电网经济运行节电技术综述

　【摘　要】　论述了电网经济运行节电技术在电力系统节电中的重要性及其特点，指出它是一种知识经济手段，列出了电网经济运行的主要方面和主要内容，指出应用相关计算机软件的必要性。

　　1　前言

　　电力是一种使用方便的优质二次能源，广泛应用于国计民生各个领域，当今世界“能源的发展是以电力为中心”。根据有关资料的估算：从发电到供电，一直到用电的过程——广义电力系统中的各种电气设备(包括发电机、变压器、电力线路、电动机等)全部的电能消耗约占发电量的28％～33％。这对全国来说一年就有3178～3746亿kW·h的电能损耗在运行的电气设备中，相当于10个中等用电量省的用电量之和。这说明节电潜力非常之大。在新世纪中为保证国民经济高速稳定的发展，寻求一条不用物资投资，依靠高新技术就能节电的途径具有重大意义。电网经济运行就是不用物资投资取得明显节电效果的一项内涵节电技术。

　　电网经济运行一是把变压器经济运行节电技术形成一个系统工程。它包括8个方面45种变压器经济运行的节电范畴，并按系统工程方法对变压器经济运行节电技术进行优化排序；二是把变压器经济运行领域扩充到变压器及其供电线路经济运行，变电所及其供电网经济运行，也就是说扩展到输电网经济运行(三绕组变压器及其供电系统)和配电网经济运行(双绕组变压器及其供电系统)。电网的经济运行主要是变压器及其供电系统的经济运行，它包括20个方面100余种节电方法。

　　变压器在整个电力系统中是一种应用广泛的电气设备，一般说来，从发电、供电一直到用电，需要经过3～5次的变压过程，其自身要产生有功功率损失和无功功率消耗。由于变压器台数多，总容量大，所以在广义电力系统(包括发、供、用电)运行中，变压器总的电能损失占发电量的10％左右。这对全国来说，意味着全年变压器总的电能损失为1100亿kW·h以上，相当于3个中等用电量省的用电量之和。变压器经济运行是在损失电能的1100亿kW·h以上电能中去挖掘节电潜力；电网经济运行则是在损失的3178～3746亿kW·h电能中挖掘节电潜力。

　　变压器经济运行节电技术已被列入全国重点推广的新技术，并发布为国家标准，“变压器经济运行软件”已被列为国家级火炬计划，并评为1994年国家优秀节能成果。“变压器经济运行全国专家论证会”指出：变压器经济运行节电技术是有科学依据的，技术上是成熟的，在全国部分省市经过典型试验和推广，已取得了较高的社会效益，受到了企业的欢迎。这项节电技术适用于一切大、中、小型企业、农电系统和地方电网。

　　2　电网经济运行的概念与特点

　　2.1　变压器经济运行的基本内涵

　　变压器经济运行是在确保变压器安全运行及满足供电量和保证供电质量的基础上，充分利用现有设备；通过择优选取变压器最佳运行方式、负载调整的优化；变压器运行位置最佳组合以及改善变压器运行条件等技术措施，从而最大限度地降低变压器的电能损失和提高其电源侧的功率因数，所以变压器经济运行的实质就是变压器节电运行。变压器经济运行节电技术是把变压器经济运行的优化理论及定量化的计算方法与变压器各种实际运行工况密切结合的一项应用技术，该项节电技术不用投资，在某些情况下还能节约投资(节约电容器投资和减少变压器投资)。所以，变压器经济运行节电技术属于知识经济范畴，是向智力挖潜、向管理挖潜实施内涵节电的一种科学方法。

　　2.2　电网经济运行的基本内涵

　　电网经济运行是在保证区域电网(110kV以上)和地区电网(110kV以下的城区网、农网和企业网)的安全运行和在满足供电量和保证供电质量的基础上，充分利用电网中现有输(配)变电设备，通过优选变压器及电力线路经济运行方式和负载的经济调配及变压器与供电线路运行位置的优化组合等技术措施，从而最大限度地降低变压器与供电线路的有功损耗和无功消耗，本文所述电网经济运行节电技术是利用经济运行软件的优化计算降低电网线损的内涵节电技术。

　　2.3　电网经济调度

　　电网经济调度是以电网安全运行调度为基础，以降低电网线损为目标的调度方式。由于电网经济调度是属于知识密集和技术密集型领域，所以电网经济调度是按电网经济运行的科学理论，根据电网经济运行方式软件和经济调度软件定量计算的结果，全面实施电网经济运行的调度方式。

