构建《安全经济优质型电网》与实施电网经济运行
2005-7-29
构建《安全经济优质型电网》与实施电网经济运行
沈阳变压器经济运行研究所 教授级高工 胡景生
1. 前言
近年来由于国民经济高速发展，对电力需求快速增长，全国大部分地区由于发电装机容量不足、电网供电能力不足，出现拉闸限电，产生电荒，缺电成为国民经济发展的“瓶颈”。
日前中国电力报报导了国家发改委副主任张国宝在人大会发言中提到：“开源不能从根本上解决缺电现象，因为我们缺的是科学用电。近几年，中国经济获得非常快的增长，但这种增长是在高能耗的基础上实现的。现在，国民生产总值每增长1％，能源消耗却要增长1.5％，而合理的比例应该是国民经济增值每增长1％，能源消耗只增长0.8％。
由于我国的节能与节电潜力非常之大，所以当前解决电荒不能只依靠开发电能来实现，应重点依靠节电来解决。
回顾我国城乡电网改造才过去5年多的时间，为什么又出现部分电网的供电能力不足呢？其原因何在呢？运用科学发展观对现电网结构进行剖析，其结论是电网结构中科技含量太低，形成电网构架薄弱，容载比低，不适应电力需求侧的快速发展，而且造成电网运行中损耗过大，安全可靠性差，供电质量低。由于电网供电能力不足，为了解决电荒，又要对电网进行改扩建。这次电网改扩建时一定要做到“与时俱进走出原电网结构中的误区”，“运行科技发展观构建安全经济优质型电网”。
《中华人民共和国节约能源法》明确规定：能源节约与能源开发并举，把能源节约放在首位方针。节能是国家发展经济的一项长远方针。
目前经国务院批准，由国家发改委发布的《节能中长期专项规划》中指出：“节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前一项极为紧迫的任务。”在规划中，电力工业的节能被赋予极大责任，在重点行业中电力名列第一。规划中又明确指出：“实施电网经济运行技术，采用先进的输、变、配电技术和设备，逐步淘汰能耗高的老旧设备、降低输、变、配电损耗。”
在当前解决电荒是当务之急，由于我国节电潜力巨大，更应认真贯彻《节约能源法》把电能节约与电能开发并举，把电能节约放在首位方针。贯彻《节能中长期专项规划》节电是当前一项极为紧迫的任务。
从1997年开始我国的发电量和用电量均居世界第2位（仅次于美国），但人均用电量却居世界第86位，仅为世界人均水平的1/3。我国的电耗也是世界上高电耗之国。
近日中国电力报报导中提到：中国目前每万美元国民收入的能源消耗是德国的10倍，万美元国民产值的能耗比大多数低收入国家高出5～11倍，比世界平均水平高2倍多，是世界上产值能耗最高国家之一。回忆起1989年人民日报曾报道过：根据世界有关十个能耗大国的1988年统计资料表明：中国是单位产值能耗最高的国家，每生产万美元产值的能耗是法国的4.98倍，日本的4.43倍，意大利的3.95倍，西德的3.84倍，巴西的3.82倍，英国的2.97倍，美国的2.1倍，加拿大的1.77倍，还是印度的1.65倍。
节能报国 振兴中华
得知中国是世界能耗落后国，做为中国科技人员深感不安，决心为改变能耗落后做贡献，节能是解决能耗落后的途径，创建国际上一流的节能技术为振兴中华贡献自己的终生。
1989年第七届全国人代会上一位代表发言中指出：我国在能耗上就是赶上印度的水平，可节约几亿吨标准煤，几十个大矿务局可以停产，为国家节约大量资源，为子孙后代造福。
1996年4月份中央电视台对八届全国人代会议报道中提到，我国能耗是发达国家的4～6倍（1988年最多是法国的4.98倍）。 经过八年我国在能耗上与发达国家相比，差距不仅没有减少，反而越来越大。 这是为什么呢？这篇报道中又提到，中国能耗落后的原因是：中国能耗的技术含量太低，发达国家降低能耗的技术含量占50％以上，我国能耗技术本来就落后，但我国靠技术节能不到20％，因此，我国与发达国家相比，能耗技术水平越来越落后。
又经过七年到2003年万美元产值的能耗我国却是低收入国家的5～11倍。由此可见我国的能耗越来越高，在世界上越来越落后。其原因何在呢？就是在能源系统中科技含量太低，不能科学用能。
当前我国用电平均增长率超过15％，而相对国民经济增长率仅为9.1％，电力弹性系数接近1.7，而科学的弹性系数应为0.5～0.8。目前我国用能终端能效仅相当于发达国家80年代水平。单位GDP的电耗是发达国家的3～5倍。由于能效低，造成巨大的电能浪费。
据有关资料的统计表明：我国从发电到供电，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）全部的电能损耗约占发电量的30％。这对全国来说一年约有6520亿kWh的电能损耗在运行中的电气设备中，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。但也说明我国电网线损率过高。是世界上产值能耗落后之国。如1997年2月下旬在北京召开的“97高效变压器国际研讨会”上，一位德国专家讲到：“我们德国电网线损率是4.6％，而你们中国是8.7％，相当我们德国五、六十年代水平。
为什么我们中国电网的线损率比德国要落后三十到四十年呢？其原因何在?我认为落后之因是：一是我国电网结构落后，网架薄弱，如电网中老旧高能耗变压器拥有量太大。缺乏调节能力，造成事故率高，线损率高；二是电网运行管理落后，强调安全运行，而忽视经济运行，陈旧的观念和粗放性管理促成线损率过高，总之，促成我国电网损耗大主要原因是，我国城乡电网结构和企业电网结构中及电网运行管理中科技含量太低。
