電力工程供配電設計節能技術和措施

胡晗 孟家存

摘要：

本文就促進供配電設計中節能技術使用的重要性、電氣設備選擇、照明節能設計以及節能技術在供配電設計中的應用進行了詳細的探討。

關鍵詞：電力工程 供配電設計節能技術措施

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

一、供配電設計中節能技術使用的重要性

在供配電的設計中加入節能技術，主要是從節約資源的角度出發，以處理好資源和環境與社會經濟友好發展的關系，從而為人類營造更好的生活環境。節能技術在供配電設計中的使用，可以有效提高單位電量的使用率，從而不斷提高電能的優化配置率。要知道，現下無論是哪個國家，電能的使用率都是相當高的，主要是因為其使用面積非常的廣，可使用的點非常的多，才導致了電能使用量巨大的局面。各國近年來，為提高本國的發電能力，也為減少對已有資源的過度開采和使用，都在不斷的開發新能源，采用新技術。而在供配電設計中采用節能技術，來減少能源的浪費和過度使用，也不失為一個行之有效的節能方法。

在供配電設計中加入節能技術，是在工程的建造初期便將節能工程考慮入內，然后在工程的建造過程中，結合實地情況，提高節能技術的使用率，從而促進資源的合理利用的一種方法。近年來，這種方法在社會各行各業中的使用率不斷提高，而這也因為是從全人類的根本利益出發的節能方法，逐漸受到了社會各界人士的重視。

二、供配電系統總體規劃方面的節能措施

供配電系統總體的規劃設計,應充分考慮負荷容量、供電距離及分布、用電設備特點等因素,做到系統盡量簡單可靠,操作方便。變配電所應盡量靠近負荷中心,以縮短配電半徑,減少線路損耗。合理選擇變壓器的容量和臺數,以適應由于季節性造成的負荷變化時能夠靈活投切變壓器,實現經濟運行,減少由于輕載運行造成的不必要的電能損耗。

1、供電電壓等級與節能

根據負荷容量、供電距離及用電設備等因素,合理設計供配電系統和選擇供電電壓等級。供電電壓越高則線路電流越小,線路上損耗的電能就越少。

變電所應盡量靠近負荷中心以縮短供電半徑、減少線路損失,在供電電壓的范圍內提高供電電壓的等級,可以達到節能的目的,但卻要增加投資。對此,必須進行方案的經濟比較。供電電壓與負荷大小、輸送距離有一定關系。

2、線路設計的選擇與節能

輸電線路有架空線路與電纜線路兩種,導線電纜的截面選擇過大,雖然可以達到節能的目的,但卻會增加投資；選擇太小又會影響可靠運行,縮短使用壽命,帶來安全隱患及經濟損失。

設計時架空導線截面應按經濟電流密度合理選擇,較長距離的大電流回路或35kV以上的高壓電纜,應選擇經濟截面。

線路設計時應遵循減少線路損耗的原則。配電線路有電阻,有電流通過時會產生功率損耗,其公式為:

△P＝3I2R?10-3

式中: △P―――三相輸電線路的功率損耗(kW)；

I―――線電流(A)；

R―――線路相電阻(Ω)。

其中,“R”線路電阻在通過電流不變時,線路長度越長則電阻值越大。如果一個工程線路上下縱橫交錯,對于一般工程線路總長不下萬米,大工程更長,造成的電能損耗是相當可觀的。所以,減少線路能耗必須引起設計人員的足夠重視。在具體工程中,線路上電流一般是不變的,要減少線損,只能盡量減少線路電阻。線路的電阻R＝ρL/S,即與導線電阻率ρ、導線長度成正比,與導線截面S成反比。因此,要減少電阻值應從以下幾個方面考慮:

1)盡量選用電阻率ρ較小的導線,如銅芯導線較佳,鋁線次之；

2)盡可能減少導線長度。在設計中線路應盡量走直線少走彎路,在低壓配電中盡可能不走或少走回頭路,變電所應盡可能靠近負荷中心；

3)增大導線截面積。對于較長的線路,在滿足載流量、熱穩定、保護配合及電壓降要求的前提下,在選定線截面時要加大一級線截面。這樣雖增加了線路費用,卻因節約能耗而減少了年運行費用,綜合考慮節能經濟時還是合算的。

