概念，施工中随意接单相负荷，或者线路虽为三相四线制，但是没有注意到把单相负荷均衡的分配到三相上，造成某相或某两相负荷过多，加重了三相不平衡度，致使低压电网的可靠性和稳定性差，线损率较高，从而影响系统的安全运行。设三相电流的平均值为，最大一相的电流为，则不平衡度为： = （2-21）下面会分析到，三相不平衡度越大，电能损耗就越大。 规程规定变压器出口处的三相负荷不平衡度不大于10%，干线及主要支线首端三相负荷不平衡度不超过20%。三相负荷不平衡不仅会造成变压器和输电线路的损耗增加，同时也会给用电设备带来众多不良的影响。 1.对变压器的影响 （1）增加变压器的损耗9根据前几节的内容可知，变压器的损耗包括负载损耗（可变损耗）和空载损耗（不变损耗），正常运行情况下变压器的运行电压基本不变，空载损耗就基本为一个常量，而负载损耗则与负荷电流的平方成正比，在三相负荷不平衡的情况下，变压器的负载损耗可看成是三只单相变压器的负载损耗之和。设变压器的各相负载损耗分别为、，各相的二次侧负荷电流为、，为变压器的相电阻，对于各相有=，=，=。变压器的损耗的表达式为： +3 （2-22） 当=时，即三相负荷达到平衡时，变压器的损耗最小为 +=3。 当变压器运行在最大不平衡时，即=3，=0时，=9。通过比较，可看出，变压器运行于最大不平衡时的负荷损耗是平衡状态时的3倍。 （2）三相负荷不平衡会造成严重烧毁变压器的后果在三相负荷不平衡时，必然会产生零序电流，进而在铁心中产生零序磁通，由于电力变压器大部分都是三相铁心式变压器，各相磁路是相互关联的，零序磁通不能像基波正序磁通那样以其它两相铁心为流通路径，只能以铁心周围的油，油箱壁及部分铁轭等形成通路。这样零序磁通就会在这些部件中产生磁滞损耗和涡流损耗，引起油箱壁局部过热，温度升高，绝缘材料受到高温的影响，绝缘老化加快，同时变压器油过热，引起油质劣化，严重时将导致变压器烧毁3。 2.对线路的影响9 （1）增加线路损耗 三相负荷不平衡会增加线路的电能损耗，其大小与三相的不平衡度有关，特别是对于三相四线制的供电线路来讲，由于中性线较细，其电阻约为相线的2倍，在负荷不平衡时引起的损耗将更大。 某三相四线制线路，当负荷平衡时，各相的电流为,中线无电流，线路的有功损耗为=3。 当负荷严重不平衡，都集中在一相上时，该相电流为3,同时中线电流为3,线路的功率损耗为=2=18=6。 可见最大不平衡时的电能损耗将是平衡时的6倍，并且实际上中性线的电阻都是远大于相线电阻的，至少为其2倍，这样三相负荷不平衡增加的功率损耗会更大。 （2）可能造成烧断线路，烧毁开关设备的后果。在严重最大不平衡时，重负荷相的电流过大，增大为正常运行时的3倍，超载过多。由于发热量与电流的平方成正比，电流变为3时，发热变为原来的9倍，将造成该相导线温度的垂直上升，以致烧断。由于中线的电阻更大，中线烧断的几率将更大。同理在配电屏上，造成开关重负荷相烧坏、接触器重负荷相烧坏，因而造成整机损坏的严重后果。 3.对异步电动机的影响3 （1）三相负载的不平衡引起了三相电压的不平衡，通过对称分量法可将不对称电压分解为三个对称分量，即零序、正序、负序。负序电压通过电机后，会产生与正序电压相反的旋转磁场，进而产生反向电磁转矩，起制动作用，使电动机的电磁转矩减少，过载能力下降，输出的功率也大大减少。 （2）根据异步电动机的负序等效电路如图2-5所示，其中是一比较小的数值，励磁支路的阻抗相对较大，可将其忽略掉，这样负序阻抗就约为短路电阻,因而数值较小，即使有较小的负序电压也会产生较大的负序电流，三相电流为正序和负序的叠加，结果会使其中某一相或两相的电流过大，铜耗增加，发热严重，长期运行绝缘将遭到破坏。图2-5 三相异步电动机的负序等效电路 4.对用户的影响三相负荷不平衡，必将增大线路中的电压降，降低电能质量，影响用户电器的正常使用轻则带来不便，重则带来重大经济损失，中线烧断还可能造成用户大量低压电器被烧毁的事故。