兩端供電網(wǎng)絡(luò)開(kāi)式經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式
【摘 要】 對(duì)開(kāi)式運(yùn)行的兩端供電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式進(jìn)行分析，推導(dǎo)出擇優(yōu)運(yùn)行及節(jié)電計(jì)算式，同時(shí)用實(shí)例驗(yàn)證了兩端供電網(wǎng)開(kāi)式經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的節(jié)電效果顯著。圖1所示是經(jīng)常遇見(jiàn)的一種有兩電個(gè)電源、3個(gè)變(配)電所的兩端供電網(wǎng)絡(luò)。開(kāi)式運(yùn)行方式通常采用的是：電源甲供變(配)電所A、C，電源乙供變(配)電所B；電源甲供變(配)電所A，電源乙供變(配)電所B、C。即變(配)電所C的負(fù)載是由電源甲供電，還是由電源乙供電，需在這兩種運(yùn)行方式中通過(guò)定量計(jì)算，優(yōu)選損耗最小的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。
為使分析計(jì)算簡(jiǎn)單化，計(jì)算中取電網(wǎng)運(yùn)行電壓U等于額定電壓UΝ，各負(fù)載功率因數(shù)cosφ為平均值cosφp。這是因?yàn)殡娋W(wǎng)運(yùn)行電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)，與額定值的偏差最大不超過(guò)10％；目前在電網(wǎng)中普遍應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償裝置，基本實(shí)現(xiàn)無(wú)功就地平衡，各變(配)電所負(fù)載的功率因數(shù)都比較高，這些假設(shè)對(duì)計(jì)算結(jié)果造成的誤差很小。
本文首先對(duì)3個(gè)變(配)電所電網(wǎng)開(kāi)式經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式進(jìn)行分析討論，再深入到有多個(gè)變(配)電所的電網(wǎng)。
1 3個(gè)變(配)電所電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的判定
1.1 有功經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的臨界負(fù)載
令變電所A、B、C的負(fù)載分配系數(shù)分別為DA、DB、DC，其與各負(fù)載間的關(guān)系為
DA和DB的關(guān)系有
DA＋DB=1 (2)
當(dāng)變電所C的負(fù)載SC由電源甲供電時(shí)，既要在線路L1C的R1C產(chǎn)生有功功率損失，又要引起線路L11的R11損失的增加，由負(fù)載SC所產(chǎn)生的總有功功率損失的ΔP甲C(kW)計(jì)算式
當(dāng)變電所C的負(fù)載SC由電源乙供電時(shí)，既要在線路L2C的R2C產(chǎn)生有功功率損失，又要引起線路L21的R21的損失增加。由負(fù)載SC所產(chǎn)生的總有功功率損失的ΔP乙C(kW)計(jì)算式
以上二式中，當(dāng)R11、R21、R1C、R2C、和Sσ、DC為常數(shù)時(shí)，則ΔP甲C=f(DA)和ΔP乙C=f(DA)。令ΔP甲C=Δ P乙C整理后得
(2DLPADC＋DC2)R11＋DC2R1C
=[2DC(1－DLPA)＋DC2]R21＋DC2R2C (5)
化簡(jiǎn)后，可求得臨界負(fù)載分配系數(shù)DLPA
對(duì)式(6)進(jìn)行分析，在DLPA=f（DC）函數(shù)關(guān)系中，有下列三種情況：(1) 當(dāng)（R21＋R2C）－（R11＋R1C）>0時(shí)，DLPA=f（DC）的曲線變化如圖2a所示；(2) 當(dāng)（R21＋R2C）－（R11＋R1C）=0時(shí)，DLPA=f（DC）的曲線變化如圖2b所示；(3) 當(dāng)（R21＋R2C）－（R11＋R1C）< 0時(shí)，DLPA=f（DC）的曲線變化如圖2c所示。
由圖2可知：當(dāng)實(shí)際工況負(fù)載DA<DLPA時(shí)應(yīng)由電源甲供電為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，當(dāng)SA>DLPB時(shí)應(yīng)由電源乙供電為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。
1.2 無(wú)功經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的臨界負(fù)載
同理也可給出變電所C的負(fù)載SC由電源甲和電源乙供電的二種運(yùn)行方式的無(wú)功功率消耗ΔQ甲C（kvar）和ΔQ乙C（kvar）的計(jì)算式
根據(jù)以上二式同理可導(dǎo)出變電所C由電源甲供電的無(wú)功經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式臨界負(fù)載系數(shù)DLQA
把圖(2)中的DPA、DPC和DLPA分別換成DQA、DQC和DLQA，也適用于對(duì)無(wú)功經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的分析。
1.3 綜合功率經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的臨界負(fù)載
