輸配電危機1》小動物喊冤!一年電損一部核電機組,配電系統「三相不平衡」才是停電禍首

台電配電系統電量損失,去年已超過50億度。示意圖(資料照,柯承惠攝)

近期區域型停電接二連三,政府雖解釋近10年電力故障事件,已從每年2萬多件降至9000多件,但是沒有揭露的是配電系統線路損失量,近4年是不減反增,去年已達到50.2億度,相當於核一廠1部機組1年的發電量,若加上用戶端損失會更可觀。《新新聞》調查,台電為節省變壓器投資,大量使用燈力併變壓器,造成配電系統「三相不平衡」導致變壓器、馬達等設備耗損,才是區域性停電不斷的主要禍首,而非被當代罪羔羊的「動物侵入」。(系列2之1)

台電線路損失分為輸電系統及配電系統損失,2018年至2021年整體電力系統損失率分別為3.94%、3.86%、3.97%、3.53%,雖然略有起伏,但整體與4年前相比有明顯下降,然而配電系統的損失率在2018年是1.97%,與輸電系統占比相當,2019年起連續3年損失率都超過2%,分別達到2.01%、2.03%、2.02%,去年占比已接近6成,顯示在輸電系統損失率明顯改善下,配電系統損失率卻是有升高趨勢。

近163億元「配電系統強韌計畫」 執行4年未明顯改善

配電系統損失量近4年更是逐年升高,2018年全年的系統損失量是45.8億度,2019年升高至46.6億度,2020年再攀升至48.5億度,去年則是再創新高突破50億度達到50.2億度,若以「容量因數」90%評估,核一廠兩部機組年發電量合計約104億度,等於一年配電系統損失的電量就相當於核一廠一部機組的發電量。

20220401-SMG0035-新新聞-洪敏隆_A近4年台電配電系統損失情況
 

根據台電內部統計,這些年配電系統線路損失主因以配電變壓器及低壓線路(包含接戶線)相關設備損失最多,占比達到50.3%,其次是高壓饋線損失的36%,路燈及違規用電損失約8.6%,二次變電所(主變壓器銅損、鐵損)約5.1%。

諷刺的是,台電從2018年展開「配電系統強韌計畫」,合計5年共投入162.6億元,強調會全面檢視配供電設備,聚焦在更新配電線路設備、強化二次變電所等用電樞紐,以降低故障頻率;但是前4年花大錢的執行結果,配電系統損失量及損失率並未明顯改善,甚至更加惡化。

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原因在於花大錢卻一直沒有針對問題癥結的「三相不平衡」對症下藥,因為配電配壓器及低壓線路相關設備耗損與「三相不平衡」有極大關聯,不平衡時重負荷相電流過大,超載過多,可能造成繞組和變壓器油的過熱。繞組過熱,絕緣老化加快;變壓器油過熱,引起油質劣化,迅速降低變壓器的絕緣性能,減少變壓器壽命,甚至燒毀繞組。

台電強調「三相不平衡」不是為節省變壓器成本

旅美多年的國際電學權威教授陳模星,數年前應宜蘭人文基金會邀請,與台電相關高階主管、國內電學相關學者開座談會,針對台電「三相不平衡」的問題提出批評及建議。

陳模星指出,電力從發電機發出來之後的電壓有三相,這個三相電壓是平衡、對稱的,也就是電壓大小相等及三相電壓的角度各相差120度,但很多原因讓電力從發電端送到用戶端時無法平衡,造成電壓不平衡。陳模星說,其中,台電使用的配電變壓器原來是要用3個,一相1個,三相就是要用3個,但因要節省變壓器的投資費用,台電用兩個變壓器來替代3個變壓器,電學上稱為open delta或是V-V connection。雖然兩個變壓器仍可做為三相供電來使用,但由於只有兩個變壓器,要供應工廠或公司行號等三相馬達的負載,便會造成電壓不平衡。

燈力併供變壓器被認為是三相不平衡原因之一。(台電提供)僅供洪敏隆稿件使用
燈力併供變壓器被認為是「三相不平衡」原因之一。(台電提供)

台電做法是當同時有單相 110/220V(家庭用電:如電視、冰箱及吹風機等)及三相三線220V(營業用電:如大型冰櫃、車床等)用電需求地區,採用燈力併供變壓器組(V-V接線)以供應單相及三相用電。

台電解釋這種利用三相及單相負載之參差率,降低變壓器的裝置容量,可以發揮設備最大效率,並強調不是為了節省變壓器的成本,是因為台灣面積小,居住人口密集,倘使用3具單相變壓器或1具三相變壓器(體積大且重)供電,對於人行道、道路及公園等環境與景觀勢必造成重大衝擊,且大樓地下室通道寬度必須配合加大以供搬運,在寸土寸金的台灣似乎不可行。

然而,隨著用電需求及負載持續升高,全國上百部電廠發電機組要透過台電累計布建超過1萬條的饋線、近40萬公里配電線路,以及144萬具變壓器、146萬個供電開關設備與314萬根電桿,將穩定電力順利送達每一個用戶家中。台灣採用的過時變壓器及饋線管理系統與先進國家落差已日益加大,造成配電系統三相不平衡情況越來越嚴重,台電實際供電電流最高是到100A(安培),但是2020年台電24個區營業處饋線三相電流發生大於100A者,有20個區營業處共1575條,比率約占所有饋線16%,其中有89條甚至超過300次,顯示饋線電流較高情形越來越普遍。