为了保证国民经济高速稳定的发展和人民生活水平的提高，必须依靠高新节电技术提高电网结构和电网运行管理中的科技含量。具体来说，与时俱进走出电网结构中与电网运行中的误区：运行科学发展观构造《安全经济优质型电网》、贯彻《节能中长期专项规划》全面实施电网经济运行。从而达到降低电网损耗目的，缩小与国际上先进水平差距。
由于世界经济的发展大量消耗能源，如石油、煤炭的燃烧，带来全球性环境问题，尤其是大气污染后产生的“温室效应”，已给人类的生存带来了威胁，因此环境问题已成为当今国际社会所关注的焦点。
从1995年开始我国的二氧化碳排放量仅次于美国，居世界第二位。因此1997年把“节约能源，保护环境做为《中华人民共和国节约能源法》的立法目的之一，以实现经济建设与环境保护的协调发展。
进入21世纪，我国能源供需矛盾仍很突出，特别是消耗能源产生环境的污染，使我国更面临节约资源与保护生态环境的新挑战。因此在保证我国国民经济高速稳定发展和人民生活水平不断提高前提下，促进能源合理利用和减少损耗，对保护地质资源和改善生态环境具有重要作用。
2. 构建《安全经济优质型电网》
构建“安全经济优质型电网”，虽然一次性投资有所增大，但是电网的容载比大大提高，因此显著的提高了供电能力，安全供电可靠性及供电质量，特别大大降低了电网运行中损耗，大量节约了供电部门与用电企业的供电成本，并为国家大量节约对发电的投资。
2.1与时俱进走出电网结构中的误区
1）误区产生之因
常规电网设计以近期（5年）最大负载的需求为基础，并以一次性投资最少为优选方案。
按近期最大负载选取变压器容量与变压器台数，按安全电流密度选取电力线路导线的截面与线路的回路数；在供电设备选取上主要考虑满足供电负载的需求与安全运行，而忽视经济运行；以一次性投资最小为优，不考虑供电负载远景（变压器与电力线路寿命期内）发展所需增加的投资。
2）电网现状
按常规电网设计构建的电网，变压器和电力线路的容载比小，因而促成：供电能量不足，一旦出现负载巨增时，由于供电设备过载只能拉闸限电；电网结构薄弱，主要表现在运行方式与负载调整空间小，供电安全可靠性差，供电质量低，由于供电设备负载率高，造成电网损耗过大，这就促成我国的电网损耗在国际上居高之因，也是造成电荒原因之一。
3）走出误区
按系统工程的理论视电网的安全、优质、经济供电是一个系统工程。按电网经济运行的优化理论，与时俱进走出电网结构误区构建安全经济优质型电网。
2.2 树立科学发展观构建“安全经济优质型电网”
电网结构的科学发展观是：在时间上既要考虑近期供电负载对电网结构的需求，更要预测长期负载（供电设备寿命期内）对电网结构的需求；在空间上既要考虑本企业购建电网的经济效益，更要考虑构建电网的社会效益；在水平上运用科技创新功能构建成国际一流的“安全经济优质型电网”，不仅使我国电网运行中的安全、经济、质量指标缩小与发达国家的差距，而是达到国际先进水平，创建国际一流的电力企业。
应用电网结构优化的科学理论对电网结构进行优化组合，并根据电网结构优化的计算式，对电网中老旧变压器淘汰要劣中汰劣，对新型变压器选型要优中选优，按电网经济运行理论优选变压器经济容量和经济运行台数，优选供电线路经济截面与线路经济回路数，对电网中的变压器运行位置与供电线路实现优化组合。
按电网结构的优化理论比原电网结构（常规设计）选取变压器容量要增大和台数要增多，电力线路截面要增大和回路数要增多，因此电网中变压器和供电线路的容载比显著增大（增大1～3倍），运行方式增多，负载调整功能增强，这就促成了电网运行中供电设备负载率显著下降，从而提高供电能力和安全供电可靠性，减少电压损耗提高供电质量，大大降低电网损耗。由此可见，构建“安全经济优质型电网”，虽然一次性投资有所增多，但由于节电降耗幅度大，因此对企业和社会都产生显著经济效益。
企业的经济效益是：构建“安全经济优质型电网”，企业虽然一次性投资有增多，但大量节约无功功率，相当节约电容器的投资，大量节约有功电量，节约年有功损耗的电费。特别是由于电网供电容载比的增大，增加了对负载增大的适应能力，所以延长了供电设备使用的寿命期，从而节约了因负载增加扩建电网所带来的重复性投资。因此，从长远发展目标来评价，构建“安全经济优质型电网”既节约了对电网供电设备的总投资，又能在提高电网安全优质供电基础上，大量降低电网损耗，为供电企业和用电企业创造显著的经济效益，并为缩小与发达国家电网损耗差距做出贡献。
社会经济效益是：构建“安全经济优质型电网”由于大量降低电网损耗，从而减少了社会上建设发电厂的投资。并大量节约了发电的煤炭资源，减少CO2对环境的污染。
2.3加速老旧变压器更新换代
变压器在整个电力系统中是一种应用广泛的电气设备，一般来说，从发电、供电一直到用电，需要经过3～5次变压过程，变压器要产生有功功率损耗和无功功率消耗。由于变压器总台数多，总容量大，所以在广义电力系统中（包括发、供、用电）运行中，变压器的电能损耗占发电量的10％左右。这对全国来说，意味着全年变压器总的电能损耗近2000亿kWh。相当于3个中等用电量省（市）之和。
我国变压器损耗电能为什么如此之大呢？这是由于我国的城乡电网与企业电网中老旧高能耗变压器数量太大之故。如：我国运行变压器社会拥有量中不仅有大量的上世纪六、七十年代老旧变压器，有的老企业还有一定数量的五、六十年代高能耗老旧变压器在运行。由于我国电网中老旧变压器过多，造成电网线损率过高，促成我国电网结构中科技含量不仅远远落后于发达国家，同时也落后于发展中国家。
为什么我国电网中老旧变压器长期超期服役，迟迟得不到更新呢？其原因又何在呢？我国不仅老旧变压器更新速度慢，在整个能源运转系统中，高能耗老旧设备都存在着更新速度过慢。其主要原因是我国耗能设备更新观念落后和管理落后。
