二、電網的節能監測

(一)電網基本介紹

由發電、變電、輸電、配電和用電這五個環節所組成的電能生產、變換、輸送、分配和消費的整體，就叫做電力系統。在電力系統中，除發電和用電這兩個環節以外的部分，即把由輸電、變電、配電設備及相應的輔助系統組成的聯系發電與用電的統一整體稱為電力網，簡稱電網。電網是連接發電廠和用戶的中間環節，是傳送和分配電能的裝置。電網是由不同電壓等級的輸配電線路和變電站組成的，按其功能的不同常分為輸電網和配電網兩大部分。輸電網是由35kV及以上的輸電線路和寫其連接的變電站組成，是電力系統的主要網絡，其作用是將電能輸送到各個地區的配電網或直接送給大型企業用戶。配電網則由10kV及以下的配電線路和配電變壓器所組成，其作用是將電能饋送至各類電能的用戶。

1.輸電網

由于發電廠與用電負荷中心一般相距很遠，將發電廠發出的電能通過升壓變壓器升壓(變電)至35—100OkV后，在高壓架空輸電線路上進行遠距離的輸送，直至用電負荷中心的全過程稱為輸電。輸電是電力系統的重要組成部分，它使得電能的開發和利用超越了地域的限制。電能與其他能源的輸送方式相比，具有效益高、損耗小、污染少，且易于調節和控制等特點。另外，高壓輸電線路還可以將不同地點的發電廠連接起來，構成大規模的聯合電力系統，以使得電能的質量進一步提高，同時起到互相支援、互為補充的作用。它已成為現代社會的能源大動脈。按照輸送電流的性質來分，有交流輸電和直流輸電兩種。目前較為廣泛應用的是交流輸電，但近年來直流輸電也越來越受到人們的重視;按照輸電線路的結構來分又有架空線路和直埋敷設兩種形式。

輸電的功能是將發電廠發出的電力輸送到消費電能的地區，或進行相鄰電網間的電力互送，使其形成互聯電網或統一電網，保持發電和用電或兩電網間供需平衡;配電的功能是在消費電能的地區接受輸電網受端的電力，進行分配。輸電線路和配電線路電壓等級、輸送容量和配電距離見表4-12。

輸電網由輸電和變電設備構成。輸電設備主要有輸電線、桿塔、絕緣子串、架空線路等;變電設備有變壓器、電抗器(用于330kV以上)、電容器、斷路器、接地開關、隔離開關、避雷器、電壓互感器、電流互感器、母線等一次設備和確保安全、可靠輸電的繼電保護、監視、控制及電力通信系統等二次設備。變電設備主要集中在變電站內。對于直流輸電，它的輸電功能由直流輸電線路的換流站的各種換流設備，包括一次設備和二次設備實現。輸電網一次設備和相關的二次設備協調配合是實現電力系統安全、穩定運行，避免連鎖事故發生，防止大面積停電的重要保證。

電網按電壓等級的高低分層，按負荷密度的地域分區;不同容量的發電廠和用戶應分別接入不同電壓等級的電網;大容量的電廠應接入主網，較大容量的電廠應接入較高電壓的電網，容量較小的可接入較低電壓的電網。配電網應按地區劃分，一個配電網擔任分配一個地區的電力及向該地區供電的任務。配電網之間通過輸電網發生聯系。不同電壓等級的電網的縱向聯系通過輸電網逐級降壓形成。電力系統之間通過輸電線連接，形成互聯電力系統。連接兩個電力系統的輸電線稱為聯絡線。

2.配電網

配電網是由架空線路、電纜、桿塔、配電變壓器、隔離開關、無功補償電容器以及一些附屬設施等組成的。在電力網中起重要分配電能作用的網絡就稱為配電網;配電網一般是指35kV及其以下電壓等級的電網，作用是給城市里各個配電站和各類用電負荷供給電源。

配電網按電壓等級可分為高壓配電網(35～l10kV)、中壓配電網(6～10kV)、低壓配電網(220V/380V);在負載率較大的特大型城市，220kV電網也有配電功能;按供電區的功能可分力城市配電網、農村配電網和工廠配電網等。

