电网的经济运行

湘钢培训中心电网的经济运行肖辉项目名称湘钢培训中心前言厂网分开改革之后，电网经营企业仅能从购电与售电的差价中获取利润，而一个地区级电网年电量按30亿kWh计算，若网损率2%，年损耗电量将达6千万kWh，网损率每下降0.1个百分点，企业购电成本即可降低100万元（按供电公司购电成本0.34元/kWh计算），形成可观的经济效益。从而安排电网运行方式，最大限度降低电网损耗，成为供电企业增加利润的重要手段，是电网调度运行管理人员的主要任务之一。湘钢培训中心电网损耗的构成地区供电企业统计口径的网损由降压变压器的变损、输电线路线损、低压母线不平衡三部分构成，其中低压母线不平衡电量主要是站用电、辅助设备损耗（如无功补偿电容器的有功损耗）及计量误差，数值基本不变。输变电设备损耗中变压器损耗占2/3以上。湘钢培训中心电网经济运行电网经济运行就是指电网在供电成本率低或发电能源消耗率及网损率最小的条件下运行。作用：电网经济运行就是一项实用性很强的节能技术。这项技术是在保证技术安全、经济合理的条件下，充分利用现有的设备、元件，不投资或有较少的投资，通过相关技术论证，选取最佳运行方式、调整负荷、提高功率因数、调整或更换变压器、电网改造等，在传输相同电量的基础上，以达到减少系统损耗，从而达到提高经济效益的目的。湘钢培训中心电网经济运行电网经济运行中的变压器：电网的经济运行主要包括变压器及其电力线路的经济运行，电力设备中变压器是一种应用十分广泛的电气设备，变压器自身要产生有功功率损耗和无功功率损耗。电力系统中变压器产生的电能损耗占电力系统总损耗比例也很大，因此在电力系统中变压器及其供电系统的经济运行，对降低电力系统、线损，有着重要的意义。由于当前绝大部分的变压器及其供电系统都在自然状态下运行，加上传统观念及习惯性错误做法的影响，导致现有变压器不一定运行在经济区间，因此必须要通过各种技术措施来降低。湘钢培训中心电网经济运行降损的主要技术措施合理进行电网改造，降低电能损耗合理安排变压器的运行方式，保证变压器经济运行合理调节配网运方使其经济运行合理配置电网的补偿装置合理安排补偿容量做到经济调度，有效降低网损湘钢培训中心第一部分输电网技术降损第二部分配电网技术降损湘钢培训中心第一部分输电网技术降损湘钢培训中心（一）合理的规划设计是电网经济运行的前提（二）合理的调度是电网经济运行的必要手段湘钢培训中心（一）合理的规划设计变电站站址的选取确定经济的变压器容量选取经济的导线截面积合理地配置无功补偿设备湘钢培训中心变电站站址的选取选址应考虑现场的约束条件，并通过经济评估进行优化。220kV变电站的站址对110kV网络及10kV配电网的投资有很大影响，110kV变电站的站址对10kV配电网投资的影响更大。因此，变电站站址的选取应综合考虑220kV变电站、110kV变电站与10kV配电网投资。通常在电网中，变电站的投资约占总费用的10~20%，配电系统占据了大量费用。变电站的位置和容量对配电系统是约束因素，变电站的定位将关系到馈线系统投资经济性的改变。在站址选好后，首先应该选取变压器容量。湘钢培训中心确定经济的变压器容量容量选择小了，不能满足负荷增长的要求；容量选择大了，在负荷较低时，变压器空载损耗所占比例较大，达不到降损的要求。变压器容量的选择至关重要！湘钢培训中心（1）确定供电范围及其负荷特性供电范围确定好后，要仔细研究供电区域内所有负荷历史数据,得出此区域内负荷总的特性。根据供电区域内的实际情况确定变压器的类型。（2）对供电区进行负荷预测正确选择变压器容量的前提就是准确的负荷预测结果。要综合考虑供电区域内目前实际的负荷情况（包括年用电量、年最高、最低负荷以及负荷增长率）和近期、远期的经济发展规划，得出较为准确的负荷预测结果。（3）确定变压器经济容量一旦确定了供电区域内的最高、最低负荷数量，就可以选取变压器容量范围，继而求出变压器的经济容量。