變壓器(電力線路)綜合功率損失是指：由變壓器(電力線路)的有功功率損失和無(wú)功功率消耗，使受電網(wǎng)增加的有功功率損失與變壓器(電力線路)自身的有功功率損失之和。綜合功率損失的概念和計(jì)算方法已納入GB/T13462—92國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中。
同理也可給出變電所C的負(fù)載由電源甲和電源乙供電的二種運(yùn)行方式綜合功率損失計(jì)算式(略)，并可導(dǎo)出變電所C由電源甲供電方式的綜合臨界負(fù)載分配系數(shù)DLZA的計(jì)算式
式中 KQ—無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量；
KP—有功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量。
無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量KQ的物理意義是：變壓器(電力線路)每減少1kvar無(wú)功功率消耗時(shí)，引起連接系統(tǒng)有功功率損耗下降的kW值。有功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量KP的物理意義是：變壓器(電力線路)每減少1kW有功功率損耗時(shí)，引起連接系統(tǒng)有功功率損耗下降的kW值。
把圖2中的DPA、DPC和DLPA分別換成DZA、DZC和DLZA，也適用于對(duì)綜合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的分析。
經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式要考慮到負(fù)載波動(dòng)。因此，對(duì)工況負(fù)載分配系數(shù)計(jì)算要按動(dòng)態(tài)計(jì)算式進(jìn)行計(jì)算
式中 KTA、KTB——分別為變電所A和B的負(fù)載波動(dòng)
損失系數(shù)。
負(fù)載波動(dòng)損耗系數(shù)KT值可在GB/T13462—92國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中查找。
對(duì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式判定時(shí)，要用動(dòng)態(tài)負(fù)載分配系數(shù)DTA對(duì)DLPA、DLQA、DLZA進(jìn)行對(duì)比。
2 3個(gè)變(配)電所電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式節(jié)約 功率
設(shè)電源乙供變電所C的負(fù)載SC為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，則用式(3)的ΔP甲C 減去式(4)的ΔP乙C，并考慮負(fù)載波動(dòng)損失時(shí)，經(jīng)整理后，其有功功率節(jié)約ΔΔP（kW）計(jì)算式為
式中 KTAC——負(fù)載SA與SC之和的負(fù)載波動(dòng)損失系數(shù)；
KTBC——負(fù)載SB與SC之和的負(fù)載波動(dòng)損失系數(shù)； KTC——負(fù)載SC的負(fù)載波動(dòng)損失系數(shù)。
同理也可導(dǎo)出電源乙供變電所C比電源甲供時(shí)的無(wú)功功率節(jié)約ΔΔQ（kvar）計(jì)算式
例1 某35kV兩端網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。有松(A)、南(B)、興(C)三個(gè)變電所和雙(甲)、永(乙)兩個(gè)電源，開(kāi)式運(yùn)行。線路參數(shù)和變電所負(fù)載見(jiàn)表1。現(xiàn)運(yùn)行方式是變電所松、興由電源雙站供電，變電所南由電源永站供電。
首先判定現(xiàn)運(yùn)行方式是否經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并計(jì)算經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的節(jié)電效果。
解：各變電所負(fù)載視在功率
根據(jù)式(1)分別計(jì)算出各變電所的負(fù)載分配系數(shù)
DA=0.33； DB=0.67； DC=0.30
然后，再根據(jù)式(6)計(jì)算有功臨界負(fù)載分配系數(shù)DLPA
同理根據(jù)式(9)可計(jì)算出無(wú)功臨界負(fù)載分配系數(shù)DLQA
再按式(11)計(jì)算出工況負(fù)載分配系數(shù)DTA
由于本例的DTA（0.335）>DLPA（0.067）和DTA（0.335）>DLQA（0.142），所以按有功經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和無(wú)功經(jīng)濟(jì)運(yùn)行判定現(xiàn)運(yùn)行方式都不是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，應(yīng)改為變電所興由電源永站供電。
將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式(13)和(14)，計(jì)算經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式比原運(yùn)行方式的有功功率節(jié)約ΔΔP和無(wú)功功率節(jié)約ΔΔQ分別為
由此可見(jiàn)，不用花投資，充分利用現(xiàn)有的電力線路，僅改變運(yùn)行方式就能取得顯著的節(jié)電效果。節(jié)約有功功率