　　2.4　电网改造节电技术

　　电网改造节电技术是在不增加电网改造投资和充分利用现有电网改造资金的基础上，在提高电网供电容量和保证供电质量的前提下，运用20余种优化定量计算新技术降低城乡电网的线损，如老旧变压器淘汰中要劣中汰劣，新型变压器选型中要优中选优，既要根据城网和农网负载分布的特点，调整变压器运行位置与供电线路实现优化组合，又要根据电网中变压器与供电线路的分布状况，优化负载经济分配和电网经济运行方式。总之，由于电力行业是技术密集型行业，在城乡电网改造中应贯彻“科教兴电”的方针，依靠科技进步和推广以计算机应用为主要内容的先进技术，提高电网安全经济供电的管理水平。在城乡电网建设和改造过程中要充分利用“电网改造节电技术软件”优化调整城乡电网的电力结构和提高电网结构中的技术含量。把电网建成“安全经济型电网”，为电网安全供电奠定良好的基础。在电网运行中最大限度地降低电网的线损，为缩小与发达国家电网线损的差距做出贡献。

　　由于电网的线损主要是由变压器损耗与电力线路损耗所组成，所以电网改造的节电降耗，也就是对电网中的所有变压器和电力线路进行择优选择和优化组合，组建成“安全经济型电网”。因此，在电网运行中变压器及其供电系统经济运行也是电网改造节电技术的基础和实施目标。

　　2.5　电网经济运行的基本性质

　　(1)科学性。该技术是经过严谨的理论分析，精确的动态计算式的判定和实例验证而得出的，它用科学理论纠正了误把浪费当节约的陈旧观念和习惯做法。

(2)系统性。该技术是立足于整体最佳的节电方法，以达到既考虑到有功电量节约又考虑到无功电量节约的综合最佳运行状态；既考虑到用电单位的节电，又考虑到供电网线损降低的系统最优化；当有多台变压器以及线路供电时，不应仅考虑单台单线最佳，而是立足于总体最优的系统性。

　　(3)实用性。该技术涉及的内容都来源于生产工况存在的实际问题，然后用科学的理论和定量的计算来回答这些问题，因此它符合实践—理论—再实践的过程。

　　(4)效益性。该技术主要是利用现有设备条件，用科学理论手段进行择优汰劣，从而达到节电的目的。属于国内外效益性很强的高新节电技术。

　　2.6　电网经济运行是一种科学方法

　　(1)择优化。优胜劣汰的自然法则充满着整个自然界，任何新技术的实质都是人们寻求到的择优汰劣的结果。变压器及其供电系统经济运行节电技术正是运用优化理论对各种运行工况进行择优汰劣而达到节电目的的技术。

　　(2)定量化。任何一门科学都必须以定量化计算式作为基础，仅有定性分析的原则，没有定量计算则构不成一门完整的学科。变压器及其供电系统经济运行节电技术是以近千个定量计算式作为判断优劣的基础，它已进入定量化学科领域。

　　(3)有序化。从无序化到有序化是事物向纵深发展的必然规律，长期以来变压器及电力线路经济运行方式基本上处于无序状态(没有按择优化运行)，电网经济运行理论为电网经济运行走向有序化提供了理论基础。

　　2.7　电网经济运行是一个专家系统

　　电网改造节电技术、配电网经济运行方式、输电网经济运行方式、配电网经济调度、输电网经济调度、双绕组变压器经济运行和三绕组变压器经济运行等系列软件均属于软科学技术。是电网改造和电网经济运行节电降耗的专家系统，属于以智力资源为依托的知识经济领域。

　　3　电网经济运行的主要范畴

　　电网包括企业电网、城网、农网和区域网。企业网、城网、农网的电压等级大部分在110kV以下，其经济运行统称配电网经济运行，也就是双绕组变压器及其供电系统经济运行。区域电网的电压等级大都在110kV以上，其经济运行称为输电网经济运行，即三绕组变压器及其供电系统经济运行。以下所指的电网经济运行范畴既包括配电网经济运行，也包括输电网经济运行。下面所指的变压器经济运行方式及负载经济调度，既包括双绕组变压器，也包括三绕组变压。器。

　　电网经济运行包括20个方面100余种降低线损的优化方法。其中一些主要方法可参见《变压器经济运行》(胡景生等著)和《电网经济运行与能源标准化》(胡景生等编著)二书。