我国在耗能设备更新上的习惯做法是老旧设备磨损到不能继续使用，通过大修也难以恢复原有功能时，才进行更新，美其名曰“物尽其用”。这种作法只能看到耗能设备物质磨损，而没有看到它的技术磨损。在老旧耗能设备更新时，对新设备的选型和容量选择上也存在着陈旧观念，往往只考虑一次性投资少，价格低的耗能较高的新型设备。如购置S7型变压器，美其名曰“节约投资”。这种作法忽视了运行中变压器损耗大，造成年运行成本高。
跨入新世纪的知识经济年代，运用科学发展观，要充分认识到设备更新目的不单纯是消除其有形磨损（机械磨损），更主要是为了消除无形磨损（技术落后）。加速老旧变压器更新换代，在变压器更新时对变压器经济容量进行优选，构造成“安全优质经济型电网”，不仅为本企业带来节电效果与经济效益，并为社会做出贡献——节约资源、改善环境。
下面举例说明老旧变压器更新的节电效果，企业经济效益与社会效益。
1）老旧变压器更新要劣中汰劣
当前许多企业中有多台老旧变压器,虽然加速老旧的更新换代能为企业带来可观的经济效益。但由于老旧变压器数量大,不可能在一年内把所有的老旧变压器全部更新掉。必然逐年更新,所以,在多台老旧变压器淘汰中要劣中汰劣。利用电网经济运行专家系统通过定量计算,更换掉损耗最大的老旧变压器,即淘汰技术特性最劣者。即用相同的投入资金取得最大节电效果。
例如:大连化工厂有二台60年代15000kVA老旧变压器,其中1#是1961年产品,2#是1963年产品。按常规必然更新1961年出厂的1#变压器,但通过定量的优化计算,更新1#变压器全年节电64万kWh,而更新2#变压器全年节电134万kWh。由此可见,更新1963年出厂的变压器全年多节电70万kWh。因此在电网改造和运行管理中老旧变压器更新淘汰中,不要完全根据出厂年限,应通过定量计算,做到劣中汰劣。
2）备用变压器不应更新
有些重要用电负载都有备用变压器。备用变压器为保证安全供电，只有在运行变压器故障和检修时才投运。每年运行时间很短，如备用变压器更新，其更新资金30年不能收回。但注意要把老旧变压器上的劣中之优留下做备用和特殊贮备。
例如：辽宁杨家仗子矿务局的松柏、付井、岭前三个乡变电所都有二台老旧变压器，一台运行一台备用，每个变电所仅更新一台变压器投入运行。另一台备用变压器不更新。全年总节电量58万余千瓦时。同时比全部更新变压器节约资金近百万元，并减少了容量贴费80余万元。
3）电炉变压器容量选择的节电降耗
由于电炉变压器过载能力很强，人们习惯选取投资少的容量小的变压器。其结果既浪费了电能，又增加了电费的成本。如根据优化定量计算，把变压器容量增大，即减少电耗又降低成本。
例如：湖南衡阳有色金属机械总厂，把2250kVA电炉变压器更新为3200kVA变压器。全年节电16万多千瓦时，更新设备的投资不到二年即可收回，同时由于容量的增大，又提高了变压器供电的安全可靠性。
4）老旧变压器更新对新型变压器的选择
齐鲁石化公司的一个车间配电所有两台上世纪60年代出厂的6/0.4kV、315kVA变压器分列运行。变压器技术参数及工况负载见表一。
表一 齐鲁石化二台315kVA老旧变压器参数及负荷
根据“参考文献”加速老旧变压器更新换代与更新变压器的型号和容量优化选择的经济运行理论及计算方法。首先确定对这两台老旧变压器进行淘汰，并确定选择S9型的节能型变压器。由于二台变压器负载分别为SA＝308 kVA，SB＝329 kVA，按常规设计仍可选择两台315kVA型变压器。但我们按变压器经济运行理论的计算结果对变压器经济容量进行优化选择。下面分别对315kVA，630kVA的两种不同容量S9型变压器的节电效果与经济效益进行计算，从中择优。新型变压器参数与价格见表二。
表二 新型变压器参数与价格
根据参考文献中计算式分别计算出更新老旧变压器和对新型变压器经济容量选择的节电效果与经济效益见表三。
表三 更新变压器的节电效果与经济效益
—更新变压器企业的投资回收期，年；
—更新变压器社会经济效益的投资回收期，年；
％—节电率（新变压器比旧变压器损耗下降率）；
—变压器寿命期（取25年）内更新变压器的总节电量节约，万kWh；
—更新变压器寿命期内节电的经济效益，万元，取0.5元/ kWh；
—变压器寿命期的企业经济效益是投资的倍数。
按表三中在变压器寿命期内（投资回收后）总的节电效果 与经济效益 优选630kVA变压器。按习惯作法，一般情况下选择二台315kVA变压器。本例选择二台630kVA变压器比选择二台315kVA变压器的投资回收期仅多了0.54年（2.67－2.13）与0.42年（2.35－1.93）。但选择630kVA变压器比选择315kVA变压器具有五大优点：
① 提高安全供电可靠性：二台315kVA变压器的负载率分别为98％、104％。即变压器在满载与轻度超载运行；而两台630kVA变压器负载率分别为49％与52％，变压器在半载运行。
② 互为备用：二台315kVA变压器运行时，当一台变压器检修或故障时，其负载全部停电；而二台630kVA变压器运行时，当一台变压器检修或故障时，另一台变压器可承担全部负载，进一步提高供电可靠性。
③ 提高变压器电源侧的功率因数 3％相当节约电容器投资6千余元。
④ 长远效益好：当选用630kVA变压器，今后当每台变压器增加负载小于315kVA时，不用再新购变压器，节约投资。
⑤ 总的节电效果与经济效益好：更新二台630kVA变压器，在变压器寿命期内（投资回收后）总的节电效果近333万KW.h，总的经济效益节约166万余元，是变压器自身投资的16.6倍。优选二台630kVA变压器比选择二台315kVA变压器多节约总电量115万多KW.h，多创总的经济效益57万余元。
5）老旧变压器更新对变压器经济容量的选择
某化工厂的变电所有一台20世纪60年代出厂的35/10kV、15000kVA老旧变压器长期运行。变压器技术参数工况负载见表一.
