1　引言 　　近十年來，我國電力裝機容量每年以10GW的速度遞增，大大緩解了供電緊張的局面。從1997年的表面現(xiàn)象來看，全國大部分地區(qū)開始出現(xiàn)電力飽和現(xiàn)象。例如山東省的裝機容量已達16GW，但全年的高峰負荷尚不足11GW。伴隨著供電量增加的同時，電網(wǎng)建設的速度明顯滯后，網(wǎng)絡損耗問題日益突出。近幾年來，國家電力公司和省市電業(yè)局都開始重視這一問題。大家已普遍認識到降低網(wǎng)損是供電部門減小供電成本的重要突破口，也是今后增加供電量的重要手段。有專家估算，通過降損來提高供電量，成本僅為興建電廠成本的1/4～1/5，是非?？尚械摹译娏倦娏茖W研究院曾就系統(tǒng)網(wǎng)損做過較全面的調查，分析報告表明了降損的潛力和意義［1］。 　　當前我國的電力網(wǎng)損耗可分為3個等級：220kV及以上電壓等級網(wǎng)損；110kV及35kV網(wǎng)損；10kV網(wǎng)損。這三部分網(wǎng)損量的比例大致為1.5∶1.1∶2.5，其中10kV配網(wǎng)的降損潛力最大。 　　10kV及以下配電網(wǎng)網(wǎng)損大的突出原因在于，配電網(wǎng)建設嚴重滯后，網(wǎng)架薄弱，設施老化，線路長，線徑小，有的10kV線路長50～70km，甚至有100km以上者，另外配電變壓器也大部分為高能耗變壓器。農(nóng)網(wǎng)的這一問題尤為突出，“八五”末期全國農(nóng)網(wǎng)網(wǎng)損平均為28%。 　　從降低網(wǎng)損和提高供電可靠性的角度出發(fā)，10kV配電線路的長度應控制在10km以內。目前全國城網(wǎng)10kV配電線平均長度約6km左右，一些大城市市區(qū)內已縮短在1～2km以內，因而損耗并不大（城區(qū)配電網(wǎng)的損耗主要集中在400V側）。但在廣闊的農(nóng)網(wǎng)領域，由于變電站數(shù)量少，長距離供電是一種普遍現(xiàn)象，并且由于負荷量小，不可能選擇過粗的線徑，這就造成線路的阻抗大，損耗也大。線路的阻抗大，使得線路的首末端電壓降特別大，嚴重超出國家和地方有關標準的要求，造成部分地段電壓質量不合格。10kV配電線路的損耗高，給電力部門帶來了不應有的損失，并且間接地提高了供電電價，加之電能質量的不合格，嚴重影響了特別是農(nóng)村用戶的用電積極性。 　　此次城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造中，電網(wǎng)降損問題已引起廣泛重視［2，3］，被列為電網(wǎng)改造要重點解決的問題之一。城鄉(xiāng)電網(wǎng)特別是低壓電網(wǎng)的降損問題如能得到很好解決，將會極大地挖掘農(nóng)村的用電潛力，對解決電力飽和問題意義重大。 [b]2　無功補償是10kV配電網(wǎng)降損升壓的有效手段 [/b]　　圖1為一條導線的簡化等值電路（10kV線路的對地導納可忽略）。有功功率損耗ΔPi為 　　[img=112,42]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/dwjs/dwjs9906/image1/gs0401.gif[/img]（1） 　　由式（1）中不難看出，要想減小損耗，有以下幾種辦法：①減少流經(jīng)導線的有功電流；②減少流經(jīng)導線的無功電流；③減小導線的等值電阻，即加大導線截面，縮短供電半徑。導線的電壓一般在額定值附近，可作為定值處理。 　　圖1　一條線路的等值電路 　　圖2為變壓器的等值電路圖。其有功功率損耗ΔPT為 　[img=187,39]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/dwjs/dwjs9906/image1/gs0402.gif[/img]　（2） [img=141,54]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/dwjs/dwjs9906/image1/0402.gif[/img] 　　圖2　變壓器等值電路 　　變壓器降損的方法有3種，方法①、②同上述線路降損的辦法，第3種方法是減小GT與RT，即采用低損耗變壓器。 　　另外，以圖1為例，線路的壓降為 　　[img=183,39]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/dwjs/dwjs9906/image1/gs0403.gif[/img]（3） 　　減小壓降的方法也同樣在于減少流經(jīng)導線的有功、無功電流以及減小導線的等值阻抗。 　　