湘钢培训中心变压器综合功率损耗是指变压器自身的有功功率损耗和它的有功、无功功损耗使电网增加的有功功率损耗之和。湘钢培训中心计算公式如下（以双绕组变压器为例）KZTZZPPP20(1)KPKQKKZPQZPKQKPPPKQKPP0000(2)年电量损失费用为：dZTJPF1(3)式中△PZ—变压器综合功率损耗(kW)P0Z—变压器综合功率空载损耗(kW)PKZ—变压器综合功率额定负载损耗(kW)P0—变压器空载损耗(kW)PK—变压器额定负载损耗(kW)KQ—无功经济当量(kW/kVar)-(变压器每减少1kVar的无功功率损耗时，引起连接系统有功功率损耗下降的kW值。)KP—有功经济当量(kW/kVar)-(变压器每减少1kW的有功功率损耗时，引起连接系统有功功率损耗下降的kW值。)βT—平均负载系数F1—年电能损耗费用(元/年)T—年运行小时数(h)Jd—当地综合电价(元/kW·h)湘钢培训中心在对变压器年损失费用进行计算后，还要计算变压器年投资成本及年运行费用，使它们之和最小，即可确定最经济的变压器容量（由于目前市场上变压器的价格没有一定的标准，例如同一型号的10MVA和20MVA价格上相差一倍左右，而40MVA和50MVA则相差无几，所以无法用MVA/元的形式表示，为确定变压器的经济容量带来不便。这也是本文没有进行公式推导，求出最经济容量的原因）。湘钢培训中心3、选取经济的导线截面积根据电源和变电站的布点，线路可以按输送容量和可靠性等要求，根据路径和环境等约束条件进行规划。线路的供电半径，应根据电压损失允许值、负荷密度、供电可靠性以及标准化的要求确定。此外，还应该根据当地的实际情况选取导线截面积。1995年国家根据我国的具体情况，综合考虑输电线路中导线的总投资额、折旧、维护、线损等多个因素，制定符合总的经济效益的综合性参数，即经济电流密度值。湘钢培训中心按照1995年国家电力部门规定的标准，我国经济电流密度为(A／mm2)：最大负荷使用时间（h）导线材料3000以下3000—50005000以上铝裸导线、钢芯铝线1.651.150.9铜芯电缆2.52.252有了经济电流密度，可以非常方便地算出导线的截面积。由于现行的经济电流密度为1995年的规定，与目前情况有一定的出入。在现场实际应用中，通过它算出来的导线截面积不一定是最经济的。所以，应该根据实际情况、按照电流经济密度的公式对导线的截面积进行计算。湘钢培训中心计算公式推导如下：年电量损失费用为：32132110)3(103LdTdTdTdATJLIKFRTJIKJTPJAF(4)每年摊销的投资成本：%)(02XLLLZZGAF(5)每年运行费用（包括折旧、修理、维护管理费用，与投资成本成正比）：23FF(6)其中，F1—年电能损耗费用(元/年)F2—年摊销的投资成本(元/年)F3—每年折旧、修理、维护管理费用(元/年)△A—年电能损耗电量(kWh)T—年运行小时数(h)△PT—年电能损耗平均功率(kW)KT—负荷波动损耗系数TIiTiifTAATKK1122T-统计期（h）；Ai-每小时纪录的电量（kWh）Jd—当地综合电价(元/kW·h)I—导线输送的电流值(A)ρ—导线电阻率(Ω·mm2／km)L—线路长度(km)AL—导线截面积(mm2)GL—单位长度单位面积线路的造价(元/(mm2km))Z0—与导线截面积无关部分的投资(元/km)ZX%—每年投资回收率α—电力线路年运行费用占投资的比例湘钢培训中心对于（3）式，可参照下表。