3、變配電設計方面的節能措施

1）合理選用變壓器

變壓器是電壓變換設備, 廣泛應用于電力系統,特別是10kV 和35kV 電壓等級的變壓器,在電力和配電系統中普遍使用,數量巨大。據估計,目前在電網上運行的10 kV 和35kV 級變壓器約有10 億kVA 以上。由于使用量大,運行時間長,變壓器在選擇和使用上存在著巨大的節能潛力, 特別是量大面廣的10kV 和35kV 級變壓器。因此,選擇變壓器時,應選用低損耗節能型變壓器,如S系列或S10系列、S11系列。對于高層建筑、地下建筑、化工等單位及對消防要求較高場所,宜采用低損耗節能型干式電力變壓器(SG10、SG11、SC6 等系列) 。對電網電壓波動較大,為改善電能質量,可采用有載調壓電力變壓器。

2）多采用變頻設備

變頻器節電可以從4個方面節電:第一,軟啟動,一般交流電動機的啟動電流為電動機額定電流的6～7倍,變頻調速啟動電流不超過電動機的額定電流。第二,節省設計冗余,一般設計都按照使用時的極端條件,因而都留有設計冗余,有的余量很大,形成大馬拉小車。變頻調速可以把這部分冗余節省下來。即負載變化時,變頻器進行調速,電動機輸出的軸功率相應變化。第三,調速節電,電動機軸上的輸出功率和轉速及負載轉矩之間的關系如下式:

P＝TN/97.4

式中: P為電動機軸上的輸出功率； T為負載轉矩； N為電動機轉速。轉矩按平方降低特性的電動機如風機泵類, T∝N2，P∝N3,由此可知,轉速下降,軸功率變小,這是變頻調速的主要節電原理。以一臺75kW的鍋爐引風機為例,采用變頻器后,節電相當可觀。數據表明:應用變頻調速裝置其節電率可達到50%左右,并且風機所需風量越低,應用變頻調速節電效果越好。第四,功率因數高,一般在0.95以上,節省無功,減輕了變壓器的負擔。

4、提高供配電系統的功率因數

功率因數提高了, 可以減少線路無功功率的損耗,從而達到節能的目的。前面提到的輸電線路損耗△P 中包含了線路傳輸有功功率時引起的線損和線路傳輸無功功率時引起的線損。傳輸有功功率是為了滿足設備功能所必須的,是不變的。而在供配電系統中的某些用電設備如電動機、變壓器、燈具的鎮流器等都具有電感性,會產生滯后的無功電流,它要從系統中經過高低壓線路傳輸到用電設備末端,無形中又增加了線路的功率損耗。然而,這部分損耗是可以避免的, 可以通過以下兩種方法來降低損耗:

(1) 減少用電設備無功損耗,提高用電設備的功率因數。在設計中, 應盡可能采用功率因數高的用電設備,如同步電動機等,電感性用電設備可選用有補償電容器的用電設備(如配有電容補償的熒光燈) 等。

(2) 用靜電電容器進行無功補償。電容器可產生超前無功電流以抵消用電設備的滯后無功電流,從而提高功率因數。

5、照明設計方面的節能措施

照明節能設計應提倡綠色照明。綠色照明并不只是照明節能,而是在有益于提高人們生產、工作、學習效率和生活質量,保護身心健康的基礎上達到節約能源、保護環境的目的。因此,照明節能設計就是在保證不降低作業面視覺要求、不降低照明質量的前提下,力求減少照明系統中光能的損失,從而最大限度的利用光能。通常照明的節能措施有以下幾種:

(1) 充分利用自然光,這是照明節能的重要途徑之一。在設計中,電氣設計人員應多與建筑專業配合,做到充分合理地利用自然光,使之與室內人工照明有機地結合,從而大大節約人工照明電能。

(2)《照明設計規范》規定了各種場所的照度標準、視覺要求、照明功率密度等。照度標準是不可隨意降低的,也不宜隨便提高。要有效地控制單位面積燈具安裝功率, 在滿足照明質量的前提下一般房間(場所) 應優先采用高效發光的熒光燈(如T5、T8 管) 及緊湊型熒光燈；高大車間、廠房及室外照明等宜采用高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等高效氣體放電光源。

(3) 推廣使用低能耗、性能優的光源用電附件,如電子鎮流器、節能型電感鎮流器、電子觸發器以及電子變壓器等,公共建筑場所內的熒光燈宜選用帶有無功補償的燈具,緊湊型熒光燈優先選用電子鎮流器,氣體放電燈宜采用電子觸發器。

結語:

綜上所述，在資源總量不斷減少、環境問題日趨突出的新形勢下，將供配電節能設計不僅是實現節能減排的必然選擇，也是保護環境、促進發展的必然要求，故我們應基于合理的規劃，優化供配電線路布置和電氣設備、用電裝置的選擇，以此提高節能效果，為經濟持續發展貢獻一份力量。

參考文獻 ：

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