電網的功率損耗和電能損耗

2020-12-11 輸變電工程設計

一、功率損耗計算

計算一般輸電線路的功率損耗, 若已知線路的負荷電流時,則該段線路的有功功率和無功功率損耗分別為

若已知該段線路的負荷功率時, 則其有功功率和無功功率損耗分別可寫作

以上公式中 P、△P、 φ、ΔQ均為三相, U為線電壓。

若對特高壓長線路有需要計及導納支路功率, 對 π 形電路每一端的電導損失及充電功率則可接下式計算:

變壓器的功率損耗主要是變壓器繞組電阻上的銅損和繞組漏抗無功損耗,以及鐵芯中有功損耗和勵磁無功功率損耗,在計算潮流時, 雙繞組變壓器用T形等值電路表示,變壓器勵磁迴路的電導和電納一般接在電源側。變壓器繞組中的銅損和漏抗損耗與通過變壓器的功率有關, 變壓器鐵芯的有功損耗和勵磁功率則與通過變壓器的功率無關, 僅與變壓器的容量和所加的電壓有關,計算雙繞組變壓器的功率損耗可採用下式, 即

在不考慮電壓變化的情況下, 若取電壓 U≈Ue 亦可簡化改寫為

對三繞組和自耦變壓器應根據每一繞組的電阻、漏抗及其通過容量分別計算,並計算其空裁損耗和勵磁功率。

二、電能損耗計算

電網中由於運行方式經常變化, 因此各條線路及變壓器通過功率也相應發生變化. 其功率損耗也隨時間而變化在分析線路或系統運行的經濟性時應該根據不同功率及其相應時間逐段進行計算以求得全年的電能損失:

這種計算雖較嚴格,但工作量較大,實用計算中一般採用最大負荷利用小時數 Tmax.和損耗小時數τ的關係來計算, 損耗小時數為全年電能損耗ΔA除以最大負荷時的功率損耗 ΔPmax即τ=ΔA/ΔPmax,由公式可知τ不僅與Tmax有關,並與線路、變壓器等通過功率的功率因數有關。

電網中不同元件的年電能損耗計算

1、架空線路

式中ΔPyp-年平均電最損耗 (MW)

2、電纜線路

式中ΔPwj-電纜介質損耗(MW)。

3、變壓器

式中T-變壓器運行時間。

4、 電容器

式中 Qc-電容器容量 (MVA);T一電容器運行時間 (h)

5、電抗器

式中ΔPe-額定電壓下的功率損耗 (MW) ;T-電抗器運行時間 (h)。

三、輸電線路損耗應用實例

輸電線路的電能損耗為電力線纜的電能損耗和電暈損耗之和。

輸電線路的年電能損耗的計算公式如下:

式中:ΔA—全年電能損耗,kWh;

ΔPyp—年平均電暈損耗,kW;

ΔA1—導線電阻年電能損耗,kWh;

ΔPwj—電纜絕緣介質年電能損耗,kW;

ΔA2—電纜線芯年電能損耗,kWh。

利用最大電流法計算導線電阻電能損失公式如下:

式中:ΔA1—導線電阻電能損失量,kWh;

Imax—最大負荷電流,A;

S—線路輸送容量,MVA;

U—線路電壓等級,kV;

R1—導線電阻,R1=r0×L1(r0指每相導線單位長度的電阻值,Ω/km;L1指線路長度,km);

τ—最大負荷損耗小時數。

考慮負荷電流引起的溫升及周圍空氣溫度對電阻變化的影響,對電阻進行如下修正:

式中:R20—每相導線在20℃時的電阻值,Ω;

β1—導線溫升對電阻的修正係數;

Ixy—當周圍空氣溫度為20℃時,導線達到容許溫度時的容許持續電流,A;

β2—周圍空氣溫度對電阻的修正係數;

Tav—代表日(或計算期)的平均氣溫,℃;

α—導線電阻的溫度係數,對銅、鋁、鋼芯鋁線,α=0.00403。

導線年平均電暈損耗

本項目線路路徑所經地區海拔較低,且本項目所選導線截面積大,基於以上原因,本項目忽略電暈損耗。

電纜絕緣介質中的電能損耗計算公式如下:

式中:ΔPwj—電纜絕緣介質年電能損耗,kW;

U—電纜運行線電壓,kV;

ω—角速度,ω=2πf(f為頻率Hz);

c—電纜每相的工作電容,μF/km;

tgδ—介質損失角的正切值(交聯聚乙烯電纜一般選取0.008);

L—電纜長度,km;

ε—絕緣介質的介電常數(交聯聚乙烯電纜一般選取3.5);

re—絕緣層外半徑,mm;

r1—線芯的半徑,mm。

電纜線芯電阻電能損失公式同導線電阻電能損失。計算輸入條件:

①輸送容量:

由於輸電線路電能損耗與輸送容量、導線型號、線路長度等因素有關,輸送容量的取值直接影響能耗的大小,但對能耗百分比的影響較小,經與系統專業配合,計算輸送容量按裝機容量考慮。

②年最大負荷小時數:

年最大負荷小時數根據實際選取。

③最大負荷損耗小時數:

根據《電力系統設計手冊》P321中的最大負荷利用小時數Tmax與損耗小時數的關係表可計算年最大負荷小時數。

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