电力线路年运行费用占投资的百分数（%）线路种类折旧费维修费维护管理费综合费用木杆架空线81413铁塔架空线4.50.527钢筋混凝土架空线4.50.527电缆线路3.50.526则，每年线路运行所摊销的总成本为：%))(1(10)3(032321XLLLdTLZZGAATJLIKFFFFF(7)由上式可知，F是AL的函数，对AL求导，可求出最小的导线截面积为：LXdTLMINGZTJKIA%)1(1033(8)又由于，电流密度为LAIJ所以，经济电流密度为3103%)1(dTLXLMINMINTJKGZAIJ(9)湘钢培训中心•从规划的角度出发，只要杆型、档距、金具、经济能力等条件允许，或在同一的杆型、档距、金具条件下，尽量选择大的截面积导线。这样，随着时间的推移，用电负荷的不断增大，大截面积导线的效益将越来越明显，有利于电网的经济运行。•当然，导线截面积选取后，还需按照允许载流量、电晕（电缆线路除外）、机械强度、电压损耗等进行校验。湘钢培训中心4、合理地配置无功补偿设备（1）无功对电压的影响（2）无功对线损的影响（3）无功补偿容量的选取（4）无功补偿装置配置原则湘钢培训中心（1）无功对电压的影响系统的无功功率对电压影响极大，无功功率不足，将引起电网电压下降，而无功过剩将引起电网电压偏高。合理调整变压器分接头，是提高电网电压水平的一种调压手段，但其作用仅仅是通过改变电网中的无功潮流分布来提高局部的电压水平。当电网无功功率不足时，这种通过调压方式只能起到“拆了东墙补西墙”的作用。要想维持整个系统的电压水平，除了必须有足够的无功补偿容量，实行无功分区、分压就地平衡外，还必须要有足够的无功备用容量，以便保证负荷增加后的电压质量。湘钢培训中心无功与电压损耗的关系：当电网传输功率时，电流将在线路、变压器阻抗上产生电压损耗?U。以线路为例，其关系式如下：11/)(UQXPRU(10)当线路安装无功补偿容量为Qc的无功补偿装置后，线路电压损耗变为（假设通过调压使线路补偿后运行电压不变）12/))((UXQQPRUC(11)补偿后电压升高的数值为1/UXQUC(12)式中?U1—补偿前的电压损耗(kV)?U2—补偿后的电压损耗(kV)P—线路传输的有功功率(kW)Q—线路传输的无功功率(kVar)QC—无功补偿容量(kVar)U1—线路首端电压(kV)R—线路等效电阻(Ω)X—线路等效电抗(Ω)由上式可知，无功功率的变化，将引起电压降的变化。由于安装无功补偿，就地平衡了无功功率，限制无功功率在电网中传输，相应地减少了线路的电压损耗，提高了电网的电压质量。湘钢培训中心（2）无功对线损的影响在电网运行中，因大量非线性负载的存在，它们除要消耗有功功率外，还要消耗一定的无功功率。负荷电流通过线路、变压器将会产生功率损耗。湘钢培训中心RUPRUQPP222222cos(13)XUPXUQPQ222222cos(14)由上式可知，当线路或变压器输送的有功功率和电压不变时，线损与负荷功率因数的平方成反比。因此，在受电端安装无功补偿装置，实现无功就地平衡，减少电网中无功功率的流动，降低线路与变压器的可变有功功率损耗，从而降低线损。湘钢培训中心（3）无功补偿容量的选取通常较为科学的方法是综合运用最优网损微增率准则和等网损微增率准则解决无功补偿设备的最优补偿容量和最优分布问题。最优网损微增率是衡量无功最优补偿容量的准则，等网损微增率是衡量无功最优分布的准则。但在现场实际应用中，由于各种客观原因限制（如有无间隔、资金、对原有的无功补偿设备利用、更改设计、计算繁琐等问题），没有采用这种方法。一般情况下，本着“分层、分区、就地平衡”的原则，在新建、扩建的变电站站内直接安装无功补偿设备，进行就地补偿。补偿容量可按下法确定。湘钢培训中心以双绕组变压器为例无功补偿容量的计算公式：)(21tgtgPQC(15)每年摊销的投资成本：%)(01XcdCZZZQF(16)加装无功补偿后每年节省的电费：dQPdZdZTJQKPKFTJPJAF))1((22(17)KNTPSPKP)cos1cos1()(22122(18)KNTQSPKQ)cos1cos1()(22122(19)加装的无功补偿设