電力工程10kV配電設計中的節能措施研究

曹 倩 劉 峰

（徐州市三新供電服務有限公司邳州分公司）

0 引言

在中國社會經濟快速發展的背景下，用電需求不斷增加。但在電力供應過程中，由于受到各種因素的制約，電力能源浪費現象非常嚴重，不僅與我國綠色節能發展理念背道而馳，而且對我國社會經濟可持續發展不利。配電網系統對我國經濟和社會發展具有極其重要的推動作用，施工單位在開展日常施工作業時，經常需要結合實際情況合理選線，并根據相關數據參數應用配電線路，這不僅可以有效減少施工單位成本支出，還可以為我國社會發展做出極其重要的貢獻。

1 節能在電力工程10kV配電設計中的重要性

在我國社會經濟快速發展的背景下，我國對電力資源的需求也在大幅度增加，不僅造成了我國電力企業壓力的大幅度提升，也使得電力工程建設過程中的一些問題日益凸顯。經過有關研究發現，目前我國在電力建設中存在著很多不足，這些不足直接造成了我國電能利用率很低。針對這一情況，在我國社會經濟發展過程中，需要重視對能源利用率的提高，并采取合理高效的節能措施來解決電力工程中出現的各類問題。

現階段我國電力系統中，10kV配電線路由于存在覆蓋面積廣、線路較長、設備性能參差不齊等諸多問題，在實際應用和工作中存在著電能耗損嚴重等現象，直接嚴重影響著我國電力資源利用率，不利于綠色、節能、減排理念在我國的推廣。正因如此，我國應加強對10kV配電設計中節能措施的運用，切實降低電能耗損這一難題，真正達到長期節能降耗的目的，推動我國社會經濟穩步發展［1］。在實際開展相關工作過程中，有關工作人員要根據現階段我國電力行業中的實際狀況，采取合理高效的節能措施來優化10kV配電設計方案。努力把節能措施貫穿到10kV配電設計各個環節中，極大地提升節能工作效率與質量，促進電力資源利用率提高，切實把綠色節能可持續發展戰略落到實處。

將10kV配電線路更換為大截面的導線，能夠有效降低線路的電阻，滿足供電需求，既保證輸送負荷不變，又能實現節能降耗，功率損耗的計算公式為：P＝3I2R×10－3，將換線前電阻設為R1，換線后電阻設為R2，則降低的功率損耗百分比為：P%＝（P1－P2）／P1×100%＝3I2（R1－R2）×10－3／（3I2R1×10－3）×100%＝（1－R2／R1）×100%。

假設每千瓦時電價是a元，不同截面電纜每米的價格相差b元，增大導線截面之后，減少的電費M和增加的投資N分別是：M＝Wx×a（元），N＝b×L（元）。其中Wx是有功電能損耗的下降值，L是電纜長度，使用四芯電纜進行埋地敷設。計算出電流在環境溫度30℃時的載流量。增大截面后節約的電能見表1。

表1 增大截面后節約的電能

2 電力工程建設10kV配電設計現狀分析

10kV配電網絡作為全電的末端環節，其變壓器數量眾多，輸電線路密布，線路錯綜復雜，其網損在全電中占有較大比重。要想達到降低變壓器能耗的目的，最重要的方法就是優化配電線路和做好變壓器的選擇。從10kV配電系統設計中可清楚地看到，一方面有些配電站沒有把它布置在負荷中心位置上，這樣不僅會導致供電距離的延長，而且還會損壞供電線路，降低供電效率和供電質量。另一方面，一些電廠過于簡單地追求電力供應的實時性，而忽視了正確選取變壓器的容量，所以若選擇大容量變壓器，工作時線路中會有迂回問題產生，這將導致電能浪費嚴重的結果。加之配電線路沒有得到合理排布，會導致相關損失，具體如下：

（1）輸電線路損耗起伏大，管理和防控能力不強

例如配電網網架結構過弱，電網互聯互通能力不足，再者，由于沒有對變電站配網線路進行有效、必須的支撐，這就很容易造成配網運行中的電能浪費。除此之外，還有一些輸電線路老化嚴重，與此同時，也存在著大量的配電變壓器容量與用電負載不匹配的問題，當負荷發展到一定水平后，需要提高變壓器容量，而變壓器容量的提高將造成經濟損失。

（2）功率因數過低，造成電能損失

輸送功率時功率因數過低，會使電能流失，供電線路損耗加大，為了降低損耗，需要加大線路橫截面積，但這會使成本提高。

（3）發生了較為嚴重的局部竊電情況

整個社會用電環境仍需加大整頓力度，個別動力戶、商戶繞表布線，私自改變計量倍率和布線方式，或者私自改變計數器變速比等，導致電流電壓短路、開路的結果，也因此對供電企業線損率乃至經濟利益產生直接的影響。

3 電力工程10k V配電設計節能措施

在進行電力項目的施工過程中，在10kV配電設計中，應該主動地將節能措施貫徹到實際工作中，在實際工作中，應該從供電線路、變壓器以及其它相關的各個環節來貫徹執行，從而推動電力工程穩步發展。

