韓克存，李開燦

（1.國網(wǎng)山東省電力公司，濟南250001；2.國網(wǎng)山東省電力公司濟寧供電公司，山東濟寧272000）

山東省配電網(wǎng)節(jié)能降損改造方案與實施

韓克存1，李開燦2

（1.國網(wǎng)山東省電力公司，濟南250001；2.國網(wǎng)山東省電力公司濟寧供電公司，山東濟寧272000）

配電網(wǎng)是電網(wǎng)的重要組成部分，綜合治理配電網(wǎng)“三率”（供電可靠率、電壓合格率和線損率）是一個系統(tǒng)工程。遵循國家電網(wǎng)公司關(guān)于節(jié)能服務(wù)體系建設(shè)指導(dǎo)原則，引入效益分享型合同能源管理模式，積極探索電網(wǎng)企業(yè)降損節(jié)能的最新方法和途徑，利用節(jié)能新技術(shù)、新產(chǎn)品，實施配電網(wǎng)綜合節(jié)能與提高電能質(zhì)量項目。針對山東配電網(wǎng)的現(xiàn)狀，對配電網(wǎng)節(jié)能降損的多個技術(shù)方案進行技術(shù)可行性論證和試點建設(shè)，改造方案在全省配電網(wǎng)節(jié)能推廣項目中應(yīng)用，取得明顯經(jīng)濟效益和社會效益。

配電網(wǎng)；節(jié)能降損；電能質(zhì)量

0 引言

近年來，國家將節(jié)能減排作為調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的重要著力點，整個社會經(jīng)濟發(fā)展模式向高能效、低能耗和低排放的模式轉(zhuǎn)變，這已經(jīng)成為人類社會發(fā)展的必然趨勢。國家電網(wǎng)公司提出了建設(shè)堅強可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保、友好互動的智能電網(wǎng)發(fā)展目標。配電網(wǎng)是電網(wǎng)的重要組成部分，綜合治理配電網(wǎng)“三率”（供電可靠率、電壓合格率和線損率）［1］、新能源的接入與消納、能源形式的管理以及電網(wǎng)自身節(jié)能降損是一個系統(tǒng)工程，涉及電網(wǎng)建設(shè)、技術(shù)改造、運營維護、用電營銷等全過程，系統(tǒng)有效地解決電力能源監(jiān)測、分析、調(diào)節(jié)、控制與評估是當(dāng)前備受關(guān)注和亟待解決的課題。遵循國家電網(wǎng)公司關(guān)于節(jié)能服務(wù)體系建設(shè)通知的指導(dǎo)原則，積極推動國家電網(wǎng)公司節(jié)能服務(wù)體系建設(shè)工作，引入效益分享型合同能源管理模式（EPC）［2］，積極探索電網(wǎng)企業(yè)降損節(jié)能的最新方法和途徑，利用節(jié)能新技術(shù)、新產(chǎn)品，實施配電網(wǎng)綜合節(jié)能與提高電能質(zhì)量項目，既可降低配電網(wǎng)損耗，又提高了配電供電質(zhì)量，實現(xiàn)了配電網(wǎng)改造項目工作模式的創(chuàng)新，有效解決“三率”問題，拓寬配電網(wǎng)改造渠道，推動了國網(wǎng)自身實現(xiàn)節(jié)能減排工作的開展。

1 山東省配電網(wǎng)現(xiàn)狀

1.1 配電網(wǎng)規(guī)模

山東省配電網(wǎng)共有10 kV線路1.58萬條、總長度20.53萬km，10 kV變壓器23.81萬臺、總?cè)萘? 478.66萬VA（其中農(nóng)村配電網(wǎng)共有10 kV線路9 837條、總長度15.72萬km，10 kV變壓器18.73萬臺、總?cè)萘? 674.32萬VA）。躉售公司電網(wǎng)資產(chǎn)上劃后，由于部分配電網(wǎng)線路線徑截面小，供電半徑大，無功補償比例偏低，導(dǎo)致線路和配電臺區(qū)損耗較高，“三率”問題亟待解決。