表一 老旧变压器参数及工况负载表
根据“参考文献”加速老旧变压器更新换代的理论及计算方法。首先确定对15000kVA老旧变压器必须淘汰，并确定选择S9型节能型变压器。按传统的做法应选取16000kVA变压器为宜，但按“构建安全优质经济型电网”中变压器经济容量优化选择的理论对更新变压器容量进行优化选择。下面分别对选取16000kVA，20000kVA，25000kVA，31500kVA，40000kVA的五种不同容量S9型变压器的节电效果与经济效益进行计算，新型变压器的技术参数及价格见表二。
表二 新型变压器技术参数及价格表
按“参考文献”的公式计算出更新不同容量新型变压器对企业所产生的经济效益，把其计算结果列入表三中。
表三 更新变压器选取不同容量的企业经济效益
—更新变压器全年有功电量节约，kWh；
—更新变压器全年无功电量节约，kvarh；
—更新变压器全年综合电量节约，kWh；
—更新变压器全年节约的电费，万元；
—变压器寿命期（25年）内节约的电费，万元；
—更新变压器的投资回收期，年；
—更新变压器容载比的提高率；
—更新变压器的电压损耗下降率。
按“参考文献”的公式计算出更新不同容量新型变压器对企业所产生的社会效益，把其计算结果列入表四中。
表四 更新变压器选取不同容量的社会效益
ZW—更新变压器为国家节约建设发电厂的投资，万元；
KW—更新变压器的社会节电的经济效益系数；
MJ—更新变压器为社会节约发电全年所需煤炭资源，标煤，吨；
—变压器寿命期（25年）内总的节约煤炭资源，标煤，吨；
HC—节约煤炭全年减少CO2量对环境的污染，立方米；
—变压器寿命期内减少CO2量对环境的污染，立方米。
通过对老旧变压器更新及对新型变压器经济容量的选择的实例计算，可得出如下结论：
① 节电效果显著
由表三中的计算结果得知：随着更换的新型变压器容量增大，节电效果也随着增加，如更换16000 kVA变压器年节约综合电量180余万kWh，而更换40000 kVA变压器，则年节约综合电量近230万kWh。
② 企业经济效益显著
由表三中优选不同容量新型变压器的计算结果得知：全年节约电费81～103万元，投资回收期仅一年左右（0.91～1.28年），变压器寿命期（25年）内总计节约电费2027～2582万元，是新购变压器增加投资的19.8～27.4倍。同时还提高变压器供电质量（电压损耗率降低 ＝6.25％～62.5％），与提高供电的安全可靠性（供电容载比增大率 ＝6.7％～167％）。
③ 社会效益显著
由表四中优选不同容量新型变压器的计算结果得知：企业节电为国家节约建设发电厂的投资123.4～157.2万元，是企业投资的1.23～1.67倍；同时还为国家节约总计煤炭资源15767～20080吨，减少对社会环境污染的CO2排放量总计4733～6023立方米。
综上所述，加速老旧变压器更新换代，并对新型变压器经济容量优选，既大量节约电量，同时又提高变压器安全供电可靠性和供电质量，不仅为企业创造显著的经济效益，同时也为社会大量节约资源和改善环境保护，是利在当代，功在千秋的大业。
2.4对变压器经济容量与电力线路导线经济截面的优选
在电网改扩建中对新型变压器容量的选择，不仅应考虑到变压器容量的利用率来满足安全供电的需求，同时更应考虑到变压器运行效率，按经济运行来选取变压器容量来降低变压器的电能损耗。在设计中按变压器容量利用率和按经济容量时，其结果不一致的。一般来说变压器经济容量来选择容量比按变压器容量利用率来选取容量要大一些。增大了变压器一次性投资，但是运行中减少变压器的无功消耗和有功损失，也就相应的减少电容器的投资和节约了变压器的运行费用，由此计算出变压器容量增大所增加投资的回收年限，并计算出企业节电经济效益和节电的社会效益，择优选取变压器经济容量。
同理在电力设计中对电力线路导线截面的大小，也不应仅考虑安全供电的要求来选取导线的截面，更应考虑电网的经济运行来选取导线截面。虽然一次性投资有所增大，但运行中大量节约电量，投资可短期收回。
由于变压器容量增大与电力线路导线截面的增大降低了供电设备的负载率，提高供电能力与安全供电可靠性，减少电压损耗，提高供电质量。降低电网线损，大量节约电量产生显著的企业效益与社会效益。
下面举例说明变压器经济容量与电力线路导线经济截面优选的节电效果，企业经济效益与社会效益。
（1）双绕组变压器经济容量的优选
某油田的35/10kV变电所的平均工况负载S =7550kVA，负荷率 =80,预计负载增长率 ＝5％，五年后的负载S＝9630kVA，因此设计选择的基准容量为10000kVA，但按变压器经济容量把容量增大。增大后的变压器容量与技术参数见表一。
本例计算时选取KQ＝0.05，KP＝0.1，Jd＝0.45 ，Zcd＝100 ， ＝0.05，JW＝6000 ， ＝25年。
表一 变压器技术参数及购价
根据“参考文献”中相关计算式及其软件，计算出增大容量变压器比基准容量10000kVA变压器的节电效果与企业的经济效益见表二，为社会产生效益见表三。
表二 变压器经济容量选择的企业效益
表中： 参见前边的2.3中例题； —变压器满足供电负载增长需求的年限。
表三 变压器经济容量选择的社会效益
表中符合参见前边2.3中的例题。
对表二与表三中的节电效果与经济效益进行分析优选变压器经济容量，推荐选取以下二个方案。
方案一：选取变压器20000kVA比基准容量10000kVA增大一倍，虽然多投入一次投资21.9万元，但所增加投资仅用一年多（1.18年）即可收回，而变压器寿命期内的节电经济效益为392.3万元，是所增加的投资的21.1倍，同时又为社会节约开发电厂的投资23.87万元，社会节电效益系数KW＝1.28，即给社会创造的经济效益是企业增加投资的1.28倍。并提高变压器供电能力100％，提高供电质量50％。但不足之处是：满足供电负载需求年限 ＝20年，比变压器寿命期25年少了5年。