在城市配電網系統中，主網是指l10kV及其以上電壓等級的電網，主要起連接區域高壓(220kV及以上)電網的作用。

3.變電

通過電壓變換裝置將低電壓變換為高電壓或將高電壓變換為低電壓的過程稱為變電。變壓器是變電站的主要設備，分為雙繞組變壓器、三繞組變壓器和自耦變壓器，即高、低壓每相共用一個繞組，從高壓繞組中間抽出一個頭作為低壓繞組的出線的變壓器。電壓高低與繞組匝數成正比，電流則與繞組匝數成反比。

變壓器按其作用可分為升壓變壓器和降壓變壓器。前者用于電力系統送端變電站，后者用于受端變電站。變壓器的電壓需與電力系統的電壓相適應。為了在不同負荷情況下保持合格的電壓，有時需要切換變壓器的分接頭。

4.基本參量

電網中的基本參量有總裝機容量、年發電量、最大負荷、額定頻率、最高電壓等級等。

(1)總裝機容量。該區域電網中實際安裝的發電機組額定有功功率的總和。

(2)年發電量。該電網中所有發電機組全年實際發出電能的總和。

(3)最大負荷。在規定統計時間內(如一天、一月、一年)，該電網總有功功率負荷的最大值。

(4)額定頻率。按國家標準規定，我國所有交流電力系統的額定頻率為50Hz。

(5)最高電壓等級。該電網中最高電壓等級為電力線路的額定電壓。

(二)電網損失分析

在電力變壓、輸送過程中，由于電阻(或電導)的存在，將產生一定的有功功率和電能損耗，消耗在線路、變壓器等電氣設備上的電量.就是線路損失電量，簡稱線損。

損失電量占供電量的百分比，稱線損率，即

線損率=(供電量一售電量)/供電量×100%

這種計算方法，并不能真正反映電網輸變電設備中電能損失的大小。因為它除了輸變電設備的電能損失外，還包括了電網運行管理中的一些不明損失(如表計誤差、管理工作中的漏洞等)。一般將這種辦法計算出的線損率，稱為統計線損率;把經過理論分析計算得出的線損率，稱為理論線損率。

一般35kV及以上線路的損失，稱為供電線路損失;6～10kV及以下線路的損失，稱為配電線路損失。

1.供電線路損失情況

供電部門管理的10kV農村配電網和城市配電網線路功率因數大都在0.65～0.85之間，非電業管理的企業用戶，其內部10kV配電網功率因數在0.85左右;由于大部分380V用電線路動力設備實際出力比額定容量小及家用電器的特性決定了其功率因數偏低，線損偏高。

10kV與380V電網功率因數偏低的主要原因是無功補償設備集中在變電站10kV側，只對10kV以上電網具有補償作用，沒有實現無功就地補償，380V配網無功功率投入不足，缺乏可靠實用的無功功率補償設備以及合理的補償方式。無功功率不足，是功率因數低的主要原因，造成了10kV及以下配電網有功功率損失較大。

2.配電線路損失分析

配電線路消耗的無功功率僅次于感應電動機，約占無功功率的20%。電網改造中考慮解決過負荷問題較多，在選擇變壓器容量時往往不經過調查，沒有與實際負荷配合，只選擇容量大的變壓器，而配電變壓器負荷的特點是用電時間集中，白天和黑夜多數為輕載或空載狀態，由于變壓器負荷電流小，同時受空載勵磁損耗的影響，功率因數較低，空載和輕載時變壓器自身功率因數只有0.5—0.6，消耗的無功功率占變壓器容量的10%左右。

提高電網功率因數，降低電能損耗。提高電網功率因數的方法，歸納為提高設備本身的功率因數和利用無功補償設備，以就近解決無功功率需要兩個方面。

(1)合理選擇使用變壓器，調整并聯變壓器臺數，降低電能損耗。變壓器的最佳負載率，是按有功功率損失最小確定的，一般為60%—80%。

(2)采用并聯電容器提高功率因數。在配電線路上，安裝補償電容器是直接減少線路無功功率輸入量和縮短線路無功功率輸送距離，從而達到降低線路損耗的有效技術手段，并可以有效地提高供電電壓。

(三)電網節能監測方案

1.企業供配電系統節能監測項目

(1)日負荷率。電網負荷率是一個總的概念：電網負荷率——電網平均負荷/電網設計的最大負荷。而具體的負荷率又分為日負荷率、年負荷率、年平均日負荷率等。具體的意義也因為具體的概念的不同而有些差別。總的來說，負荷率是描述平均負荷(電量)與最大負荷的比率的物理量。