1.210 kV線路存在問題

10 kV配電網(wǎng)絡(luò)及其線路廣泛采用大樹干、多分支的單向輻射型供電方式［3］。這些線路的特點是負荷率低，負荷季節(jié)性波動大，配電變壓器的平均負荷率低，供電半徑長，無功功率消耗多，功率因數(shù)低，線路損耗大，末端電壓質(zhì)量差。

1.3 公用臺區(qū)存在問題

負荷波動較大。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的季節(jié)性和農(nóng)村務(wù)工人員的流動性，以及居民客戶晝夜時段性差異，導(dǎo)致電網(wǎng)負荷波動較大，配電變壓器長期“大馬拉小車”造成損耗較高。農(nóng)村配電變壓器長期空載運行，導(dǎo)致相應(yīng)的低壓補償設(shè)備長期不能投運，電容投運率極低，不能達到預(yù)期補償效果。

配電變壓器三相負荷不平衡情況普遍存在，影響變壓器出力，并增加了損耗，嚴重時會燒毀配電變壓器。

電壓合格率低。農(nóng)網(wǎng)末端客戶距變壓器遠，電壓低，設(shè)備無法正常運行，為兼顧末端負荷，需調(diào)高變壓器出口電壓，導(dǎo)致首端電壓輕載時過高，用電設(shè)備壽命縮短且損耗大幅增加。

功率因數(shù)變化頻繁，運行狀況復(fù)雜。由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理、負荷季節(jié)性強、配電變壓器負載率低，從而造成臺區(qū)功率因數(shù)變化頻繁，線損率居高不下。

無功補償容量不足。目前山東省公司10 kV線路均未配置無功補償裝置，臺區(qū)無功補償比例僅為6.5%，遠低于20%～40%的推薦標準。

2 配電網(wǎng)節(jié)能降損技術(shù)方案

2.1 技術(shù)措施

根據(jù)國家電網(wǎng)公司有關(guān)技術(shù)標準，按照無功補償以“配電變壓器低壓側(cè)集中補償為主、低壓分散補償以及10 kV線路補償為輔”的原則，對供電電壓質(zhì)量、功率因數(shù)不達標的配電線路及臺區(qū)裝設(shè)自動無功補償裝置。

新裝10 kV線路電壓提升裝置。對近期無線路改造計劃的供電半徑較長、末端電壓較低的10 kV配電線路，新裝中壓線路電壓提升裝置，改善線路的供電電壓質(zhì)量。

安裝10 kV線路自動無功補償裝置［4］。對功率因數(shù)在0.9以下、供電半徑超過6 km的10 kV配電線路以及對功率因數(shù)在0.9～0.92、供電半徑超過10 km的10 kV配電線路，安裝線路自動無功補償裝置。

合理配置低壓無功補償裝置。對無功補償容量不足、配電變壓器功率因數(shù)低于0.9的100 kVA及以上的公用配電變壓器，配置低壓臺區(qū)無功優(yōu)化補償裝置。對供電半徑超過500 m、末端電壓偏低的低壓線路，安裝支線末端電壓提升裝置。

更換高耗能變壓器。降低變壓器空載損耗和負載損耗。

2.2 可行性驗證

為了驗證技術(shù)方案的可行性，經(jīng)過調(diào)研，挑選了臨沂蘭山區(qū)綜合線損較高、公用變壓器比例較大的10 kV唐莊線進行節(jié)能改造效果測試。該線總長29.6km，公用配電變壓器29臺，平均負荷1700kVA，平均功率因數(shù)0.79。根據(jù)實際情況，安裝了16臺低壓無功補償設(shè)備、更換2臺非晶合金配電變壓器，現(xiàn)場測試節(jié)能效果明顯。

