供配電設(shè)計(jì)中的節(jié)能方法和措施初探

摘 要：在供配電設(shè)計(jì)中，正確合理地運(yùn)用節(jié)能方法和措施有助于改善我國(guó)能源緊張的局面，也有助于促進(jìn)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定健康發(fā)展?？梢?jiàn)，注重能源節(jié)約問(wèn)題具有重要意義，并且已經(jīng)成為了全球關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文主要從供配電系統(tǒng)總體規(guī)劃、供配電線路的設(shè)計(jì)以及電器設(shè)備選擇三個(gè)方面詳細(xì)論述了我國(guó)供配電設(shè)計(jì)的節(jié)能方法和措施，以期為供配電設(shè)計(jì)提供價(jià)值性的參考。

關(guān)鍵詞：供配電設(shè)計(jì) 節(jié)能方法 措施 探究

中圖分類號(hào)：TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（a）-0091-01

科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度也在不斷加快，在世界范圍內(nèi)能源的使用率不斷升高，能源問(wèn)題已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)話題。據(jù)相關(guān)資料顯示，中國(guó)能源消耗的總量在2009年已經(jīng)超過(guò)美國(guó)躍居為世界消耗能源量最多的國(guó)家[1]。在這樣的發(fā)展大背景下，本文主要對(duì)供配電設(shè)計(jì)中的節(jié)能方法和措施進(jìn)行了詳細(xì)地探討和論述。

1 供配電系統(tǒng)總體規(guī)劃

在設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)的總體方案時(shí)，應(yīng)綜合考慮多種因素，主要有負(fù)荷性質(zhì)、用電設(shè)備特性、用電容量、供電距離以及負(fù)荷分布等因素，然后選擇合理的電壓等級(jí)，進(jìn)而設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的配供電系統(tǒng)方案。在節(jié)約電能和投資成本方面，可以采用簡(jiǎn)化接線和減少配變電級(jí)數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)。在確定變壓器的臺(tái)數(shù)和容量時(shí)，需要考慮到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和負(fù)荷特點(diǎn)的實(shí)際情況，對(duì)于那些受晝夜和季節(jié)性影響較大的負(fù)荷，在確定變壓器的容量時(shí)，需要將負(fù)荷計(jì)算出來(lái)并考慮經(jīng)濟(jì)和技術(shù)因素。

通常，供電電壓值和線路電流值成反比，即線路的電流越小，供電電壓越高。線路上的電流越小，線路上電能的耗損量就越小。在減少線路上的電能損耗方面，總變電所和配電所還可以采取減小與負(fù)荷中心的距離和減小供電半徑的方法來(lái)達(dá)到降低電能損耗的目的。在供電電壓的范圍內(nèi)，利用提高線路的電壓等級(jí)的方法也有助于減少電能的損耗。然而在提高線路電壓等級(jí)的情況下，電氣設(shè)備也需要提高絕緣性能，這樣就提高了投資成本。所以，這種方法需要在經(jīng)濟(jì)技術(shù)對(duì)比較為合理的情況下才能實(shí)施。

一般情況下，輸電網(wǎng)的總干線使用的電壓等級(jí)是500 kV、220 kV以及330 kV，相鄰電網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)線大多也是采用這樣的電壓等級(jí)；二級(jí)輸電網(wǎng)采用的電壓等級(jí)通常為220 kV和110 kV；城鄉(xiāng)配電網(wǎng)和大型工業(yè)企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)中的電壓等級(jí)一般采用35 kV。較低一級(jí)比較常用的高壓配電電壓為10 kV，但是如果負(fù)荷中高壓電動(dòng)機(jī)占有很大的比重時(shí)，采用6 kV的配電方案是比較經(jīng)濟(jì)合理的。以某冶煉廠為例，該廠中高壓電動(dòng)機(jī)總?cè)萘亢拓?fù)荷數(shù)量所占的比例非常大，該企業(yè)在選擇電壓等級(jí)時(shí)將這一因素進(jìn)行了深入地分析，最終選擇了110 kV/6 kV的變配電方式。另外，各級(jí)電壓等級(jí)和相對(duì)應(yīng)線路輸送能力之間的關(guān)系（見(jiàn)表1）也是在設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)總體方案中確定電壓等級(jí)需要考慮的因素。

注：供配電線路的輸送能力受到多方面因素的影響，主要有導(dǎo)線的敷設(shè)方式、導(dǎo)線截面、導(dǎo)線的排列方式、工作溫度、功率因數(shù)以及導(dǎo)線間的幾何間距等，標(biāo)準(zhǔn)列出的數(shù)據(jù)僅表示大概范圍。

2 供配電線路的設(shè)計(jì)

