Method and Application of Line Loss Suppression in Substation Area
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摘要:
由于电能之间的传输不可避免地产生损耗而产生相应的经济损失，因此如何降低线路损耗是一个至关重要的问题。文章根据线路损耗产生的原理对其抑制进行了原理说明，并提出了降低存量台区和建改台区线损的方案，最后用几个案例证明了所提方法的可行性。
Abstract:Due to the inevitable loss and significant economic losses caused by the transmission of electrical energy, reducing line losses is a crucial issue. This article explains the principle of suppressing line losses based on the principle of their generation, and proposes plans to reduce existing and renovated line losses in substation areas. Finally, several cases are used to demonstrate the feasibility of the proposed method.
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1. 国内外研究现状
在电网运行过程中，低压配电网的损耗所占比重最大。受限于各种实际条件的限制，导致低压配电网不仅设备众多，元器件数量庞大，而且其线路架构也十分复杂。加上各地区管理标准与技术水平的不统一，导致其线路损耗维持在较高的水平，因此线损的降低有巨大的发展空间。如何针对不同台区进行降损规划也是电网规划的一大重难点。
2. 台区线路损耗抑制的原理与规划
2.1 线路损耗抑制方法
对于线损而言，其具有统一形式的表达式，即Ptotal = 2I2R。但对于不同的供电方式，即单相供电与三相供电而言，其治理方式则具有较大的差别：对于单相供电方式，其电流I是稳定的，因此对于线损主要为降低为线路上的电阻R；对于三相四线供电方式，其总损耗不仅取决于A、B、C三相相线上的损耗，还有中性线上的损耗。因此在三相四线供电方式中，降低其中性线损耗使其接近于零，是降低线损的有效方式。
对于单相线路损耗的抑制，可以采取增大传输导体的横截面积或减少进户线和表后线长度的方法降低线损。对于三相线路损耗的抑制，可以采取使三相电流平衡、台区变压器一改多以及使变压器安装位置尽量在负荷中心的方法降低线损。
2.2 建改台区与存量台区抑制线损的规划
2.2.1 台区规划原则
在过去的台区规划设计过程中，通常在采用的方法是变压器容量加大、导线变粗、电杆加长、表箱换新等简单粗暴的思路。而在变压器位置、低压网络拓扑、杆塔落点等往往更多的是考虑到施工便利、减少破占等因素，而对于接户线、进户线长度、负荷中心点、线路迂回曲折、无功补偿精度、线损率等指标则考虑较少，设计方法低水平重复、对新技术的运用不足且缺乏科学理论支撑，因此降损成效不明显。相较于此，在台区规划时应该遵循：变压器经济选择，而非一味的小容量换成大容量；导线选型需合理且曲折迂回小，而非单纯不断加粗导线横截面；保证中性线电流和无功电流趋零；台区一改多，降低线损率和末端压降。
各项指标基准值如表1所示。
表 1 低压电网经济运行四类区域典型指标基准值区域
分类类型及特点 负荷中心 供电距离 功率因数 曲折系数 末端压降 线损率 A 多（高）层集中建筑区
（配电室供电）偏移量控制在20 m以内 <150 m ⩾0.99 \leqslant 1.1 \leqslant 4% \leqslant 1.5% B 一般城市综合用电区（箱
式变压器/柱上变压器）偏移量控制在20 m以内 150～250 m \geqslant 0.98 \leqslant 1.2 \leqslant 4% \leqslant 1.5% C 一般乡镇综合用电区（柱
上变压器/箱式变压器）偏移量控制在20 m以内 250～400 m \geqslant 0.97 \leqslant 1.3 \leqslant 4% \leqslant 2% D 一般农村用电区
（柱上变压器）偏移量控制在20 m以内 一般不超过500 m，
但按4%压降校核\geqslant 0.97 \leqslant 1.3 \leqslant 4% \leqslant 2% 2.2.2 建改台区规划
为了在建改台区让中性线损耗近零，须充分考虑变压器中心偏移、曲折系数、功率因数、单相供电长度、进户线长度、末端压降以及分布式光伏电源等因素。可以按照以下步骤对建改台区进行设计。
负荷及入户点调查：逐户调查用电负荷及设备工况特性，实现表箱近零入户、计量方式合理、无功就地补偿平衡。
表箱及表计调查：确定表箱落在入户点近零处，建立表箱与用户表计的关联关系。
变压器容量选择：根据全年365天96点负荷曲线，计算建改范围内的总容量需求，选择最佳经济运行容量。
科学规划分区：以“短半径、密布电”为原则，实现变压器组成方式不同形成多种规划分区方案。