3.1 遵循設計基本準則

電廠供配電系統電氣設計若離開了基本準則，即使再先進可靠，也不合理，所以工作人員在進行設計之初就應該根據電廠的實際狀況進行設計，在供配電系統電氣設計中采用失效模式分析方法，針對檢測出的可能存在的隱患與問題進行防范，認真地思考各種影響因素的應對措施，從而減少了設計失誤，提高了電路的設計質量。一般而言，電站供配電系統電氣設計應該遵守如下幾個原則：以人為本的安全性原則。任何項目設計無論其大小及是否重要，都建立在安全這一基本前提之下，如果安全很難得到保證，效益也就無從談起。所以，電廠外部工作電壓設計值應該小于人體安全電壓，并保持穩定，這樣，在系統出現故障后以便于工作人員安全地進行檢修維護工作。對電氣設計的控制系統來說，既要能夠對整體及部分系統進行有效地控制，又要有出色且可靠的切斷功能，以確保電路的安全操作。當前電廠已經陸續使用智能化電氣設備，盡管其性能與效率都有顯著提高，但是同時也會加大成本支出，因此，電氣設計過程中應當以不降低設備功能與要求為前提，在電氣設備選型上綜合權衡、優化部署，盡可能選用性價比較好的設備，以達到以最少的投資獲得最大收益的目的。環保節能原則。電氣系統在運行過程中不僅要有能源作為支撐，同時還會造成一定程度的污染，因此為了響應我國節能環保理念，就必須選擇低功耗、少污染的電氣設備，通過節約電能來降低污染和增加電廠供配電電氣系統的綜合效益［2］。

3.2 配電線路設計的合理性

10kV配電線路實際工作中所造成的線路損耗占總電能損耗的比重較大，所以在10kV配電線路的設計部分，具有較廣泛的節能空間，線路設計時注重高效合理的節能措施可以顯著提高10kV配電系統節能效果。

線路設計節能措施可從兩方面進行，即增加電纜橫截面積和使用節能型輔助手段。第一種方法通過相關測損試驗認為，在相同的環境溫度和相同的電纜型號條件下，由于增加了電纜截面面積，電纜的長度呈下降趨勢，因而可以獲得較好的節能效果。第二種方式則以使用節能器為主，輔助提高配電網的節能率。使用懸掛線卡、抗張線夾、并溝線卡、抗沖擊錘子和與電線相連接的鐵磁金屬，在磁場的影響下，很可能會出現磁滯損耗和渦流損耗，如果情況比較嚴重，還會對電線產生破壞。因此，在選擇必要的電力系統金具的時候，應當優先選擇低磁或者無磁類型。另外，利用適當的方法架空電力線路絕緣導線，還可以增加電力供應的穩定性，從而達到促進電力效率提高的效果。使用該方法可以有效地節約電力系統的線路空間和方便部分線路的通過，同時可節約線路材料的使用量，降低供電間斷的數量，還利于后期電力維保［3］。

3.3 變壓器的節能

變壓器是10kV配電系統中的核心部件，其在實際使用過程中需要耗費大量電力資源，因此強化變壓器節能設計刻不容緩。電力企業應注重節能型變壓器的選型使用，當前國內較受歡迎的節能型變壓器大致分為非晶合金變壓器和超導變壓器兩大類。非晶合金變壓器所采用的材質主要是非晶合金材料，這種材質在具體應用時可以在很短時間內冷卻1300℃高溫鋼水，將其溫度降至200℃以下而極速固化金屬原子，所以相對于一般硅鋼材料，非晶合金材料有較大的節能優勢。非晶合金和硅鋼性能比較見表2。

表2 非晶合金與硅鋼的性能對比

由表2數據可見非晶合金材料軟磁特性較高，比一般硅鋼變壓器尺寸小、能耗少，同等條件下，它空載能源消耗量僅為一般硅鋼變壓器空載能耗的20%。此外，單相非晶合金變壓器在具體的制作中主要采用框形結構，三相非晶合金變壓器在具體的制作中主要采用4個框形結構相結合的方式（如圖1所示）。在10kV配電設計中采用此類非晶合金變壓器可大大提高10kV配電系統的節能效果［4］。

圖1 三相非晶合金變壓器鐵心結構圖

3.4 采用無功補償技術和合理的網絡結構布置

為達到節能的目的，10kV配電設計也可采用無功補償的方式，該方式包括如下兩種形式：一種是就地平衡，即在母線的內側布置并聯電容器，并對電容補償柜進行設計和安裝，以此為基礎達到節能的目的；另一種是就地單獨補償，可用于復合較多電氣設備。在此基礎上，還要合理地布置網絡結構，電路安裝中應注意電力設計安裝等內容。在供出相同負荷時，電纜橫截面積較小時線路的消耗較大。電源應盡可能地設計到負荷的中心位置，當計算負荷中心時，應使兩側的負荷距離相同。因此，在電線布局設計時，應盡可能使電線間保持一定間距。特別對于城鄉配電網而言，應盡快解決這一供電問題，減少因不合理供電方式所形成的網絡損失，并以此為基礎達到節能的目標，推動我國電力事業穩步發展［5］。無功補償示意圖如圖2所示。

圖2 無功補償示意圖

4 結束語

總之，在我國城市化進程不斷發展中，城市配網建設和農村電網建設水平都有顯著提高，對改善用戶工作和生活水平有著重大意義。電力工程節能減排工作主要是從10kV配電網入手，而解決其配電網能耗損失量較大以及配電設計當中怎樣進行節能的問題則是當前我們要關注的重點。電力事業對社會經濟發展起著至關重要的作用，它關系到各個領域、各個產業的順利發展。而電力系統中配電線路設計質量的好壞將直接關系到電力工程質量水平的高低，所以需要綜合考慮其設計重點，從而確保配電線路能夠得到有效運用，順利進行。