方案二：选取变压器25000 kVA比基准容量增大1.5倍，虽然多投入一次性投资36.1万元，但所增加的投资不到二年（1.81年）即可收回，而变压器寿命期内的节电效益445.3万元，是所增加的投资13.8倍，因此又为社会节约开发电厂投资27.1万，社会经济效益系数KW＝0.84。并提高供电能力150％，提高供电质量60％。特别是满足供电负载需求年限24年，与变压器寿命25年仅差一年，因此在变压器寿命内又节约了更新变压器的重复性投资，同时又为国家总计节约煤炭资源3463吨，减少CO2对环境污染的排放量1039立方米。
（2）三绕组变压器经济容量的优选
某220/110/35kV变电站的平均工况负载S2=S3=25000kVA，S1=50000 kVA，负荷率 =90,预计负载增长率 ＝5％，五年后的负载S1＝63000kVA，因此设计选择的基准容量为63000/63000/31500kVA，但按变压器经济容量把容量增大。增大后的变压器容量与技术参数见表一。
本例计算时选取KQ＝0.02，KP＝0.04，Jd＝0.45 ，Zcd＝100 ， ＝0.05，JW＝6000 ， ＝25年。
表一 变压器技术参数及购价
根据“参考文献”中相关计算式及软件计算出增大容量变压器比基准容量63000/63000/31500的节电效果与企业经济效益见表二，社会效益见表三。表三 变压器经济容量的节电效果
表三 变压器经济容量选择的社会效益
对表二与表三中的节电效果与经济效益进行分析优选变压器经济容量，推荐选取以下二个方案。
方案一：选取变压器C(120000/120000/60000kVA)，变压器C比基准容量变压器A（630000/630000/315000kVA）虽然多投入一次投资115万元，但所增加投资仅用半年（0.5年）即可收回，而变压器寿命期内的节电经济效益为2894万，是所增加的投资的47倍，同时又为社会节约开发电厂的投资176.2万元，社会节电效益系数KW＝2.78，即给社会创造的经济效益是企业增加投资的2.78倍。并提高供电能力97.5％，提高供电质量47.5％。但不足之处是：满足供电负载需求年限 ＝18年，比变压器寿命期25年少了7年。
方案二：选取变压器E(180000/180000/90000 kVA)，变压器E比基准容量变压器A虽然多投入一次投资345万元，但所增加投资仅二年（2.04年）收回，而变压器寿命期内的节电效益3366万元，是所增加的投资12.1倍，因此又为社会节约开发电厂投资204.9万，社会经济效益系数KW＝0.74。并提高供电能力186％，提高供电质量65％。特别是满足供电负载需求年限26年，与变压器寿命期25年相结合，因此在变压器寿命期内又节约了更新变压器的重复性投资。并为国家总计节电煤炭资源3.7万多吨，减少CO2对环境污染的排放量11225立方米。
（3）电力线路导线经济截面的优选
永川的35kV架空输电线路建设工程，输送功率SP＝11500kvar、 ＝0.85、负荷率rT％＝80、年负荷平均增长率为3％，在设计中经过勘察线路长度为13km,决定采用LGJ型钢芯铝绞线，钢筋混泥土杆塔。需对线路导线截面规格进行优选（T=8700h, Jd＝0.45 ,KQ＝0.1，KP＝0.2，线路的有效使用期限n＝25年）。
根据负荷率可计算出线路的最大负载电流为I＝239A。并进行机械强度、电晕验算后，选取导线截面规格的基准方案为70mm2。在此基础上，还有95 mm2、120 mm2、150 mm2、185 mm2这几种截面规格供优选。各种导线截面的技术参数及投资见表一。
表一 线路导线优化截面的资料数据表
根据“参考文献”中相关计算式计算出增大导线截面比基准截面70mm2的节电效果与企业经济效益见表二，社会效益见表三。
表二 导线经济截面优选的企业经济效益
表三 导线经济截面优选的社会效益
本例从表二与表三中的计算结果得知：选取LGJ－95/15型导线截面比选取基准截面LGJ－70/10型增加投资13万元，追加投资回收期仅0.17年，电压损耗降低率17.9％，每年节约电费78.58万元，节电降耗率33.22％，输电能力可达21000kVA（350A），但适应负荷增长的承载能力只有14.4年，在有效使用期内需进行改造。而选取LGJ－185/25型导线线路追加投资104万元，每年可节约电费181.3万元，节电降耗率达76.64％，仅半年多就可收回追加投资，使用年限内收回追加投资后节电产生的利润达4429万元，因负荷增长产生的节电利润达5542万元，线损率水平最好，电压损失率最低，供电能力31800kVA（525A），提高104％，适应负荷增长 的承载能力大于有效使用年限达28.3年，并为国家节约发电投资277万元，在电力线路寿命期（25年）内节约煤炭资源3.5万多吨，减少对环境污染的CO2排放量10757立方米多，经综合分析优选185/25截面应为首选方案。
2.5 对变压器经济台数与电力线路经济回路数的优选
长期以来在变电站设计中，强调了安全运行而忽视经济运行，以一次性投资最小为原则，因此，仅根据最大负载选择一台变压器，或者二台变压器（一用一备），其结果不仅造成变电站损耗过大，而且安全可靠性与供电能力也有所降低。对此如按变电站的变压器经济运行台数进行优化选择，把变压器台数适当增多，虽然一次性投资有所增加，但是显著的降低变电站的电能损耗，而且也提高变电站供电的安全可靠性，提高了供电能力和供电质量，经济效益显著。
在架空输电线路建设的设计中，除为了供电可靠性的特殊要求而考虑双回或多回线路外，还应该从经济运行节电降耗的角度架设双回甚至多回路并列运行。对于这种同一个架空输电线路建设项目的并列回路数的优选，可以通过建设投资、节电降耗、追加投资回收期的经济性以及安全、可靠性等方面分析比较，作出评价定论。
由于变压器台数的增多与电力回数的增多，是构造“安全经济优质型电网”的基础，虽然一次性投资增加，但由于提高电网的安全供电可靠性，提高供电质量、大量的降低电网损耗，为企业和社会创造显著的经济效益。下面举例说明变压器经济台数与电力线路经济回路数的优选的节电效果、企业经济效益与社会效益。