在工程實踐中，以下措施得到了重視： 　?。?）改造配電網(wǎng)網(wǎng)架結構，甚至提高電壓等級和增加變電站所，合理分配有功和無功； 　?。?）更換高能耗變壓器； 　?。?）加大導線截面，縮短供電半徑； 　　（4）無功功率補償。 　　這4種措施相互關聯(lián)，但并不沖突，主要應根據(jù)所在地的實際損耗情況和資金情況予以考慮。 　　第一種改造措施是基于對配電網(wǎng)長遠發(fā)展考慮的好辦法，它合理地改造不盡完善的配電網(wǎng)，可以為配電網(wǎng)提供10年以上高效、穩(wěn)定的運行環(huán)境。但是由于工程投資巨大，投資回收期長，大多數(shù)的市鎮(zhèn)在目前都難以開展這項工作，局部和小范圍的改造比較現(xiàn)實。 　　第二、三種措施投資已大為減小，但仍可觀。資金充裕的地區(qū)可以考慮。 　　第四種措施投資最少，同時由于我國配電網(wǎng)長期以來無功匱乏，由其造成的網(wǎng)損蔚為可觀，通過無功補償來降低網(wǎng)損和提高電壓是一種投資少回報高的方案。在配電變壓器低壓側的補償不但可以降低線路損耗，而且能夠降低配變的損耗，一些高能耗變壓器因損耗降低而還可以延遲退役，電壓質量也將因此而有很大改善。據(jù)估算，網(wǎng)損在10%以上的10kV配電線路，大致可降損5%～10%，投資可在1～2年內回收。而前幾種措施要達到同樣降損效果，投資需在3～4倍以上。 　　所以總的來看，通過無功補償來降損升壓是配電網(wǎng)改造的有效辦法，在無功補償?shù)幕A上再因地制宜、卓有成效地實施其他改造，應是大多數(shù)地區(qū)配電網(wǎng)特別是農(nóng)網(wǎng)的首選方案。 [b]3　配電網(wǎng)無功補償現(xiàn)存的幾個問題 [/b]　　隨著人們對配網(wǎng)建設的重視和無功補償技術的發(fā)展，低壓側無功補償技術在配電系統(tǒng)中也開始普及。從靜態(tài)補償?shù)絼討B(tài)補償，從有觸點補償?shù)綗o觸點補償，都取得了豐富的運行經(jīng)驗。但是，在實踐過程中也暴露出一些問題，必須引起重視。 　?。?）補償方式問題。 　　目前很多部門無功補償?shù)某霭l(fā)點還放在用戶側，即只注意補償用戶的功率因數(shù)，而不是立足于降低電力網(wǎng)的損耗。如為提高某電力負荷的功率因數(shù)，增設1臺補償箱，這固然會對降損有所幫助。但是如果要實現(xiàn)有效的降損，必須通過計算無功潮流，確定各點的最優(yōu)補償量、補償方式，才能使有限的資金發(fā)揮最大的效益。這是從電力系統(tǒng)角度考慮問題的方法。 　　如北京某地線路的補償方案由于缺乏通盤考慮，投資三、四十萬元，而線路降損只有1%。而經(jīng)計算，該線路的降損潛力至少有5%～6%，如果能合理補償，完全可以達到這一降損目標。 　　（2）諧波問題。 　　電容器具備一定的抗諧波能力，但諧波含量過大時會對電容器的壽命產(chǎn)生影響，甚至造成電容器的過早損壞；并且由于電容器對諧波有放大作用，因而使系統(tǒng)的諧波干擾更嚴重。另外，動態(tài)無功補償柜的控制環(huán)節(jié)，容易受諧波干擾影響，造成控制失靈。 　　因而在有較大諧波干擾，又需補償無功的地點，應考慮添加濾波裝置。這一問題普遍被忽視，致使一些補償設備莫名其妙地損壞。因而做無功補償設計時必須考慮諧波治理。 　?。?）無功倒送問題。 　　無功倒送是電力系統(tǒng)所不允許的，因為它會增加線路和變壓器損耗，加重線路負擔。無功補償設備的生產(chǎn)廠家，雖然都強調自己的設備不會造成無功倒送，但是實際情況并非如此。對于接觸器控制的補償柜，補償量是三相同調的；對于晶閘管控制的補償柜，雖然三相的補償量可以分調，但是很多廠家為了節(jié)約資金，只選擇一相做采樣和無功分析。于是在三相負荷不對稱的情況下，就可能造成無功倒送。至于采用固定電容器補償方式的用戶，在負荷低谷時，也可能造成無功倒送。選擇補償方式時，應充分考慮這一點。 　?。?）電壓調節(jié)方式的補償設備帶來的問題。 　　有些無功補償設備是依據(jù)電壓來確定無功投切量的，這有助于保證用戶的電能質量，但對電力系統(tǒng)而言卻并不可取。因為雖然線路電壓的波動主要由無功量變化引起，但線路的電壓水平是由系統(tǒng)情況決定的。當線路電壓基準偏高或偏低時，無功的投切量可能與實際需求相去甚遠，出現(xiàn)無功過補或欠補。 　　