基于最优分断点的农村配网线路经济运行优化策略研究_陈瑞.pdf

光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明电气225基于最优分断点的农村配网线路经济运行优化策略研究陈 瑞南京易司拓电力科技股份有限公司，江苏 南京 210012摘要：为了实现“碳达峰、碳中和”目标，需要构建振兴农村的现代能源体系，推动农村电力节能减排、降损增效，合理选择配网线路负荷最优分断点，均衡调整配电线路的负荷，实现农村配电线路经济运行，从而减少农村配电线路损耗。文章为了提出配网线路经济运行控制策略，基于线路拓扑关系的理论线损测算，推算了配电线路间的负荷最优分断点，在保障运行方式调整的可靠性的基础上，实施配网线路负荷均衡调优，解决精准控制与运行经济性平衡的问题。关键词：配网线路；经济运行；负荷均衡；理论线损；农村电力分类号：TM750引言近年来，围绕“碳达峰、碳中和”目标，需要构建绿色、多元的现代农村能源体系，助力生态乡村建设。在推进实现“碳达峰、碳中和”目标的背景下，农村能源低碳变革与乡村振兴战略融合发展是必然趋势。推动农村能源变革，构建与乡村振兴相适应的现代农村能源体系，需要科学引导、系统规划、节能减排、降损增效，提高农村地区电力运行经济性。随着城镇一体化建设和乡镇经济深度融入发展，各种产业集群型工厂纷纷入驻各乡镇。以 10 kV 电压等级为主的乡镇工厂负荷用户接入增长迅速，而业扩配套建设往往因政府开发、农村发展和电力基建规划不同步的问题存在严重滞后。现有农村配套 10 kV 配电馈线一般呈现为挂载不均衡、线路过长或过短、多联络的网架结构。部分区域的 10 kV 配网线路因挂载工厂负荷增长过快、扩建的配套公用线路或专用线路建设滞后而长期处于过载非经济运行状态。也有部分区域的 10 kV 配网线路超前规划冗余带载容量，而工厂入驻进度慢，导致挂载负荷不足，长期处于轻载非经济运行状态1。需要借助经济开发农村配电网架结构性较强，且同杆、交叉、并行线段较多的特点，应用基于最优分断点的配网线路经济运行优化策略，合理调配线路联络开关，均衡配网线路负载率，以解决部分经济开发农村 10 kV 配网线路长期过载或轻载问题，降低配网线路非经济运行电量损耗，实现配网线路降损增效；还可以保障电网线路、设备在良好工况下运行，延长设备使用年限，优化农村电力网架水平，缓解业扩配套类基建投资压力2。1配网线路经济运行概述根据电力网电能损耗计算导则（DL/T 6862018），10 kV 配网线路的损耗与线路负荷电流呈正比关系，即线路能耗 A 的计算式为A=3I 2R0LT10-3 （1）式中：I 为线路运行电流，A；R0L 为每相每千米的导线电阻，/km；T 为线路运行时间。按照电力网电能损耗计算导则（DL/T 6862018），10 kV 配网线路负载率=线路运行电流 线路安全电流 100%，线路负载率与线路运行电流呈正比关系，也就是 10 kV 配网线路运行电流越高、线路负载率越高、线路损耗越高。根据中低压配电运行规程，负载率低于 20%的 10 kV 配网线路定义为轻载线路，负载率高于 80%的 10 kV 配网线路定义为重载线路。根据此定义，将负载率低于 20%或高于 80%的10 kV 配网线路归类为非经济运行线路3。依据 工业与民用配电设计手册 可以得到各类型导线的安全电流，再结合 2021 年某市乡镇 50 条 10 kV配网线路年运行电流，可以计算出线路的年最大负载率和年平均负载率，按配网线路经济运行负载率区间进行分类，如表 1 所示。在 50 条 10 kV 配网线路中，作者简介：陈瑞，男，本科，工程师，研究方向为无功电压、电量线损、技术降损、电气工程、工业自动化、新能源。文章编号：2096-9317（2023）01-0225-03 照明电气 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明226有 19 条的年最大负载率 20%，10 条的年最大负载率 20%且 80%，21 条的年最大负载率 80%，其中处于经济运行状态的配电线路占比为 20%，处于非经济运行状态的配电线路占比 80%，配网线路具有较大的优化空间4。