電力線路按結(jié)構(gòu)可分為兩大類：架空線路和電纜線路。金屬導(dǎo)線的功能就是為輸電線路傳輸電能，然而導(dǎo)線存在一定的電阻，因此輸電線路在輸電過(guò)程中總會(huì)出現(xiàn)一定的功率損耗。以下為三相輸電線路的功率耗損的公式：

△P=3I2R×10-3=×10-3

式中：△P為三相輸電線路的功率消耗；I為線路電流；R為輸電線路中每相線路的電阻；P為輸電線路輸送的有功功率；U表示電壓；cosφ為輸電線路的功率因數(shù)。由公式可知，輸電線路的功率消耗和輸電線路的電壓、功率因數(shù)以及輸電線路的電阻有密切的關(guān)系。當(dāng)負(fù)荷功率數(shù)值不變時(shí)，輸電線路上的耗損功率和功率因數(shù)的平方成反比，和電壓的平方也成反比，而與輸電線路的電阻成正比。因此，在設(shè)計(jì)供配電線路方案時(shí)，可以采用降低輸電線路電阻的方式以及提高輸電線路功率因數(shù)和電壓等級(jí)等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)降低功率損耗和節(jié)約電力資源的目的。

輸電線路電阻的公式為：R=PL/S，從中我們得出電阻和導(dǎo)線的長(zhǎng)度是正比例關(guān)系，與導(dǎo)線的電阻率P也是正比例關(guān)系，而與導(dǎo)線截面S成則是反比例關(guān)系。因此，我們可以采取一些措施來(lái)達(dá)到降低電阻的目的。

（1）最好選擇銅芯導(dǎo)線，鋁線等電阻率P比較小的導(dǎo)線。（2）在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)盡可能使輸電線路沿著直線的方向，盡量不要沿著曲線的方向，這就需要變電所盡量縮短與負(fù)荷中心的距離，減小供電半徑；在低壓配電過(guò)程中，也盡量使輸電線路不往回走，這樣可以最大限度地減少輸電導(dǎo)線的長(zhǎng)度，從而減少輸電線路的電阻。（3）將輸電導(dǎo)線的截面面積適當(dāng)增大。

3 電氣設(shè)備選擇

在供配電設(shè)計(jì)中，電器設(shè)備的合理選擇對(duì)改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量和提高用電設(shè)備的自然功率因數(shù)具有十分重要的作用，進(jìn)而可以有效減少電能資源的損耗。

一般情況下，工業(yè)企業(yè)消耗的無(wú)功功率中變壓器、異步電動(dòng)機(jī)以及線路所占的比例分別為20%、70%以及10%[2]。在設(shè)計(jì)中，為了減少線路感抗，利用正確選擇變壓器的容量和電動(dòng)機(jī)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。在功率條件合理的時(shí)候，想要提高用電單位的自然功率因數(shù)，可以采取有效措施來(lái)實(shí)現(xiàn)，如運(yùn)用同步電動(dòng)機(jī)和選擇使用間隙工作制設(shè)備，前提是該設(shè)備具有空載切除功能。在選擇電動(dòng)機(jī)的經(jīng)常負(fù)荷時(shí)，應(yīng)盡量高于額定容量的40%；而要使變壓器的負(fù)荷率高于60%，最好將其控制在75%～85%這個(gè)范圍內(nèi)。

提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和工作效率可以有效減少電動(dòng)機(jī)的能源消耗量。異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的因數(shù)還不到0.4，輕載時(shí)功率因數(shù)大致為0.6，由此可見(jiàn)，異步電動(dòng)機(jī)在空載和輕載運(yùn)行時(shí)，功率因數(shù)都不太高。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷在70%以上，甚至在滿載負(fù)荷的條件運(yùn)行時(shí)，其功率因數(shù)大概為0.85，這時(shí)功率因數(shù)相對(duì)較高一些。因此，設(shè)計(jì)時(shí)若能選擇容量合適并且又能使電動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，將會(huì)使電動(dòng)機(jī)的自然因數(shù)得到很大的提高。所以，在設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)將高能耗且效率低的電動(dòng)機(jī)淘汰掉，而應(yīng)選擇稀土永磁電動(dòng)機(jī)、高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)等工作效率高并且又節(jié)約能源的機(jī)型。同時(shí)，在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，還需要充分考慮啟動(dòng)次數(shù)、負(fù)荷特性以及調(diào)速方面等因素，以防出現(xiàn)電能浪費(fèi)的現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

[1]李堯森.提高功率因數(shù)對(duì)節(jié)能降耗的作用分析[J].中華紙業(yè)，2007（9）.

[2]錢俊.淺談供配電設(shè)計(jì)節(jié)能技術(shù)和措施[J].黑龍江冶金，2009（4）.