可视化配网线损理论计算软件的开发应用

电力18讯：    何健，丁侣娜

（杭州市电力局，浙江杭州310009）

关键词：配网；线损；理论计算；可视化；界面


　　加强线损管理，努力降低能耗，是供电企业提高生产技术水平和经济效益的客观要求。为掌握电力网的能耗情况，分析损耗的合理性，提出改善电网结构及降低能耗的技术管理措施，制订合理的线损率指标，开展线损理论计算分析是电网线损工作的重要内容。
1 计算软件的基本要求
　　地区电力局10 kV及以下线损电量一般占其总损耗电量的45％～60％，10 kV及以下电网的降损工作一直是地区电力局降损工作的重点。10 kV配网具有如下特点：（1）配电线路条数多，每条线路带不同数量的配变；（2）配网运行方式变化频繁，线路、配变的切换及拆装使线路结构经常变化。因而配网线损理论计算的数据输入工作量极大且易出错。故必须采用现代化计算工具，结合配网特点进行理论计算。
　　对配网线损理论计算软件的主要要求是：简洁的用户图形界面，方便、快捷、可靠的用户图形及参数输入方法；计算速度快，结果准确，便于分析统计。
2 基本计算方法
　　线损理论计算方法很多，这里介绍常用的2种方法。
2．1 均方根电流法
代表日的损耗电量：

式中R―元件的电阻，Ω；
t―运行时间，h；
I2if―均方根电流，A。
　　Ii―各正点通过元件的负荷电流（对变压器是归算到10 kV侧电流）。
2．2 损失因数法（最大电流法）
利用日负荷曲线的最大值与均方根值间的等效关系进行电能损耗计算的方法。
　　代表日的损耗电量：

式中Imax―――代表日电流负荷曲线的最大值，A；
　　F―――损耗因素。
　　F的值应根据负荷曲线的特征系数即平均负荷率（简称负荷率）及最小负荷率确定。


　　损耗因数法计算线损的关键在于如何求得损耗因数。
2．3．1 导线损耗

式中R―每相导线电阻，Ω；
Inif―第N条线段上流过的电流，A；
t―计算小时数，h。
计算中需对导线电阻加以修正：
　　（1）导线长度修正。档距指电线杆水平距离，未考虑导线下垂，导线实际长度＝1．05×档距。
　　（2）导线电阻修正。导线应考虑负荷电流引起的温升及周围空气温度对电阻变化的影响，修正如下：
R＝R20（1＋β）（Ω）
　　β＝α（T－20）
式中R20―每相导线在20℃的电阻值，Ω；
β―周围空气温度对电阻的修正系数；
T―代表日（或计算期）的平均气温，℃；
α--导线的电阻温度系数，对于铝线或钢芯铝线，α＝0．004。
2．3．2 配变损耗
变压器的损耗可由下式表示

式中ΔATt―变压器不变损耗即铁芯损耗，kW・h；
ΔATr―变压器的可变损耗，kW・h；
ΔP0―变压器空载损耗功率，kW；
t―变压器运行小时数，h；
ΔPk―变压器短路损耗功率，kW；
Iijf―第i台配变高压侧的均方根电流，A；
IiN―变压器高压侧额定电流，A。
　　变压器的空载损耗，短路损耗及额定电流根据配变容量和型号从技术手册中查取。
　　线路代表日损耗电量：