2.3.6 电网构造不合理，不能处于经济运行方式 近几年城市用电量增长速度明显快于城网建设速度，而电网的建设改造资金又严重不足，电网发展长期滞后，中低压配电网网架结构薄弱，造成线路老化，供电半径过长，呈现迂回供电。许多10kv线路长期处于过载或满载的状况。尤其是居民区的低压配电网配置水平低，容量不足，低压引户线年久失修，导线截面积小，从而线损增大。 电网结构复杂冗长，电压等级过多并且偏低，导致负载损耗较大。对于一个电网来说，电网的负载损耗和空载损耗相等时，电网的效率最高，损耗最小。实际中的电网因建设水平和地方电力需求不平衡而使空载损耗与负载损耗不相等，有的电网的用电负荷上升快而电网建设速度慢，有的电网建设速度超前。总之，电网的负载损耗往往不等于空载损耗，电网不能处于经济运行状态。2.4 管理线损的成因 随着电力事业的发展，用电负荷的不断增加，电力企业的营业管理跟不上使得偷电漏电现象时有发生；计量设备不准确严重影响到线损计算的准确性；工作人员业务水平低，责任心差使抄错、漏抄的现象时有发生，等等这些因素使的管理线损明显上升。2.4.1 计量设备不准确 电力系统中很多计量装置准确度低，丢失很多电量。如计量设备产品不合格，计量方式不当，有高供低计的现象发生；互感器的误差变比较大；电能表性能不好，负向误差大；计量二次回路配置不当，倍率错误等原因均会不同程度地造成线损的升高。2.4.2 线损理论计算水平低 线损的理论计算对线损管理工作起指导和促进作用。相当一部分电力企业对线损计算的重要性认识不够，线损计算的水平也比较低，基本上是人工手算，即使有线损计算程序，也只是将其结果作为参考或根本不用。而且线损计算周期太长，一般在线路没有改动的情况下，1或2年才计算一次。同时对计算结果分析的深度也不够。而实际上线损计算管理应作为一项日常的工作去做，这样才能及时地掌握电网运行的真实情况，从而有针对性的采取降损措施。2.4.3 管理上存在漏洞 由于在抄收工作方面存在少抄、漏抄、抄表不到位等现象，造成售电量减少，线损增加。同时各个地方存在不同程度的窃电行为且屡禁不止，这也是造成线损居高不下的重要原因，这些都给电力部门造成巨大的经济损失。3 降低线损的措施3.1 技术降损降低电力网损耗是供电企业提高经济效益最根本、最直接的手段，而技术降损又是最明显、最有成效的。下面总结一下电网常用的技术降损措施。3.1.1 改善网络中的无功功率分布，设法提高功率因数 减少线路中传输的无功功率，设法提高功率因数既能降低电力网损耗，又能改善电压质量提高电网运行水平。提高功率因数是最直接、最有效的降损节能技术，同时又是一项复杂的涉及面广的系统工程。 1.提高功率因数，以降低线路和变压器的功率损耗 （1）根据输电线路的年电能损耗的计算公式（2-13）知，进行无功补偿，提高功率因数可以降低年电能损耗，将功率因数由提高到时，线路中的损耗下降量为： %=1- （3-1）（2）根据变压器的年电能损耗的计算公式（2-19）： =（kwh）已经知道最大负荷损耗小时与视在功率负荷曲线有关，亦即与负荷的功率因数有关，越大时，说明无功负荷曲线越低平，总的视在功率越小，相应的值就越小，所以提高功率因数可以降低变压器的年电能损耗。 2.减少线路传输的无功功率、提高功率因数，同时也提高了电网的电压水平 电网在进行功率传输时，电流将在线路等值阻抗上产生电压降落.设已知首端功率和首端电压,并且忽略线路的导纳只计阻抗，其等效电路如图3-1所示：图3-1 线路上的功率传输只考虑电压降落的纵分量，根据及=,可得电压降落的纵分量： = （3-2） 所以若保持有功功率和阻抗为定值，无功功率愈小，则愈小，电压质量愈高。当线路安装容量为的并联电容器补偿装置后，线路的电压降落总分量变为： =。 （3-3）可以看出：采取无功补偿后，线路传输的无功功率变小，相应的减少了线路的电压降落，提高了电网的电压质量。 3.减少线路上传输的无功、提高功率因数的具体方法 （1）进行无功功率补偿无功补偿是最有效，最常用的提高功率因数的方法，不仅能改善电压质量，而且也能降低电网损耗，提高电网的经济运行性。