結(jié)合現(xiàn)場測試結(jié)果，確定5種典型的可選方案，測算節(jié)能效果。

方案1。只安裝臺區(qū)低壓側(cè)無功補償裝置，將16個臺區(qū)無功補償裝置分為4組進行測試，功率因數(shù)平均提高0.10，相電壓平均提升10 V，電壓不平衡度平均降低3.4%。

方案2。只安裝10 kV線路無功補償裝置，線路功率因數(shù)從0.80提到0.90，無功潮流從637 kvar降至363 kvar。

方案3。更換新型節(jié)能變壓器，按6臺100 kVA的S7配電變壓器全部更換為非晶合金變壓器計算，平均每臺空載損耗可由348 W降為75 W，但電壓提升效果不明顯。

方案4。同時安裝10 kV線路和低壓臺區(qū)無功補償裝置，按照線路安裝1臺高壓電容器，16臺低壓電容器計算，線路功率因數(shù)可從0.80提高到0.95，無功潮流可從637 kvar降至279 kvar，低壓臺區(qū)功率因數(shù)可達0.95以上。

方案5。安裝高低壓無功補償裝置并更換非晶合金配電變壓器。高低壓側(cè)無功補償主要降低中低壓線路及負荷損耗，更換節(jié)能變壓器主要降低配電變壓器損耗。

各方案經(jīng)濟性比較見表1。

測算結(jié)果說明，只安裝臺區(qū)低壓側(cè)無功補償裝置對單個臺區(qū)無功補償效果明顯，適合于線路上高耗能臺區(qū)較少的情況；只安裝10 kV線路無功補償裝置方案適合于供電半徑長，無功缺額大，負荷集中的10 kV線路，但對臺區(qū)補償不足；同時安裝10 kV線路和低壓臺區(qū)無功補償裝置方案補償效果好，適于10 kV線路及多數(shù)臺區(qū)無功缺額均較大的情況；更換節(jié)能變壓器方案可以降低配變空載損耗，投資回收周期相對較長。綜上所述，最佳方案是根據(jù)線路具體實際，采取綜合改造方案，既可達到最佳節(jié)能降損，又可達到電壓提升效果。

表1 方案經(jīng)濟性比較

3 試點建設(shè)情況

根據(jù)技術(shù)方案要求，細化落實節(jié)能降損實施方案，在濟南、臨沂、棗莊等地開展配電網(wǎng)綜合節(jié)能改造項目試點建設(shè)，編制實施方案和現(xiàn)場施工規(guī)范，2013年3月底完成各試點單位共計985個低壓臺區(qū)節(jié)能改造。

3.1 節(jié)電量分析方法和范圍

為準確計算試點項目節(jié)電效果，采用裝置實測法和統(tǒng)計線損法兩種方式［5］，分別計算試點選擇范圍的節(jié)電量，并進行分析比較驗證。裝置實測法按照“國家電網(wǎng)公司營銷市場〔2012〕60號文件”規(guī)定的計算方法，由設(shè)備生產(chǎn)廠根據(jù)現(xiàn)場裝置記錄的無功補償量，計算每臺裝置產(chǎn)生的節(jié)電量。統(tǒng)計線損法是由試點單位抄錄裝置投切前后的供、售電量，進行線損統(tǒng)計，根據(jù)線損變化計算節(jié)電量，測試時間為裝置投運和退運各3天。裝置投運時間為2013年5月19日0時至22日0時，裝置退運時間為5月23日0時至26日0時。

為保證數(shù)據(jù)的完整性、真實性和可比性，在分析時選擇臨沂、棗莊、濟南各5條用電信息采集效果好、補償設(shè)備數(shù)據(jù)采集全的線路上的249個低壓臺區(qū)進行統(tǒng)計、計算和分析。

3.2 裝置實測法計算節(jié)電量

按照選定的范圍，設(shè)備生產(chǎn)廠對臨沂、棗莊和濟南長清的249個裝置的數(shù)據(jù)進行遠方采集，并依據(jù)每15 min無功補償量，采用上述方法計算節(jié)電量，3天節(jié)電量為節(jié)電量累加值。結(jié)果見表2。