表 12021 年某农村配网线路负载率区间分类统计表电压等级年最大负载率线路数量/条占比10 kV 20%1938%20%且 80%1020%80%2142%2配网线路经济运行优化策略配网线路运行方式灵活，且区域间负荷分布不均衡，日常调整的目的是保障供电可靠性，而忽略了线路最优供电半径与经济运行负载率区段等因素，容易造成部分配网线路负载率悬殊大、长距离供电等情况，加剧电能传输损耗。针对此问题，需要应用系统平台开展拓扑采集（采集线路长度、线径、配变型号等设备信息），再分别导入配变与变电站 10 kV 关口电量信息，利用现有分断开关逐一分析不同运行方式下的线路损耗，通过对比损耗结果，得出最优分断点方案，从而降低线路损耗。结合电力系统配电网运行实际情况，梳理得到以下 10 kV 配网线路经济运行优化策略5。2.1 可实施经济运行优化的情况（1）月度同期线损率 6%或线路月度累计损失电量 5 000 kWh 的配网线路如果处于非经济运行状态，其损耗偏大，应优先开展经济运行优化。（2）线路过长且末端用户用电量较大导致长期重载时，针对有联络线且联络线能够满足负荷转移条件的线路，可将末端用户调整至就近线路供电6。（3）线路用户用电量较小导致长期轻载时，针对有联络线且联络线能够满足负荷转移条件的线路，如果无用户供电可靠性限值，可将末端用户调整至就近线路供电。（4）不具备调整重载的配网线路所带双电源用户较多且用电量大时，可协调用户，均衡双电源线路负荷分配，以缓解重载线路负荷压力，提升配电线路经济运行状态。（5）调整后，针对手拉手线路应进行负载率测算，不能发生过载情况（负载率超过 80%）。若实际运行过程中联络线负载率超过 80%，应重新计算最优分断点，并按照测算结果再次执行经济运行优化。（6）实施分断点优化的线路如因特殊事件保电，或因气候异常、设备故障、设备检修等需要临时恢复原运行方式的，需要待影响线路经济运行的因素消失后，再重新实施经济运行优化。2.2 暂不实施经济运行优化的情况（1）因关联配网线路发生故障或检修而转移部分负荷，造成短期线路重载的配网线路，不参与经济运行优化。（2）配网线路与关联线路共同为作为双电源为重要用户供电时，如果调整运行方式影响用户可靠供电或负载率超出时间较短（超出幅度较小），不参与线路经济运行优化。（3）对于轻载线路，在系统测算后，需进行全线停运的运行方式调整，同时核实是否会造成电网运行风险，并优先保证可靠供电。如果调整会导致线路供电可靠性降低，引发较大供电服务风险，或因故障导致异常运行时间较长，则不参与线路经济运行优化。3配网线路经济运行优化策略节能效益综合评估110 kV 虹光变电站 10 kV 华新 113 线 7 月份的最大负载率为 83.7%，线损率为 3.73%，月度损失电量为35 300.75 kW h，满足应用最佳分断点的条件。通过调控分中心提供的地区联络图和现场勘查，确定 110 kV虹光变 10 kV 华新 113 线和集变 10 kV 利峰 105 线为联络线，调整前的运行方式为 10 kV 华新 113 线为主供线路，带全线负荷，10 kV 利峰 105 线作为冷备用，不带负荷。根据现场拓扑绘图，10 kV 华新 113 线和利峰 105 线属于手拉手线路，存在联络关系，具备实施经济运行优化条件，如图 1 所示。