電壓不平衡率若能降到最低,就能省下一座核電廠發電量

陳模星批評,台電供應給用戶電壓不平衡的電能,也會造成用戶端的損失,用戶損失的電還要照繳電費給台電,實在很不合理。陳模星說,改善電壓不平衡率的方法並不是沒有,運用資訊科技等智慧電網,量測電壓、電流、用戶用電量等即時資訊,即時切換饋線負載或電容器等方式,讓電壓不平衡率降下來以節省電能,都是可以做的。「就像自來水公司漏水率不去改善,拚命要蓋水庫,有道理嗎?」陳模星表示,若電壓不平衡率可以降到最低,這些地裡流的、天上流的電甚至可以省下一座核能電廠的發電量。

不只是用戶端因為三相不平衡「被吃掉」仍要繳流失電量的電費,三相不平衡也影響用戶端設備。台電委外所做相關研究結論顯示,三相電壓不平衡率1至2%,對用戶的三相感應電動機(馬達)損失約增加0.7%至0.86%。台灣科技大學電機系特聘教授陳在相指出,用電設備端損失較大是馬達,尤其是工業用電,因為三相不平衡沒有做好,不能用額定運轉,會有異音及噪音震動等影響,相對造成壽命降低。

20220401-SMG0035-新新聞-洪敏隆_B配電系統三相不平衡造成影響情形
 

事實上,台電為瞭解及釐清饋線電壓與電流三相不平衡程度,2017年2月就成立「電力系統不平衡改善小組」,邀集專家學者提出診斷及精進建議,至今已召開10多次會議,且2018年曾編列約700萬元分別委外辦理「配電系統三相不平衡分析及諧波影響」及「燈力併供變壓器對配電系統及用戶影響」等研究案,在研究報告中曾提出短、中、長期作法。

其中短期針對三相不平衡較為嚴重的配電饋線中性線電流大於100安培,列為必須限期完成改善之對象;中期作法建議推動導線及變壓器相別普查量測與標示,並修正圖資系統變壓器相別屬性;長期則建置智慧電網設備管理系統,蒐集線路運轉電流,應用大數據分析,支援三相不平衡改善等。然而,包括專家會議建議及研究案報告結論,台電都未採取積極改善作為。

「三相不平衡」影響再生能源能否穩定供電

除了電量流失及設備故障頻傳等問題,這也影響再生能源能否穩定供電。2017年工業技術研究院受經濟部能源局委託執行的〈高占比再生能源併網政策研究與技術推動計畫〉報告也指出,台電做法雖有效降低配電變壓器的設置投資成本,但也增加配電系統不平衡的程度。當電力系統的不平衡程度達到或超過相關標準時,將可能使系統無法允許更多的再生能源併入,對再生能源的發展構成阻礙。

〈高占比再生能源併網政策研究與技術推動計畫〉結論也提到,利用改變變壓器相別連接方式,才可有效改善系統的不平衡量,平衡各匯流排的電壓及線路電流,減少系統的不平衡因子。

審計部109年度(2020年)決算報告,以2020年度平均每度發購電成本1.9778元估算,配電系統近幾年每年平均線路損失約為92.97億元,顯示配電系統三相不平衡將造成台電與用戶端變壓器、馬達等設備損耗及配電高低壓線路損失增加,並進而流失輸送之電力,要求台電儘速研謀有效改善對策。

近期區域性停電不斷,台電人員出勤維修壓力甚大。(台電提供)僅供洪敏隆稿件使用
近期區域性停電不斷,台電人員出勤維修壓力甚大。(台電提供)

監委田秋堇、趙永清認為,審計部報告僅計輸電系統及配電系統之線路損失量,若包括用戶端之損失量,問題應更為嚴重,因此去年(2021)下半年已申請自動調查。

台電表示,已研擬「配電系統饋線三相不平衡改善執行要點」並成立改善專案小組,採購相別量測設備,自111年起全面執行改善工作,以6年為目標。另為降低變壓器V-V接線方式造成三相不平衡影響,已依專家學者建議,規畫將工業區負載較重電力用戶且空間足夠場所進行改接,去年下半年已完成初步統計,將辦理採購三相變壓器並撥配區營業處,逐步聯繫用戶安排停電工程改接,提升配電系統運轉效能。

配電系統不只設備出問題,而是管理系統落後及不足

不過,專家點出配電系統不只設備出問題,而是整個管理系統非常落後及不足。未對外公開的「配電系統三相不平衡分析及諧波影響」研究報告指出,利用配電設備相別量測系統,執行變壓器及四路分歧線導線相別之現場量測及比對,發現有變壓器相別屬性資料與現場設備實際相別資料並不一致。

另外在專家會議,也有專家點出台電曾針對大於100安培之饋線進行調整,但效果欠佳主因是圖資資料不足,顯示台電配電圖資系統登載配電變壓器及分岐線之相別資料正確性有待加強。

陳在相強調,要改善三相不平衡還是要有完善的管理及圖資系統,怎麼改善已有方法及技術,台電也都知道該怎麼做,就看有無決心落實,他呼籲台電必須要有更高層級負責管理,避免形成多頭馬車,且系統性問題第一步是鑑定相別,且四季負載不一樣,管理必須有決心、有效、有序逐步去做,才能真正解決三相不平衡問題,電力供應才能更加穩定。

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 *作者為自由撰稿人

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