由表2可以看出，測試期間，臨沂節(jié)電量為11 305.64 kWh，棗莊節(jié)電量為7 395.72 kWh，濟南長清節(jié)電量為6 522.39 kWh。

3.3 統(tǒng)計線損法計算節(jié)電量

試點線路分別統(tǒng)計裝置投運、退出期間的供售電量及線損率，據(jù)此計算出節(jié)電量。測試結(jié)果如見表3。

通過表3可知，臨沂節(jié)電量為10 476.5 kWh，棗莊節(jié)電量為7 770.89 kWh，濟南長清節(jié)電量為5 506.1 kWh。

3.4 裝置實測法與統(tǒng)計線損法節(jié)電量比較

采用裝置實測法和統(tǒng)計線損法比較裝置的節(jié)電量，結(jié)果見表4。由表4可知，兩種方法計算的節(jié)電量差別不大。因此，裝置實測法的節(jié)電量可作為進一步分析的依據(jù)。

3.5 年節(jié)電量計算

從3個地區(qū)歷史數(shù)據(jù)看，5月的電量基本與該地區(qū)年度月平均電量一致，依據(jù)裝置實測法所得節(jié)電量，可估算測試范圍內(nèi)年節(jié)電量。測試范圍的年節(jié)電量估算結(jié)果見表5。

表2 實測法統(tǒng)計補償裝置節(jié)電量

表3 線損法統(tǒng)計線路節(jié)電量

表4 兩種方法統(tǒng)計裝置節(jié)電量對比

表5 測試范圍的年節(jié)電量估算結(jié)果

4 電能質(zhì)量改善分析

4.1 功率因數(shù)提升

選取節(jié)能效果明顯的20個臺區(qū)分析。按照配電網(wǎng)綜合節(jié)能裝置投運前、后的實測數(shù)據(jù)，依據(jù)每15 min采集一次數(shù)據(jù)計算出各臺裝置在對應(yīng)時刻的功率因數(shù)提升值。20個臺區(qū)裝置投入前后（即補償前后）平均功率因數(shù)的對比如圖1所示。測試范圍內(nèi)，裝置投運后平均功率因數(shù)由0.8提升至0.94，最大提升率為42.54%。

圖1 測試范圍內(nèi)平均功率因數(shù)提升對比

典型臺區(qū)分析。濟南長清紀店村臺區(qū)裝置投運與否對比見圖2，可以看出，裝置投運后功率因數(shù)得到明顯提升，最大提升率為9.01%。

4.2 電壓提升

選取電壓提升效果明顯的20個臺區(qū)分析。按照配電網(wǎng)綜合節(jié)能裝置投運前、后的實測數(shù)據(jù)，每15min采集一次數(shù)據(jù)，選取投退前后負載率相近的2天，將對應(yīng)時刻的電壓值進行對比，如圖3所示。選取范圍內(nèi)裝置投運后，安裝點電壓平均提升6.7V，最大提升8.76V。

圖2 典型臺區(qū)平均功率因數(shù)提升對比

圖3 測試范圍內(nèi)臺區(qū)電壓提升對比

典型臺區(qū)分析。臨沂蘭山區(qū)后耿卜村北臺區(qū)電壓提升對比見圖4。裝置投運后提升安裝點電壓，最大提升5.84 V。

圖4 典型臺區(qū)電壓提升對比

末端電壓提升效果。根據(jù)用電信息采集系統(tǒng)召測的智能電表電壓數(shù)據(jù)和試點單位現(xiàn)場人員實地測量，裝置投運后末端用戶電壓最大提升8.8 V。

4.3 三相電壓不平衡度改善

選取三相電壓不平衡改善明顯的20個臺區(qū)分析。按照裝置投運前后6天的實測數(shù)據(jù)，選取投運前后負載率相近的2天，將每日19時三相電壓不平衡度進行對比，如圖5所示。裝置投運后可降低三相不平衡度，平均降低0.95%，最大臺區(qū)降低2.51%。