华新出口#6026 开关方正#4030 开关利峰出口#9049 开关和集变虹光变图 110kV 华新 113 线和利峰 105 线的联络图光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明电气227略，在辅助测算分析后，得到三套线路经济运行优化方案：方案 1 是闭合利峰出口#9049 开关和华新出口#6026 开关，断开方正#4030 开关，将原由华新 113 线带载的负荷从方正#4030 开关处分切到华新 113 线和利峰 105 线；方案 2 是闭合利峰出口#9049 开关、断开华新出口#6026 开关、闭合方正#4030 开关，将原由华新 113 线带载的负荷全部切割至利峰 105 线；方案 3是断开利峰出口#9049 开关、闭合华新出口#6026 开关、闭合方正#4030 开关，将原由华新 113 线带载的负荷仍保留在华新 113 线，而利峰 105 线继续保持空载备用状态。依托配电网潮流计算，对三种调整负荷分布方案进行理论线损分析，得到改造前后的损耗数据，如表 2 所示。根据表 2，方案 1 能够最大限度降低线损，按此方案调整后导线损耗下降 342.46 kWh，变压器铜损下降 19.63 kWh，总损耗下降 344.74 kWh，总线损率下降 1.32%。通过此方案调整优化 10 kV 华新 113 线和利峰 105 线的负荷分配，提升经济运行状态，累计日降损电量为 344.74 kWh，按照年检修天数为 60 d、购电价为 0.425 元/kWh 计算，预计可减少年累计购电成本 8.79 万元。4结束语通过技术降损评价分析，可以梳理出负载率过低或过高的非经济运行线路，然后开展配网线路经济运行最佳分断点优化，可以解决由于线路负荷分配不合理、线路联络分断位置不合理引起的线损过大问题，降低配网线路损耗，提升配网线路经济运行水平。通过农村配网线路经济运行优化，可以规范对重过载或轻载非经济运行线路的管理流程，提升对该类线路的管控力度和治理响应速度。文章提出的优化策略简单易操作、投资小、可复制性强，不仅适用于农村电力配网线路的经济运行优化，对城镇区域配网线路重过载或轻载问题的管控和治理也有一定的指导作用。参考文献1 吴上予,潘华,何辉,等.电网线损管理与降损策略研究J.电气技术与经济,2021(6):23-27.2 杨昊天,张仰飞,赖仕达,等.低碳背景下含可再生能源配电网降损研究J.节能技术,2022,40(1):25-29.3 高沂,宋雷震.基于改进遗传算法的配电网综合降损潜力分析J.黑龙江工业学院学报(综合版),2021,21(4):110-116.4 刁志亮.电气自动化节能设计研究J.光源与照明,2022(2):216-218.5 魏子翔.试论降低变压器损耗技术措施J.农村电工,2022,30(2):44-45.6 周波,丁荣,徐宁,等.变电站主变压器布置方式技术经济分析J.山东电力技术,2020,47(6):23-28,51.表 210kV 华新 113 线和利峰 105 线的方案测算结果方案基础信息损耗/kWh线路名称利峰出口#9049开关状态华新出口#6026开关状态方正#4030 开关状态供电量/kWh调整前调整后变化方案 1华新线、利峰线闭合闭合断开26 080997.52652.78344.74方案 2利峰线闭合断开闭合26 080997.52849.58147.94方案 3华新线断开闭合闭合26 080997.52997.52 010 kV 利峰 105 线作为备用线路，负荷全部由 10 kV华新 113 线路供应，此时利峰出口#9049 开关断开，华新出口#6026 开关闭合，方正#4030 开关闭合。10 kV华新 113 线路负荷主要集中在线路末端，势必造成线路损耗加剧。根据配网理论线损数据，10 kV 华新 113 线在 2021 年 6 月某日的有功电量为 26 080 kW h，售电量为 25 046.95 kWh，实际线损率为 3.96%，理论线损率为 3.82%，理论总损耗为 997.52 kWh，实际总损耗为1 033.05 kWh。其中，变压器铁损为 337.39 kWh，占全部损耗的 33.8%，变压器铜损为 160.71 kWh，占全部损耗的 16.1%，导线损耗为 490.62 kWh，占全部损耗的 49.2%。因此选取这两条线路作为优化分析对象较为适合。按照基于最优分断点的配网线路经济运行优化策