（1）变压器经济台数的优选
广嘉变电站按原设计方案，根据最大负载S1D＝180000 kVA,选择一台220 kV, 180000/180000/90000三绕组变压器，其技术参数见表一，在此基础上对变压器经济运行台数进行优化选择。
表一 变压器技术参数
本例的180000/180000/90000kVA变压器的价格ZI=760万元/台，增加一台变压器附属设备投资Z2＝380万元，总投资为ZB＝1140万元节约无功电量的电容器价格Zcd=160元/kvar,每度的价格Jd取0.42元/kWh，可按“参考文献”计算式分别计算出优选2台、3台、4台变压器时比单台变压器增加的投资ZB，所产生节电效果与企业经济效益见表二，所产生的社会效益见表三。
表二 变压器经济台数选择的企业经济效益
表三 变压器经济台数优选的社会效益
对以上记算结果进行分析得知：当S1=180000（kVA）时，虽然一台变压器运行已满足供电负载与安全运行的需要，但从变压器经济运行进行分析却是个误区。由表二与表三得知：优选3台变压器为宜，与原来单台变压器相比，虽然增加投资2280万元，但不到4年的时间就可收回，并创造《安全经济优质型》变电站，主要效果有：
① 由于变电站的容载比的提高200％，运行方式的增多，调整负载能力的增强，大大提高了变电站的安全供电可靠性。
② 由于变压器容载比增大，使变电站的电压损耗率下降66.7％，提高供电质量。
③ 节电效果显著，年节约综合电量1069万千瓦时，变压器寿命期（25年）总计节电量2.6亿多千瓦时。
④ 企业经济效益显著，由于节约无功功率24多千乏时，相当节约电容器投资3百多万元，年节约电费359万元，变压器寿命期内节约电费近9千万元。
⑤ 按年5％负载的增长率，三台变压器适应年限为26年，因此节约了变压器重复投资数百万元。
⑥ 为国家节约建设电厂投资732万元，年节约煤炭资源3742吨，变压器寿命期内节约煤炭9.3万多吨，年减少CO2排放量1123立方米，变压器寿命期内减少CO2排放量28065立方米。
（2）电力线路经济回路数的优选
永川的35kV架空输电线路建设工程，输送功率SP＝11500kvar、 ＝0.85、负荷率r％＝80、年负荷平均增长率为3％，在设计中经过勘察线路长度为13km,决定采用LGJ型钢芯铝绞线，钢筋混泥土杆塔。需对线路导线截面规格进行优选（T=8700h, Jd＝0.45 ,KQ＝0.1，KP＝0.2，线路的有效使用期限TB＝25年）。
根据“参考文献”中计算式及应用软件可分别计算出优选双回、三回、四回电力线路比单回电力线路所产生的节电效果与企业效益见表一，所产生的社会效益见表二。
表一 电力线路经济条数选择的企业经济效益
表二 电力线路经济条数优选的社会效益
本例由表一与表二中的计算结果显示出：回路数越多，输电能力成倍数增大、安全性和可靠性也越高、满足负荷增长的能力也越大、电压损耗也越小；但由于建设投资成倍增加致使回收期随之延长。经过综合分析比较：双回线路方案的追加投资180万元、年节约综合电量752.49万kWh、折合年节约电费339万元，追加投资回收期最短，仅0.53年、节电降耗、电压损耗降低程度已达50％，应为首选方案；但双回线路方案适应负荷增长需要的最大年限只有15年。而四回线路为22年（接近架空输电线路的有效使用年限），追加投资回收期也很短1.06年。全年节电量为1130万kWh，年节约电费509万元，线路寿命期（25年）内节电量为2.8亿多kWh，总计节约电费接近1.3亿元，并为国家节约发电投资779.5万元，年节约煤炭资源3956吨，年减少CO2污染量1187立方米。线路寿命期内节约煤炭资源9.9万吨，减少CO2污染量30857立方米。
2.6 电网结构的优化调整
这部分内容选取原稿中的“三.电力设计的节电降耗”（把此题改为“电网结构的优化调整”。前言中共6段，保留第三、四段。后面的8不内容1、2、3、4、5、6、7、8删掉其中1、2内容保留其余6部， 其中3、4、5、6、7、8序号改为（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）。其中二行的结束语改为：
2.7 广电集团优选变压器经济容量的案例
广电集团公司与华南理工大学合作语2003年按“参考文献”优选变压器经济容量的科学理论，对广东省220kV电网中的254台三绕组变压器经济容量进行定量计算进行优选，原254台变压器容量分别为630000kVA、900000kVA、120000kVA、150000kVA、180000kVA、240000kVA。优选后凡是小于180000kVA变压器全部更新为180000kVA变压器，投资回收期最大年限不超过15年。
2003年11月29日，在东莞召开该项目的验收会，笔者应聘为验收会的主任委员，验收会对该项目实施后的效益评估为：
（1）通过技术经济分析，为220kVA变电站变压器容量的选择及配置提供理论依据。从规划角度看，合理选择变压器容量配置方案，可以节约变压器投资。
（2）从运行角度看，按照所计算出的各变电站经济运行负荷区间，调整变电站运行方式，实施变压器经济运行，可以显著降低全网电能损耗。
（3）在安全生产、节能降耗、改善环境、提高劳动生产率和管理水平等方面都产生的直接经济效益和社会效益2004年广电投资数十亿元新增变压器容量2114万kVA。
综上所述，在当前解决电荒之际，能把我国的城乡电网与企业电网改建成“安全经济优质型电网”，为电网的安全优质经济运行奠定良好的基础，其节电潜力巨大，既为企业创造显著的经济效益，同时也创造显著的社会效益。
3. 实施电网经济运行
前面论述了，运用高新技术把我国的城乡电网和企业电网改建成“安全经济优质型电网”。在此基础上实施电网经济运行。电网经济运行节电技术是变压器经济运行技术的拓宽和发展，它包括20个方面百余种节电方法。电网经济运行技术已列入《国家“十五”规划公众建议选编》中，并获得国家计委公众建议奖。