圖5 測試范圍內(nèi)臺區(qū)三相不平衡提升對比

典型臺區(qū)分析。臨沂蘭山區(qū)后耿卜村北臺區(qū)如圖2~6所示，裝置投運后可降低三相不平衡度，在20∶00最大降低3.26%。

圖6 典型臺區(qū)三相不平衡提升對比

綜合改造方案對配電網(wǎng)供電質(zhì)量有明顯改善，可推廣應(yīng)用。試點建設(shè)中，典型臺區(qū)平均功率因數(shù)由0.80提升至0.94，平均提升率為17.5%，最大提升率為42.54%；典型臺區(qū)電壓平均提升6.7 V，末端電壓最大提升8.8 V；典型臺區(qū)三相電壓不平衡度有效降低，平均降低0.95%，最大降低3.26%。

在試點建設(shè)經(jīng)驗基礎(chǔ)上，編制了山東省22 075個低壓臺區(qū)節(jié)能改造推廣方案，推廣項目共投資48 200萬元，預(yù)計可實現(xiàn)年節(jié)電量2.71億kWh，投資回收期為4.59 a。

5 結(jié)語

在配電網(wǎng)節(jié)能改造中，應(yīng)用基于合同能源管理的配電網(wǎng)節(jié)能改造合作模式，建立了配電網(wǎng)節(jié)能降損改造項目管理組織體系，制定了項目管理辦法與考核流程。對配電網(wǎng)節(jié)能降損項目實施全過程管控，規(guī)范項目改造范圍確定工作流程，明確項目改造內(nèi)容及改造范圍確定原則，嚴格項目立項審批、項目實施分工和進度控制。實現(xiàn)了配電網(wǎng)電壓合格率和供電可靠率的提高，降低三相不平衡率和線損率，大幅改善農(nóng)村供電“三率”，進一步提升優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平，提高客戶滿意度。配電網(wǎng)節(jié)能降損改造工作對提高能源效率、推動節(jié)能服務(wù)體系建設(shè)具有重要意義。

［1］肖湘寧，陶順，徐永海.電能質(zhì)量手冊［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［2］袁海臻，高小鈞，楊春權(quán)，等.我國合同能源管理的現(xiàn)狀、存在問題及對策［J］.能源技術(shù)經(jīng)濟，2011，23（1）：58-61.

［3］湯丹菁.配電網(wǎng)節(jié)能降損的研究［J］.能源工程，2009（3）：51-53.

［4］宣磊，楊晴，莫海峰，等.配電網(wǎng)節(jié)能降損應(yīng)用技術(shù)研究［J］.信息技術(shù)與信息化，2014（5）：235-240.

［5］盛萬興，孟曉麗.配電系統(tǒng)綜合節(jié)能技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2010.

Optimized Program and Application of Energy-saving and Loss-reduction for Shandong Power Distribution Network

HAN Kecun1，LI Kaican2

（1.State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China；2.State Grid Jining Power Supply Company，Jining 272000，China）

Distribution network is an important component of the power grid.Comprehensive management of the distribution network“three rates”（power supply reliability，voltage qualified rate and line loss suggestions）is a system engineering.In compliance with the guideline on construction of the energy conservation system promulgated by State Grid Corporation，new methods and ways of saving energy and reducing loss of power grid enterprises under exploration with the benefit sharing contract energy management（energy performance contracting，EPC）introduced and new energy-saving techno logies and products used.In view of the present situation of Shandong power distribution network，technical feasibility research is carried out on multiple technical solutions for energy conservation and loss reduction.Practice in the whole province shows that it has achieved obvious economic benefits and social benefits.

distribution network；energy-saving and loss-reduction；power quality

TM714.3

B

1007－9904（2015）02－0036－06

2014-11-23

韓克存（1976），男，高級工程師，從事高電壓技術(shù)監(jiān)督和無功電壓及電能質(zhì)量工作；

李開燦（1983），女，工程師，從事無功電壓及電能質(zhì)量工作。