精准选容布点：确定每个区域的容量需求，应满足最大月份用电量占比与总容量占比相匹配，再计算每片区的负荷中心，支撑现场配变落位。
灵活拓扑方式：根据现场房屋布局，巧用母排、墙壁（或电缆）分接箱接续表箱等方式，实现检修运维更便捷。
智能路径规划：人工标识卫片障碍物和航拍建模等多种方式，机器学习验证立杆排线并校验，以迂回、曲折系数最小不断优化路径走向。
理论线损计算：按规划拓扑开展理论线损，给出单相用户接入相别，标相施工、核相验收。
方案确定：对比多种设计方案的经济效益、运行效益，综合确定最合理设计方案，出施工图。
2.2.3 存量台区规划
对于存量台区的中性线损耗近零与三相不平衡治理，其工程实践的流程分为四步。
台区现场基础模型采录：台区三相平衡优化需要精确的拓扑模型进行仿真分析，模型如果与现场实际情况不一致，会直接影响三相不平衡治理效果，甚至加重三相不平衡影响程度，因此，为保证三相不平衡治理效果，须在台区现场进行模型绘制，借助移动绘图终端App、测距仪、核相仪等设备进行现场模型采录。
台区三相不平衡优化分析：在三相不平衡优化软件中导入分相到户的运行数据，结合全相拓扑模型参数，进行三相负荷平衡优化。
现场调相：根据三相四级平衡优化的调相方案，进行现场调相，调相后，借助核相仪设备进行用户调相后的相位核对工作。具体调相过程中有两种情况：单相二线接入表箱、三相四线接入表箱。因此，调相时需要根据相应表箱接线方式进行调相。
治理效果评估：调相结束后，首先将调整后的相位信息更新台区模型中；其次结合实测运行数据，进行全相理论线损计算与同期线损计算，并进行双率比对；然后根据计算结果与方案前评估数据进行同期线损比对、理论线损比对、治理成效、收益分析等方面的评估，形成试点单位示范台区治理分析报告。最后同步更新PMS、GIS源系统相应台区拓扑及参数数据。
3. 台区线路损耗降低的案例
3.1 存量台区案例
3.1.1 单相供电方式降损案例
某地区台区改造前，线路迂回过长，其进户线从电线杆下户后环绕房屋后侧一圈接表，导致最长处进户线超过35 m，表后线超过60 m，台区线损率达到4.74%，远远超过标准要求的2%。
台区改造后，原低压架空线路改为沿墙敷设，减少电杆成本，降低工程投资，同时减少迂回线路长度，大幅缩短单相供电线路，线损率由改造前的4.74%下降到1.51%，降损效益显著。
3.1.2 三相四线供电方式降损案例
湖北省某地区的台区，配变容量200 kV·A，用电客户67户，其中居民客户54户，三相动力客户13户，动力用户电量占比60%，台区11月线损率16.99%。
其按照存量台区台区现场基础模型采录、台区三相不平衡优化分析、现场调相、治理效果评估的顺序进行降损治理与评估。
在未做大范围改造的前提下；对客户单相接入的进行优化调相表箱17处共35户，经过调整后，台区线损治理前12月份日线损率平均在16%左右，治理后12月28日降至4.19%。
3.2 建改台区案例
安徽淮北某村庄台区房屋布局错落，成排房屋与零散住户并存。一台配变位于整个村庄的西南侧，负荷均在变压器的东北侧，单边供电情况严重。低压线路布局较为杂乱、飞线严重，到户多为4表位及6表位表箱且表箱串接，进户线最长35 m，表后线最长40 m，存在末端到户低电压现象，如图1所示。
建改人员按照负荷及入户点调查、表箱及表计调查、变压器容量选择、科学规划分区、精准选容布点、智能路径规划、灵活拓扑方式、理论线损计算、方案确定的步骤进行，过程中的部分步骤如图2所示。
最终经辅助平台校核参数对比，并结合方案各自优缺点综合分析，选择方案为：新建100 kV·A配变2台，新建配变15 m电杆4基，新建10 kV线路路径0.356 km。新建380 V低压线路路径长约为0.455 km，新建接户线路径长约0.612 km，新增单相1表位表箱61只，三相单表位表箱2只。项目投资36.78万元，户均投资5838元。在降低线损的情况下，采用较小的投资完成了较高质量的台区建改工作。
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表 1 低压电网经济运行四类区域典型指标基准值
区域
分类类型及特点 负荷中心 供电距离 功率因数 曲折系数 末端压降 线损率 A 多（高）层集中建筑区
（配电室供电）偏移量控制在20 m以内 <150 m \geqslant 0.99 \leqslant 1.1 \leqslant 4% \leqslant 1.5% B 一般城市综合用电区（箱
式变压器/柱上变压器）偏移量控制在20 m以内 150～250 m \geqslant 0.98 \leqslant 1.2 \leqslant 4% \leqslant 1.5% C 一般乡镇综合用电区（柱
上变压器/箱式变压器）偏移量控制在20 m以内 250～400 m \geqslant 0.97 \leqslant 1.3 \leqslant 4% \leqslant 2% D 一般农村用电区
（柱上变压器）偏移量控制在20 m以内 一般不超过500 m，
但按4%压降校核\geqslant 0.97 \leqslant 1.3 \leqslant 4% \leqslant 2% 
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