電網負荷率與系統有功負荷高峰低谷有關。電網負荷率高表明該地區負荷峰谷差較小，負荷比較平均，電網負荷率低說明該地區峰谷差異較大，需要削峰填谷，使各時段負荷變化減小。

調整負荷，提高負荷率，不僅使用電單位的用電達到經濟合理，而且也為整個電網的安全經濟運行創造了條件。

(2)變壓器負荷率。

1)變壓器降耗改造。變壓器數量多、容量大，總損耗不容忽視。因此降低變壓器損耗是勢在必行的節能措施。若采用非晶合金鐵芯變壓器，具有低噪聲、低損耗等特點，其空載損耗僅為常規產品的1/5，且全密封、免維護，運行費用極低。S11系統是目前推廣應用的低損耗變壓器，空載損耗較S9系列低75%左右，其負載損耗與S9系列變壓器相等。因此，應在輸配電項目建設環節中推廣使用低損耗變壓器。

2)變壓器經濟運行。變壓器經濟運行是指在傳輸電量相同的條件下，通過擇優選取最佳運行方式和調整負荷，使變壓器電能損失最低。變壓器經濟運行無需投資，只要加強供、用電科學管理，即可達到節電和提高功率因數的目的。每臺變壓器都存在有功功率的空載損失和短路損失、無功功率的空載消耗和額定負載消耗。變壓器的容量、電壓等級、鐵芯材質不同，故上述參數各不相同。因此，變壓器經濟運行就是選擇參數好的變壓器和最佳組合參數的變壓器運行。

選擇變壓器的參數和優化變壓器運行方式可以從分析變壓器有功功率損失和損失率的負載特性人手。

(3)線損率。降損節能是衡量和考核電網企業生產技術和經營管理水平的一項綜合性經濟技術指標。線損由技術線損和管理線損組成。在電網中，只要有電流流過，就要消耗電能。電能在電力網輸、變、送、配電過程中產生的電量損耗稱技術線損。管理線損是指由于電力管理部門和有關人員管理不夠嚴格，出現漏洞，造成用戶竊電或違章用電，電網元件漏電，電能計量裝置誤差以及抄表人員錯抄、漏抄等引起的電能損失;這種損失既沒有規律性，又不易測算，所以又稱為不明損失。降損節能是有效提高電力企業經濟效益的重要途徑之一。

降低線損的技術措施可分為建設性措施和運行性措施兩種。

1)建設性措施。通過增加投資費用，更新改造原有設施，從而達到降低線損的目的，具體可以從以下幾方面考慮：

①加快高耗能變壓器的更新改造。為降低變壓器自身的損耗，宜選用S1I系列低耗能變壓器或非晶合金變壓器。

②合理配置變壓器。對于長期處于輕載運行狀態的變壓器，應更換小容量變壓器;對于長期處于滿載、超載運行的變壓器，應更換容量較大的變壓器。變壓器容量的選擇，一般負荷在65%～75%時效益最高。配電變壓器應盡量安裝于負荷中心，且其供電半徑最大不超過500m。農村用電有其自身的特點，受季節和時間性的影響，用電負荷波動大，有條件的地方可采用子母變壓器供電，在負荷大時進行并聯運行，一般負荷可采用小容量變壓器供電，負荷較大時可采用大容量變壓器供電。無條件的地方一般要考慮用電設備同時率，按可能出現的高峰負荷總千瓦數的1.25倍選用變壓器。

③增建線路回路，更換大截面導線。根據最大負荷和相應的最大負荷利用小時數，與經濟電流密度比較，如果負荷電流超過此導線的經濟電流數值，應采取減小負荷電流或更換導線，架設第二回線路，加裝復導線，

④增裝必要的無功功率補償設備，進行電網無功功率優化配置。功率因數的高低，直接影響損耗的大小，提高功率因數，就要進行無功功率補償，無功功率補償應按“分級補償、就地平衡”的原則，采取集中、分散和隨即補償相結合的方案，對沒有安裝集中補償裝置的變電所10kV母線上加裝補償電容器，使無功功率得到平衡。在線路長、負荷大的10kV線路上安裝并聯電容器進行分散補償;對容量為30kVA及以上的10kV配電變壓器應隨即就地補償，使配電變壓器自身無功功率損耗得到就地補償;對7.5kW及以上年運行小時數在100h以上的電動機重點進行隨即補償。低壓線路也應安裝無功功率補償裝置，通過一系列的無功功率補償措施，將電網的電力率保持在0.9以上。