变压器经济运行节电技术已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”已列国家级火炬计划，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，受到企业欢迎。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。
电网经济运行是在确保电网安全运行和满足供电量与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经济调度等技术措施，最大限度地降低电网的线损。
北京中天通达科技有限公司根据电网经济运行技术，成功地开发了《电网经济运行专家系统》EOEsys和《电网经济运行实时分析监测系统》ERAsys节电软件。软件的开发为电网经济运行技术的应用提供了方便快捷的工具，解决了电网经济运行计算繁琐、工作量大的难题；为电网设备运行方式调整，为负载调度决策提供先进的手段和数据依据。
树立供电系统的科学发展观，走出电网经济运行的误区，全面实施电网经济运行，其节电潜力巨大。
3.1 走出电网经济运行误区，节电潜力巨大
长期以来，发、供、用电单位在变压器经济运行方面较普遍地存在着误把浪费当节约的陈旧观念和习惯做法，也就是说在电网经济运行领域中存在者较多的误区。其中主要误区有：误认为小容量变压器接近满载后则大容量变压器运行；误认为一台变压器接近满载后则两台变压器并列运行；误认为变压器效率最高点时的负载率为75％左右（或50％左右）；误认为变压器负载率低于30％是“大马拉小车”；误认为两台相同变压器一台运行一台备用时，可随机选择运行方式，误认为二回线路比一回线路运行损耗小。
走出电网经济运行的误区，其节电潜力巨大。下面引用实例说明。
实例1：大容量变压器比小容量变压器运行节电之例
铁一变有两台三绕组变压器，一台63000/63000/31500kVA，另一台变压器120000/120000/60000kVA，经常负载50000kVA，原运行方式为小容量变压器运行，大容量变压器备用。根据参考文献的公式计算得出临界负载SLP＝11128kVA，因此改为大容量变压器运行，小容量变压器备用。这样全年综合电量节约309万多kWh。
实例2：并列运行变压器经济运行节电之例
广罗变电站有3台三绕组变压器，1号、2号为150000/150000/75000kVA，3号为180000/180000/90000kVA，经常负载200000kVA。按原观念两台变压器接近满载后，再3台变压器并列运行，因此原运行方式为1号与2号两台并列运行，3号备用。根据参考文献的公式算出两台变压器并列与3台变压器并列的临界负载SLP＝118478kVA，因此改为3台变压器并列运行。这样全年综合电量节约742万kWh。
实例3：相同容量变压器优化选择节电之例
抚油变电所有两台31500kVA变压器，1号是老型变压器，2号是新型节能变压器，经常负载S＝25000kVA。按原观念，对两台容量相同变压器的运行方案可随机选择，但为减少新变压器物质磨损，让旧变压器运行新的备用。因此原方案是1号运行2号备用。根据参考文献公式对两台变压器间进行技术特性优劣判断，改为2号运行1号备用。这样，年综合电量节约160多万kWh。
实例4 分列运行变压器经济运行节电之例
内蒙达藏变电站有二台120000/120000/60000kVA三绕组变压器经常负载100000kVA。按原观念一台运行没有满载，不能二台分列运行。根据参考文献计算出两台分列运行与单台运行的临界负载SLP＝6876kVA，因此改为二台分列运行全年节电99万kWh。
实例5：变压器经济负载系数运行节电之例
表1 S7、S9、非晶态变压器技术参数
根据表1中1000kVA三种不同型号的变压器技术参数，用文献1中的式（5）可分别计算出：S7型1000kVA变压器在经济负载系数 =0.5条件运行比在 ＝0.75负载系数条件下运行损耗率约下降7％；S9型1000kVA变压器在 ＝0.4比在 ＝0.75条件下运行损耗率约下降17％；非晶态1000kVA变压器在 ＝0.27比在 ＝0.75条件下运行损耗率约下降36％。
例如淮北矿务选煤厂共有10台变压器，其中主变压器2台，配电变压器，通过调整负载，使10台变压器处在经济区运行，全年总计节电量73万多千乏时。又如鞍钢矿山公司40台配电变压器，通过调整负载使变压器在经济区运行。全年总计节电量78万多千瓦时。
实例6：“大马拉小车“节电之例
山安变电站有一台180000/180000/90000kVA三绕组变压器，经常负载48000kVA（其中S2＝33600kVA，S3＝14400kVA），负载率为26.7％，小于30％，误认为是“大马拉小车“，决定更换一台50000/50000/50000kVA三绕组变压器。
按参考文献2可算出180000/180000/90000变压器的邻居负荷率 =0.14,即临界负载 ＝25200kW，现工况负载S＝48000kVA>25200kVA，也就是说此时采用大容量变压器不是“大马拉小车”，不应更换变压器，根据参考文献可计算出更换小容量变压器后，不仅不节电，反而全年浪费综合电量289万余kWh。由此可见，按定量的计算才能走出“大马拉小车”的误区，不仅节约投资费用，还可以节约每年的综合电量。
实例7：双回线路经济运行节电之例
永川的月亮坡变电站有A、B两回35kV线路供电，总负载为14200kVA，线路A的负载分配系数为0.18，原运行方式为两回线路供电。根据参考文献计算出，当线路A的负载分配系数小于0.65时，应为线路A单回线路供电。本例由二回线路供电改为单回线路A供电，年节约电量478万kWh。
实例8：
实例9
实例10
仅上述10例走出电网经济运行误区实施经济运行全年总计节电2500万千瓦时。由此可见，电网经济运行节电潜力巨大。
注：实例8～10选自原稿四中的4、7、8。