綜上所述，10kV配電網(wǎng)低壓側的無功補償工作應更多地考慮系統(tǒng)的特點，不應因電壓等級低、補償容量小而忽視補償設備對系統(tǒng)側的影響（包括網(wǎng)損）。如果需降損的線路能基于一個完善的補償方案進行改造，則電力系統(tǒng)側的收益將比分散的純用戶行為的補償方式要大得多。 [b]4　無功補償?shù)挠嘘P技術分析 [/b]　　圖3為10kV配電線路無功補償?shù)氖疽鈭D。CVC是指混合式的無功補償設備（Composite Var Compensator）,放置在配電變壓器出線端，連同變壓器一起進行無功補償。 　　 圖3　10　kV配電線路無功補償示意圖 　　在無功補償工程中，本文使用等網(wǎng)損微增率來優(yōu)化補償容量。 　　設QC為線路總補償容量，kvar；K1為單位補償容量的一次性成本,元/kvar;K2為單位時間內單位補償容量的運行維護費用,元/kvar＊a），T為時間,a;F1為時間段內的總費用： 　　F1＝K1QC＋K2QC T　　　　（4） 　　設β為單位電價，元/kWh；Q1，Q2，…，Qn為線路上各點的補償容量，QC＝Q1＋Q2…＋Qn；τmax為全網(wǎng)每年最大損耗小時數(shù)，kW;ΔP為線路補償后降低的網(wǎng)損，kW;F2為時間段T內網(wǎng)絡降損后節(jié)省的電能費用,元。所以有 　　ΔP＝f（Q1,Q2，…，Qn）　　　　?。?） 　　F2＝βΔPTτmax　　　　　　　?。?） 　　所以時間段T內的投資收益F為 　　F＝F2－F1＝βΔPTτmax－K1QC－K2QCT　　　　　　（7） 　　要想使經(jīng)濟效益最好，必須使[img=48,39]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/dwjs/dwjs9906/image1/gs0404.gif[/img]，所以有 　　[img=231,42]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/dwjs/dwjs9906/image1/gs0405.gif[/img]（8） 　　由式（8）可以組成N個方程。假定時間已知，方程組共有N個變量（Q1,Q2,…Qn），由此可以求得Q1,Q2,…Qn。 　　令式（7）＝0，可以求得投資回收時間T0： 　　[img=144,41]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/dwjs/dwjs9906/image1/gs0406.gif[/img]（9） 　　如果先確定總補償容量QC，以ΔP最大為目標，則可得 　　[img=195,36]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/dwjs/dwjs9906/image1/gs0407.gif[/img]（10） 　　由式（10）可以組成N-1個方程，方程組共有N-1個變量，也可以求得Q1,Q2,…，Qn。同樣用式（9）可以求得投資回收時間T0。 　　投資補償效果可用示意圖說明，如圖4。由圖可見，當cosφ＝1時線路是完全補償?shù)?，由零補償?shù)酵耆a償?shù)倪^程中，曲線斜率越來越小，說明網(wǎng)損的減小越來越不顯著。所以在實際工程 　　 圖4　投資補償效果示意圖 　　中，線路的補償度一般控制在功率因數(shù)為0.9～0.95之間。 　　圖5示意了投資收益與時間的關系。cosφ1>cosφ2>cosφ3，分別對應于3條曲線。cosφ3所對應的補償度較低，投資回收期較短；cosφ1所對應的補償度較高，投資回收期較長，但在一個較長時間段內收益較大。 　 　圖5　投資收益與時間的關系 　　綜上所述，10kV及380V線路是資源側和需求側的交匯點，由于電壓等級低，一直被電力系統(tǒng)所忽視，因而存在的問題也較多，損耗大、電能質量差是比較突出的，所以此次電網(wǎng)改造的著力點應在配電。但是如何搞好配電網(wǎng)，大家并無足夠的經(jīng)驗。筆者根據(jù)自己的調查和研究，認為配電線路的綜合無功補償工作在降損節(jié)能中有重要意義，是目前配電網(wǎng)改造工作中值得重視的技術方向。 [b]參考文獻 [/b]　　1　能源部電力科學研究院.電力系統(tǒng)網(wǎng)損調查分析報告.1989 　　2　魏光耀. 我國城市電網(wǎng)的現(xiàn)狀與發(fā)展.供用電，1998（1） 　　3　包敘定. 加快農(nóng)網(wǎng)改造開拓農(nóng)村市場.1998，6