39.18kW，比原運(yùn)行方式的線路有功功率損失(63.05kW)下降62％；節(jié)約無(wú)功功率38.09kvar,比原運(yùn)行方式的線路無(wú)功功率消耗(80.54kvar)下降47％。
3 多個(gè)變(配)電所電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的判定
圖4所示是一個(gè)有多個(gè)變(配)電所的兩端供電網(wǎng)絡(luò)。開(kāi)式運(yùn)行時(shí)，變(配)電所C由電源甲或電源乙供電的擇優(yōu)臨界負(fù)載計(jì)算。用與前述類(lèi)似的方法，作如下推導(dǎo)和分析判斷。
3.1 有功經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的臨界負(fù)載
令
則各變(配)電所的負(fù)載分配系數(shù)為
變(配)電所C的負(fù)載由電源甲供電時(shí)，根據(jù)前述簡(jiǎn)化計(jì)算條件，在線路L11的R11產(chǎn)生的有功功率損失ΔP甲L11（kW）算式可表示為
變(配)電所C的負(fù)載由電源乙供電時(shí)，在線路L11的R11產(chǎn)生的有功功率損失ΔP乙L11（kW）算式可表示為
用式(17)減去式(18)，則為變(配)電所C的負(fù)載由電源甲供電時(shí)，在線路L11的R11增加的有功功率損失ΔΔPL11（kW）
同理可導(dǎo)出變(配)電所C的負(fù)載由電源甲供電時(shí)，在線路L1i的R1i增加的有功功率損失ΔΔPL1i（kW）算式
變(配)電所C的負(fù)載由電源甲供電時(shí)，在線路L11經(jīng)L1n和L1C的R11至R1n和R1C上增加的總有功功率損失ΔΔP甲C（kW）為
由于 表示的L1i至L1n各段線路中每一段的負(fù)載分配系數(shù)。因此可令
則式（21）可簡(jiǎn)化為
用類(lèi)似的方法，導(dǎo)出變(配)電所C的負(fù)載由電源乙供電時(shí)，在線路L21經(jīng)L2n和L2C的R21至R2n和R2C上增加的總有功功率損失ΔΔP乙C（kW）算式
由于
將式(25)的關(guān)系代入式(24)，整理后得
式(23)和式(26)中，當(dāng)R1i、R2i、R1C、R2C、和Sσ、DC為某一定值時(shí)，則ΔΔP甲C=f（D11）和ΔΔP乙C=f（D11）。令ΔΔP甲C=ΔΔP乙C求解，整理后得
由式(27)可求出線路L11的臨界負(fù)載分配系數(shù)DLP11
用式(28)與式(6)相比較，其DLP11=f（DC）關(guān)系的三種曲線圖同圖2基本相似，而式中的
僅改變曲線的上下位置而已。
3.2 無(wú)功經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的臨界負(fù)載
同理可導(dǎo)出變電所C的負(fù)載由電源甲供電的無(wú)功經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，線路L11的臨界負(fù)載分配系數(shù)DLQ11計(jì)算式
3.3 綜合運(yùn)行方式的臨界負(fù)載
用前述方法亦可導(dǎo)出變電所C的負(fù)載由電源甲供電的綜合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式線路L11的臨界負(fù)載分配系數(shù)DZQ11計(jì)算式
前面對(duì)有功臨界負(fù)載分配系數(shù)的分析方法，同樣適用于對(duì)無(wú)功臨界負(fù)載分配系數(shù)的綜合臨界負(fù)載分配系數(shù)的分析。
對(duì)工況負(fù)載分配系數(shù)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的判定，都應(yīng)按動(dòng)態(tài)算式進(jìn)行計(jì)算。
4 多個(gè)變(配)電所電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式節(jié)約功率
如果變(配)電所C由電源乙供電運(yùn)行方式比電源甲經(jīng)濟(jì)，則用式(23)減去式(26)考慮負(fù)載波動(dòng)后，即為節(jié)約的有功功率ΔΔP（kW）
式中 KT1i——線路L1i的負(fù)載波動(dòng)損失系數(shù)；
KT2i——線路L2i的負(fù)載波動(dòng)損失系數(shù)。
同理可給出變(配)電所C由電源乙供電運(yùn)行方式比電源甲供電節(jié)約的無(wú)功功率ΔΔQ（kvar）計(jì)算式
兩端供電網(wǎng)開(kāi)式運(yùn)行是經(jīng)常采用的一種運(yùn)行方式。從前面的分析和實(shí)例計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，對(duì)這種運(yùn)行方式實(shí)施經(jīng)濟(jì)運(yùn)行能夠獲得顯著的節(jié)電效果。因此，在電網(wǎng)運(yùn)行中，我們應(yīng)該通過(guò)理論計(jì)算，選取最佳的供電方案，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，使網(wǎng)絡(luò)的總線損最大限度地減少，節(jié)約電能，提高企業(yè)和社會(huì)效益。
5 參考文獻(xiàn)
1 胡景生著.變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行.北京：中國(guó)電力出版社，1999.
2 劉晨暉著.發(fā)供電運(yùn)行經(jīng)濟(jì)學(xué).武漢：武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社
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