无功补偿主要有集中补偿、分散补偿、个别补偿三种方式。对变电站变压器以集中补偿为主；对正常负载的补偿采用分散补偿和个别补偿相结合的方式。无功补偿的原则一般是集中与分散相结合，优先采用分散补偿。电力系统中常用的无功电源有：同步发电机、调相机、电容器及静止无功补偿器、线路充电功率等。实际补偿过程中，补偿容量的选择是一个十分重要的问题，如果我们选择的容量过小，则起不到很好的补偿作用；如果容量选择过大，供电回路电流的相位将超前于电压，就会产生过补偿，引起变压器二次侧电压升高，导致电力线路及电容器自身的损耗增加。以电容器为例，最佳计算公式为： （3-4）式中 为平均负载系数，一般取0.70.8； 电容补偿率（kvar/kw）； 由变电所提供的月最大有功计算负荷。 （2）减少电力负荷的无功需要量电力系统中的无功负荷主要是三相异步电动机，60%的无功功率都是由它消耗的，所以必须要使电动机运行在合理状态，以减少其消耗的无功功率，以提高功率因数。可采用下列方法： 不要让异步电动机空载或轻载运行，这是因为异步电机在空载或轻载时功率因数都很低，无功的消耗量相对增大。空载时，转子电流=0,=,定子电流为励磁性质的励磁电流，其主要成分为无功性质的磁化电流，功率因数很低，约为0.2；轻载时输出的有功功率很小，定子电流中的有功成分很少，主要是无功性质的励磁电流，所以功率因数也较低。所以当电机不用时要及时切断电源；电动机的容量也要选择得当，不要使电机的容量过多地超过被拖动机械所需要的功率，以免出现“大马拉小车”的情况3。 利用同步电动机来代替异步电动机。同步电动机在过励磁的情况下可以向系统输出无功功率，这不仅减少了电动机对电力系统的无功需求，而且也弥补了附近感性设备所需要的无功功率，实现了无功功率的就地平衡。3.1.2 实现电力变压器的经济运行 变压器在电力系统中的作用不言而喻，在运行中其铁心要产生磁滞损耗和涡流损耗，简称铁心损耗或空载损耗，其绕组电阻上要产生铜损或称负载损耗，他们在整个电网的有功损耗中占有很大的比例；同时，变压器上的无功损耗是电力系统中继异步电动机之后另一个较大的无功功率消耗者。所以，降低电网的电能损耗，必然要设法降低变压器的电能损耗，使电力变压器运行在经济状态。 依据电力工程设计手册，变压器容量要根据计算负荷选择，对平稳负荷供电的单台变压器，负荷率一般取85%左右，按此设计只是考虑到变压器的利用率，但却不一定能做到减少损耗，有可能会加剧损耗。所以搞好变电站中主变的经济调度工作，努力使其工作在经济运行状态。 1单台主变压器的经济运行11 前面已提到变压器的有功功率损耗和有功功率损耗率%，计算公式为： 通过求导，不难得到当负载损耗（可变损耗）和空载损耗（不变损耗）相等时，即=变压器的损耗最小，效率最高。此时=称为有功经济负载系数或最佳系数，此时： = （3-5）现行的系列的变压器=一般在0.5-0.6之间，所以变压器所带负荷为额定容量的50%-60%时最为经济，根据=，可得出变压器经济运行时的负荷，或称为最佳效益负荷： = （3-6）显然，按最佳效益负荷考虑就达不到电力工程设计手册中规定的85%的利用率。 2两台主变压器的经济运行8 电力变压器的经济运行分析，在装有两台主变压器的变电站中，其正常运行方式有两种：一台变压器运行，另一台变压器停用；两台变压器并列运行。 （1）两台变压器容量相等时 假定两台主变压器的变比、接线组别、短路电压有功、无功分量的百分比完全相同，且损耗参数分别为、。两台主变独立运行的最佳效益负荷分别为： （3-7） （3-8） 从两台中选择一台单独运行时 当、时，1号主变压器在任何时候损耗都小于2号主变压器，所以单台运行时尽可能选用1号主变压器运行。 当时，由 可见，两主变压器的损耗随所带负荷的不同而不同。结合两变压器的负载系数损耗变化曲线图如图3-2所示，必然存在一个，当=时，两主变的有功损耗相同。图3-2 变压器的负载系数-损耗变化图 其中称为临界经济负荷，令,可解出： = （3-9）不难分析出：当时，2号变