　　3.1　变电所(站)并列运行变压器的经济运行方式

　　(1)有备用变压器的变电所，应选择技术特性优的运行；

　　(2)相同台数并列运行的变压器，应选择最佳组合运行方式；

　　(3)按负载变化规律，优选变压器运行台数；

　　(4)经济运行方式最优化。

　　3.2　分列运行变压器的经济运行方式

　　(1)变压器分列运行与共用变压器经济运行方式；

　　(2)变压器负载侧带有联络线的分列运行与共用变压器经济运行方式；

　　(3)三绕组变压器负载侧分列运行的经济运行方式；

　　(4)变压器分列运行与并列运行的经济运行方式。

　　3.3　变压器特殊方式的经济运行

　　(1)三绕组变压器与双绕组变压器并列运行的经济方式；

　　(2)三绕组变压器两侧并列与另一侧分列的经济运行方式；

　　(3)三绕组变压器两侧并列与第三侧单台运行的经济方式；

　　(4)变压器负载侧有备用电源的经济运行方式；

　　(5)负载有双电源供电的经济运行方式。

　　3.4　配电变压器经济运行方式

　　(1)负载波动大、单台运行的变压器就增设小容量变压器小负载时运行；

　　(2)对季节性波动的负载，应选择二台不等容量变压器经济运行；

　　(3)调整变压器相间不平衡负载的节电降耗。

　　3.5　电力线路经济运行方式

　　(1)一用一备供电线路经济运行方式；

　　(2)双回线路供电的经济运行方式；

　　(3)两端供电网开式经济运行方式；

　　(4)环状供电网经济运行方式。

　　3.6　变压器及其供电线路(简称变压器线路组)经济运行

　　(1)变压器线路组间技术特性优劣的判定；

　　(2)变压器线路组间分列运行的经济运行方式；

　　(3)变压器线路组间负载侧带有联络线的经济运行方式。

　　3.7　变压所(站)及其连结系统经济运行方式

　　(1)变压所(站)负载侧带有联络线的经济运行方式；

　　(2)变压所(站)及其供电网经济运行方式。

　　3.8　变压器间负载经济调度

　　(1)提高负荷率与降低损耗；

　　(2)削峰填谷与降低损耗；

　　(3)分列运行变压器间的负载经济分配；

　　(4)分列运行变压器间负载经济调配的优化序列；

　　(5)三绕组变压器负载侧绕组间负载经济分配；

　　(6)变压器间增减负载的优化。

　　3.9　供(配)电线路间负载经济调度

　　(1)提高负荷率与降低损耗；

　　(2)削峰填谷与降低损耗；

　　(3)供(配)电线路间负载经济分配；

　　(4)供(配)电线路间负载经济调配的优化序列；

　　(5)供(配)电线路间增减负载的优化；

　　(6)调整配电线路相间不平衡负载的节电降耗。

　　3.10　变压器线路组间负载经济调度

　　(1)提高负荷率与降低损耗；

　　(2)削峰填谷与降低损耗；

　　(3)变压器线路组间负载经济分配；

　　(4)变压器线路组间负载调配的优化序列；

　　(5)变压器线路组间增减负载的优化。

　　3.11　电网负载经济调度

　　(1)提高负荷率与降低损耗；

　　(2)削峰填谷与降低损耗；

　　(3)变电所(站)及其供电系统间负载经济分配；

　　(4)变电所(站)及其供电系统间负载经济调配优化序列；

　　(5)变电所及其供电系统间增减负载的优化。

　　3.12　变压器经济负载系数与经济运行区

(1)变压器经济负载系数；

　　(2)三绕组变压器最佳经济负载系数；

　　(3)变压器经济负载系数与经济运行区；

　　(4)变压器“大马拉小车”的科学判定；

　　(5)并列运行变压器经济负载系数与经济运行区；

　　(6)变压器线路组经济负载系数与经济运行区；

　　(7)变压器与配电线路经济负载系数与经济运行区；

　　(8)变压器经济运行系统工程。

　　3.13　改善运行条件的节电降耗

　　(1)变压器无功补偿的节电降耗；

　　(2)电力线路无功补偿的节电降耗；

　　(3)变电所(站)无功补偿的节电降耗；

　　(4)变压器线路组无功补偿的节电降耗；

　　(5)降低变压器运行温度的节电降耗；

　　(6)避免变电器超载运行的节电降耗；

　　(7)变压器电源侧分接头优化调整的变压器节电降耗；

　　(8)变压器电源侧分接头优化调整的配电网节电降耗。

　　3.14　大功率硅整流机组经济运行

　　(1)大功率硅整流机组的经济负载系数；

　　(2)大功率硅整流机组结构的合理化；

　　(3)大功率硅整流机组间技术特性优劣的判定；

　　(4)大功率硅整流机组并列运行的经济运行方式。