強化計量裝置的更換與改造。用電計量裝置應安裝在供電設施產權界處，并提高計量裝置的準確度。選用86系列寬幅度電能表或電子式電能表、防竊電能表有非常可觀的降損效果。它的主要優點是：①自耗小(0.3W左右);②誤差線性好;③準確度高;④抗傾斜;⑤正反向計數;⑥有較強的防竊電性能。實行一戶一表計量每戶電量并作為收費的依據，有利于監督、分析用電損失情況，及時消除損耗高的原因。

2)運行性描施。運行性措施是指在已運行的電網中，合理調整運行方式以降低網絡的功率損耗和能量損耗。實際操作中的主要方法有：

①電壓的調整。變壓器的損耗主要是銅損和鐵損，而農村配電網中一般變壓器的鐵損大于銅損，是配電網線損的主要組成部分。如果變壓器超過額定電壓5%運行時，變壓器鐵損增加約15%以上;若超過電壓10%，則鐵損將增加約50%以上;當電網電壓低于變壓器的所用分接頭電壓時，對變壓器本身沒有什么損害，只是可能降低一些出力;同時電動機在0.95Ue下運行最經濟，所以適當降低運行電壓對電動機也是有利的。如果變壓器銅損大于鐵損，提高運行電壓，則有利于降損。因此及時調整變壓器的運行分接頭(要保證正常電壓偏差)，是不花錢就可降低線損的好辦法。

②三相負荷平衡。如果三相負荷不平衡，將增加線損。這是因為三相負荷不平衡時，各相的負荷電流不相等，就在相間產生了不平衡電流，這些不平衡電流除了在相線上引起損耗外，還將在中性線上引起損耗，這就增加了總的線損。如果三相負荷平衡，則向量差為零，應當盡可能使各相負荷相對平衡，否則，中性線上將有電流流過。中性線上流過的電流越大，引起的損耗也越大。因此在運行中經常調整變壓器的各相電流，使之保持平衡，以降低線損。一般要求配電變壓器出口處的電流不平衡度不大于10%，因為不對稱負荷引起供電線路損耗的增加與電流不對稱度的平方成正比。在低壓三相四線制線路中線路的電流不平衡附加線損也是相當大的，定期地進行三相負荷的測定和調整工作，使變壓器三相電流接近平衡，這也是無需任何投資且十分有效的降損措施。

③導線接頭處理。導線接頭的接觸電阻一般較小，如果施工工藝較差，接觸電阻將猛增，而此處的電能損耗和接觸電阻成正比，除提高施工工藝減少接觸電阻的辦法外，還可以在接頭處加涂導電膏的辦法，使點與點的接觸變成面與面的接觸，從而進一步減少接觸電阻。

④加強對電力線路的維護和提高檢修質量。定期進行線路巡查，及時發現、處理線路泄漏和接頭過熱事故，可以減少因接頭電阻過大而引起的損失。對電力線路沿線的樹木應經常剪枝伐樹，還應定期清掃變壓器、斷路器及絕緣瓷件。

(4)企業用電體泵功率。用電體系有功功率與視在功率之比，即功率因數;以用電體系有功電量與無功電量為參數計算而得的功率因數，即企業用電體系功率因數，又稱企業用電體系加權平均功率因數。

交流電網需要電源同時供給有功功率和無功功率，有功功率用于電能做功，無功功率用于建立交變電磁場。由于用電體系的負載大多數都是感性負載，而不是純電阻性負載，既要消耗有功功率，也要消耗一些無功功率，因而用電體系有功功率與視在功率之比，即功率因數通常是小于1的正數。

若用電體系消耗的有功功率一定，則消耗的無功功率越大，功率因數越低，為了滿足用電的要求，必須加大電網供電線路和變壓器的容量，這不僅需增大電網供電的投入，也造成企業用電的浪費。因此，各地區電網普遍實行按功率因數調整用電收費價格的辦法，規定對一個企業的功率因數要求達到一定的數值，企業功率因數低于規定值，要多收電費;企業功率因數高于規定值，可減少收費，有獎有罰。可見，提高功率因數對企業有利，對整個社會電網的運行有利，經濟效益明顯。

為此，GB/T3485-1998中規定：企業應在提高自然功率因數的基礎上，合理裝置集中與就地補償設備，在企業最大負荷時的功率因數不低于0.90;低負荷時.應調整無功功率補償設備的容量，不得過補償。