3.2 实施电网经济运行的企业节电案例
全面推广“电网经济运行节电技术”：一是不用物资投资，依靠提高电网运行中的科技含量，对城市电网，农村电网和企业电网中的现有变压器和电力线路运行方式进行择优化和实施电网负载经济调度，最大限度地降低电网损耗；二是充分利用变压器更新资金，电网改建和扩建资金，提高电网结构中的科技含量，达到电网节电降耗的目的。
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30多个省市进行的350多次变压器和电网经济运行的讲座后搜集到的情况）。由于当前全国处于电荒，因此全面推广电网经济运行节电技术具有重大现实意义。
全国已有百余家的供电企业与用电企业推广电网经济运行节电技术，取得了显著节电效果与经济效益。下面选取10个用电企业与供电企业的典型案例。
（1）峰峰矿务局节电案例
河北省的峰峰矿务局全年用电量8亿多kWh，35kV系统共有17个变电所39台变压器，25条35kV进线。35kV系统全年损耗电量1261万kWh,损耗率为1.577％，2001年推广电网经济运行节电技术，35kV系统总计节电量为359多万kWh，损耗率下降到1.187％（下降率0.39％），2002年全年总计节约电费（包括容量电费）383万元。
该局35kV系统的39台变压器中有老旧变压器37台，从2003年开始对老旧变压器更新，2003年更新老旧变压器投资215万元，全年总计节约电费已达424.04万元，更新老旧变压器投资仅半年世界收回。
（2）义马矿务局的节电案例
河南省义马矿务局全年总的用电量为2.4亿kWh，电网损耗率8.75％，年损失电量2100万kWh，2003年推广电网经济运行节电技术，同时对老旧变压器更新和扩建电力线路的回路数，总计全年节约综合电量605万kWh，总计全年节省电费（包括容量电费）310.8万元。更新老旧变压器和扩建线路的投资半年左右时间可收回。
（3）芙蓉矿务局的节电案例
四川省芙蓉矿务局全年总的用电量为1.3亿kW，35kV受电系统有5座变电站13台变压器及线路11条，2003年推广电网经济运行节电技术，同时对老旧变压器更新对变压器经济容量进行优化选择，并对电力线路进行升压改造，全网年节电量为458万kWh，年节约电费203.55万元。改建电网投资不到一年可收回。
（4）大连新船厂的节电案例
辽宁省大连新船厂年用电量为1.1亿kWh，全年在66kV与10kV系统损耗电量568万kWh，2004年推广电网经济运行节电技术，并对电网中变压器运行位置进行优化调整，全年节电量为127万kWh，年节约电费（包括容量电费）为240万元。
（5）淮南矿务局潘三矿的节电案例
安徽省淮南矿务局潘三矿年用电量为4400多万kWh，全年地面系统供电网损耗率为5.54％，损耗电量246万kWh，2002年推广应用电网经济运行技术，并对老旧变压器更新换代与调整变压器运行位置，全年节电量85万kWh，年节约电费62.96万元。
（6）张家口煤机厂的节电案例
河北省张家口煤机厂年用电量为3500多万kWh，供电网损耗率为4.65％，损耗电量为163万kWh，2002年推广电网经济运行技术及对老旧变压器进行更新，使网损率下降到3.89％，年节约电量27万多kWh,全年节约电费40余万元（包括削峰电费）。
（7）济南供电局的节电案例
山东省济南供电局年供电量为80多亿kWh,于2002年实施电网经济运行实时监测系统，全年总计降低网损近千万kWh,年节约网损电费三百余万元。
（8）青岛供电局的节电案例
山东省青岛供电局年用电量100亿kWh,2003年实施电网经济运行实时监测分析系统，全年总计降低网损1000多万kWh，年节约网损电费数百万元。
（9）包头供电局节电案例
内蒙包头供电局年供电量为60多亿kWh,于2001年推广应用电网经济运行节电技术，在10座220kV与110kV变电站实施电网经济运行，全年总计节电1000多万kWh,年节约损耗电费数百万元。
（10）临汾供电局的节电案例
山西省临汾供电局年供电量40多亿kWh,于1998年推广应用电网经济运行节电技术，年节电量200万～320万kWh,相当年节约电费百余万元。
以上10个实施电网经济运行的典型案例均有验收报告，并在有关刊物上发表过文章。
4. 结束语
综上所述，构建“安全经济优质型电网”与实施电网经济运行是具体贯彻党的十六大报告提出：“走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗少、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子。”由此可见，当前应充分利用解决电荒之际，供电企业与大中型用电企业都能全面构建“安全经济优质型电网”，虽然初始投资有所增加，但按中长期规划来分析，还能节约改扩建电网的重复性投资。在构建“安全经济优质型电网”基础上，并能全面实施电网经济运行，由于全国电力系统总损耗30％，其中节电潜力按4％计算，则一年全国可节电869亿kWh,供用电企业全年相当节约电费近400亿元，同时相当建设1600万kW的发电厂，并为国家节约建设电厂开发投资近千亿元，同时每年相当为国家节约煤炭资源2800万吨标煤，并减少对环境污染的CO2排放量840万立方米。由此可见构建“安全经济优质型电网”和实施电网经济运行是利在当代，功在千秋大业。
参考文献：
1. 胡景生等著《变压器经济运行》 北京中国电力出版社1999年。
2. 胡景生主编 《变压器经济运行与能源标准化》 北京中国标准出版社 2001年。
3. 胡景生构建“安全经济优质型电网”系列文章 《电能效益》杂志 国际铜业协会（中国）主办 2005年。
老有所想 为国争光
科学道路多险阻 刻苦钻研攀高峰
节能降耗创一流 为国争光靠科技
老有所为 节能报国
年已古稀患癌症 节能报国志更坚
跋山涉水去节能 报效祖国余生欢
老有所为 振兴中华
炎黄子孙智商高，知识经济走在前；
科技跨入新世纪，智能报国振中华。