2．3．3 线路全月损耗计算


3 配网线损理论计算的软件设计
3．1 配网线损理论计算软件的总体设计
配网线损理论计算软件的总体设计分3层，存储管理层：实现数据的存储管理，采用Del－phi5的paradox数据库，完成线路结构数据、参数、配变参数、计算结果的存取。
　　计算管理层：将用户对配网线路结构及参数的修改操作，转化为对数据库的操作；根据计算过程调用界面，进行相应计算，并将结果存储于数据库中；根据要求将数据提供给用户界面。
　　用户界面层：实现配网结构图形及各类参数的输入、输出及查询功能。
3．2 线损计算采用的数学模型
　　首先用出口端实测的电流求出口端的均方根电流。
　　均方根电流法需已知出口端24 h电流。损失因数法需已知出口端，Imin，Imax，Iav。
　　求得出口端均方根电流后，分别采用按配变容量分配和按配变用电量分配的方法求流过各配变的均方根电流。
（1）按配变容量分配出口端电流
　　该方法是按接在线路上的配电变压器的容量大小正比分配线路出口端得出的电流，推算出每个变压器分到的电流，然后在各分支点按代数和相加推出通过各线段的电流。
　　由下式求出分到第i台配变电流Ii=(Iij/∑Sn)×Si
　　式中Ii―分配到第i台配变的电流；
Ijf―线路出口端均方根电流；
∑Sn―接在本线路上的n台配变总容量，kVA；
Si―第i台配变容量。
　　这种方法分配电流简单，数据量少，但不太精确。
（2）按配变用电量分配出口端电流
　　用这种方法是按接在线路上的配电变压器负荷电量的大小正比分配线路出口端得出的电流，推算出每个变压器分到的电流，然后在各分支点按代数和相加推出通过各线段的电流。为计算精确，用电量单位采用kW・h。
由下式求出分到第i台配变电流：Ii=(Iij/∑An)×Ai
式中Ii―分配到第i台配变的电流；
Ijf―线路出口端均方根电流；
　 ∑An―接在本线路上的n台配变总电量，kVA；
Ai―第i台配变电量。
　　用该方法求各支路及流过配变的电流比较准确，因为它反映了各配变实际的负载情况，但它的要求也较高。若配变负荷估计功率因数值，则在分配时考虑功率因数的影响，可使计算更精确。
3．3 有关数据及人机界面的处理
　　配网线损理论计算存在数据量大、采集困难且数据不完整等问题，要求软件本身能适应、校核不完整数据，并确立以友好、灵活、便捷的人机界面以减轻计算数据的准备工作量的软件设计思路。
　　软件采用Delphi5语言作为开发工具，以方便、实用为中心的思路，利用Delphi控件为基本单元的绘图方法，达到应用输入便捷的要求，将各元件的参数、结果定义为控件的属性，如线段两端的节点杆号、长度、型号、电流、损耗；配变的节点杆号、容量、型号、电流、坐标等。这样对图形元件的操作，就转化为对控件的操作。将控件操作与相应数据库联系，可实现图形操作的删除、恢复、复制、粘贴等功能。对配网线损理论计算控件的事件设置，可实现对图形的移动，线路长度改变，参数对话框弹出等功能。利用对控件的操作，实现对图形的缩放、滚屏、打印等功能。
　　上述对控件的创建、对控件的属性及事件的定义、控件的整体操作及销毁，并与相应数据库的关联，可达到可视图形参数输入的要求。当线路结构、参数变化时，用户可直接在图形界面上作相应变化，软件将自动对相应数据库作出修改。
　　同时根据配网线路的特性，可确定下述配网线损计算节点的特性：
　　（1）线路段的前继节点必为另一线路段的后续节点。
　　（2）新设线路段后续节点应不存在，否则将形成环网。
　　（3）配变等非线路段元件的节点应与某一线路段节点相同。
根据这些配网线损计算节点特性，可进行配网线损图形网络拓扑检查。在图形编辑时检查出重复的错误节点号，在计算运行前检查出检查出断线或环网，软件将弹出消息框，提示用户修改，避免了线损计算中的死机。
4 配网线损理论计算的实际应用
　　通过对配网线损理论计算结果的分析汇总，可掌握各类损耗及所占比例，线损电量的组成和分布，分析配网结构、供电半径、电流密度、电能质量、配变负载是否合理等，分析供电量变化对电能损耗的影响，并与统计线损比较，了解实际线损中技术及管理线损的情况，指导基层供电所降损及用电管理工作。杭州局应用该程序已对下属各供电局几百条10 kV线路进行了线损理论计算分析，将对各10 kV线路具体的降损措施的安排实施起重要的指导作用，并为线损考核指标的合理下达提供参考依据。
　　利用理论计算结果结合线损率计算二项式公式，还可预测配网线损变化趋势。例杭州地区配网线损理论计算的配网线损率为2．75％，其中配网线路损耗电量占54％、配电变压器铜损电量占24％、配电变压器铁损占22％。线损率计算二项式为：
ΔA＝B＋CA2
式中ΔA―电网理论线损电量；
B―电网理论空载损耗；
C―电网理论负载损耗占比；
A―理论计算供电量。
可推出负荷（电量）增长对线损率的影响：
　　ΔX＝（a×δ铜＋δ铁／a）X－X
式中ΔX―负荷变化对线损率影响；
a―负荷（电量）增长系数；
δ铜―电网铜损占比；
δ铁―电网铁损占比；
　 X―理论线损率。
　　即电网铜损线损率变化与电量增长成正比，电网铁损线损率变化与电量增长成反比。
配网负荷（电量）增长对线损率的影响为
ΔX＝（a×78％＋22％／a）×2．75％－2．75％
　　结合杭州地区配电网建情况，配电网发展速率约为11％，及近年杭州地区配网理论线损随负荷增长变化曲线如图1。可得出当负荷（电量）增长小于为11％时，理论上将保持线损率稳定。

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5 结束语
　　配网电能损耗理论计算方法实现了电力系统元件输入、输出的可视化，达到使用方便，结果可靠的要求，具有很强的实用价值。对配网理论计算应用线损二项式原理进行分析，模拟配网线损随负荷
参考文献：
［1］DL／T686－1999，电力网电能损耗计算导则［S］．北京：中国电力出版社．
［2］金哲，等．节电技术与节电工程［M］．北京：中国电力出版社，1999．
［3］虞忠年，等．电力网电能损耗［M］．北京：中国电力出版社，2000．