　　3.15　特种变压器经济运行

　　(1)单相变压器经济运行；

　　(2)电炉变压器经济运行；

　　(3)调压变压器经济运行；

　　(4)变电所(站)自用变压器经济运行；

　　(5)民用变压器经济运行。

　　3.16　调整变压器运行位置实现经济运行

　　(1)调整变配电所间技术特性差别大的变压器；

　　(2)让闲置特性好的变压器早日投入运行；

　　(3)变压器运行位置的优化组合；

　　(4)对负载波动大的变配电所，调整二台不等容量变压器；

　　(5)变压器运行位置的调整与供电线路的优化组合。

　　3.17　社会条件合理化实现经济运行

　　(1)老旧变压器更新中应劣中汰劣；

　　(2)新型变压器选型中应优中选优；

　　(3)对旧变压器报废与新型变压器购置进行优化；

　　(4)变压器改造与经济运行；

　　(5)变压器制造与经济运行。

　　3.18　电网改造中电力线路的节电降耗

　　(1)按经济电流密度优化电力线路导线截面；

　　(2)按经济输送距离建设电力线路；

　　(3)按经济供电半径建设电力线路；

　　(4)改造电力线路的节电降耗；

　　(5)线路升压改造的节电降耗；

　　(6)避免电力线路的交错、重叠和迂回供电；

　　(7)城市民用电选择三相四线制；

　　(8)淘汰非标准的电压等级。

　　3.19　电网改造中变压器的节电降耗

　　(1)对多级降压的变电所应选择大变比变压器减少降压次数；

　　(2)对变比小的变压器应选择自耦变压器；

　　(3)并列运行变压器减少台数的汰劣；

　　(4)并列运行变压器增加台数的优化；

　　(5)相同容量变压器选型的择优化；

　　(6)不同容量变压器容量选择的择优化；

　　(7)增设小容量变压器的优化选择；

　　(8)“大马拉小车”变压器更换的优化。

　　3.20　电网改造中电网结构的优化

　　电网改造与建设中，运用系统工程的方法，在不增加和节约电网改造资金的基础上，调整变压器在电网中运行位置使电网线损最小的优化组合，电网中的变压器按其损耗的技术特性可分为优、良、劣三种。

　　(1)长期运行变压器技术特性优，短期运行变压器技术特性良，备用和特殊贮备(闲置)变压器技术特性劣；(2)电网远处末端运行变压器技术特性优，电网中心(近处)运行变压器技术特性良；

　　(3)大负载运行变压器技术特性优，小负载运行变压器运行特性良；

　　(4)电网改造中对备用变压器和贮备变压器不应更新；

　　(5)运用系统工程方法对变压器在电网的位置进行优、良、劣排序。

　　4　电网经济运行节电潜力与社会效益

　　由于当前绝大部分供、用电单位的变压器及其供电线路都在自然状态下运行。而恰恰又受到某些传统错误观点和习惯性错误作法的影响，再加上不合理的变压器容量电价制度的制约，导致现在运行的变压器大都不是经济运行方式(笔者通过在全国28个省、市进行的270多次变压器经济运行的讲座后搜集到的情况)。同时，我们国家正处在节能型变压器、冷轧硅钢片变压器和热轧硅钢片变压器的交替时期，即变压器技术特性差异很大，因此全面开展变压器经济运行具有重大现实意义。

　　根据各地开展变压器经济运行1000多个节电实例分析，如全面开展变压器经济运行，其节电量约占用电量的1％以上(即降低变压器的损失率10％以上)。如抚顺电子仪器厂节电率7％以上，抚顺十一厂节电率6％以上，衡阳有色金属机械总厂节电率5.12％，大连起重机械厂节电率4.2％，重庆永川供电局变损率下降21.29％，抚顺铝厂节电率1.65％等等。

　　全国各行各业全面推行变压器及其供电系统经济运行节电技术，如按1％～2％节电率计算，不用投资，全国年节电效果可达到100～200亿kW·h，相当于一个大型发电厂的年发电量。

　　变压器及其供电系统经济运行节电的社会效益有：节约资金，即节约电容器的投资和减少变压器的投资；减少电压损耗，提高供电质量，进一步降低线损，改善环境；节约资源，为子孙后代造福。

　　由于电网经济运行有近千个定量化计算式，加之随着变压器和电力线路的技术参数变化和负载变化都必须重新进行优化计算，这样，对具有变压器台数较多的企业电网、城乡电网和区域电网来说，实施电网经济运行计算量很大，计算难度也大，人工运算已远远满足不了需要。因此，只有应用电网经济运行软件进行定量计算和优化选择。

　　综上所述，电网经济运行节电技术就是运用优化定量化的科学判定方法，改变人们多年来形成的误把浪费当节约的陈旧观念和习惯做法，是用知识经济手段提高电网运行中的科技含量，去挖掘电网损耗中的节电潜力。