電力工程10kV配電設(shè)計中節(jié)能措施解析

錢宇

摘要：近年來，隨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的深化改革，資源節(jié)約成為加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的主要方向和途徑。本文將對當(dāng)前電力工程10kV配電設(shè)計中的節(jié)能問題進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上提出一些建設(shè)性建議，以供參考。

關(guān)鍵詞：電力工程；10kV配電網(wǎng)；設(shè)計；節(jié)能措施

10kV配電設(shè)計節(jié)能是電力工程可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，關(guān)系著整個電力工程建設(shè)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，因此應(yīng)當(dāng)加強重視。

1、電力工程建設(shè)中的10kV配電設(shè)計節(jié)能問題分析

10kV配電系統(tǒng)設(shè)計過程中可以看到，一些10kV配電站未設(shè)在負(fù)荷中心位置，以致于供電范圍超供電半徑，線路損耗隨之增大，供電質(zhì)量和供電水平難以提高；同時，片面地追求供電的實效性，選用的變壓器容量過大，配電線路出現(xiàn)冗余、迂回，造成了嚴(yán)重的電能損耗。同時，存在著另一個比較嚴(yán)重的問題是因線路設(shè)計不合理而造成的損耗，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，線徑過小，線路電阻過大。從理論上來講，線損、電阻值之間成正比，線徑越小，則線損就會越大。同時，還存在著負(fù)荷曲線異常波動問題，負(fù)荷曲線波動造成線損增加；當(dāng)某時刻負(fù)荷過大時，必須增大變壓器容量，因此導(dǎo)致變壓器投資、耗損增大。當(dāng)負(fù)荷曲線發(fā)生變化和波動時，運行電壓偏低，同樣功率條件下的電能輸送過程中會降低電壓，而電流隨之增大，以致于電能損耗增大。

第二，功率因數(shù)過低，導(dǎo)致電能損耗。配電網(wǎng)需輸送無功功率，恒定有功輸送過程中，cosφ（功率因數(shù)）越小，線路損耗和變壓器損耗均與負(fù)載電流的平方成正比，所以損耗增大。

第三，三相荷載不平衡。由于設(shè)計不合理，變壓器空載損耗正常時為恒量，而負(fù)荷損耗隨負(fù)荷發(fā)生變化，與負(fù)荷電流平方成正比關(guān)系。如果三相負(fù)荷不平衡，則三相變壓器荷載損耗可視為三只單相變壓器損耗總量；三相負(fù)荷處于平衡狀態(tài)時，變壓器運行過程中的能量損耗最小。對于低壓電網(wǎng)而言，三相負(fù)荷的不平衡反映到高壓側(cè)，最大不平衡狀態(tài)下，高壓線路損耗將另加至少10%。

2、電力工程10kV配電設(shè)計中節(jié)能措施

基于以上對電力工程10kV配電設(shè)計中存在的節(jié)能問題分析，筆者認(rèn)為要想有效提高節(jié)能效果，可從以下幾個方面著手：

2.1合理布設(shè)配電線路

第一，盡可能縮短線路供電半徑值。供電半徑大小在一定程度上關(guān)系著電網(wǎng)系統(tǒng)的輸電功率，通過有效減少線損，可確保供電質(zhì)量。配電線路設(shè)計過程中，建議深入配電系統(tǒng)負(fù)荷中心，縮短配電線路實際供電半徑，以此來提高電壓水平、減少線損。在電力工程10kV配電設(shè)計過程中，在不影響正常用電的條件下，建議將獨立變電所設(shè)在靠近負(fù)荷中心的位置，并且利用負(fù)荷電能、符合指示圖以及功率矩法來確定合理的位置。同時，還要將電源設(shè)在靠近負(fù)荷中心的位置，在供電容量不變、配電網(wǎng)電阻非常接近的條件，適當(dāng)?shù)卦黾臃种Ь€路，這樣可以起到有效降低線損的目的，在此過程中需避免出現(xiàn)單側(cè)出線供電的方式，以實現(xiàn)節(jié)能之目的。

第二，10kV線路導(dǎo)線截面應(yīng)當(dāng)足夠大。配電系統(tǒng)設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)將10kV配電線路更換成大截面導(dǎo)線，這樣可以有效降低線路電阻，確保負(fù)荷不變的情況下，實現(xiàn)節(jié)能、降耗之目的。一般而言，功率損耗可通過△P=3I2R×10-3這一公式來計算，換線前電阻設(shè)定為R1，將換線之后的電阻設(shè)定為R2，功率損耗降低百分比可通過以下公式進(jìn)行計算：

△P%=△P1-△P2/△P1*100%

=3I2（R1-R2）×10-3/3I2R1×10-3*100%=（1-R2/R1）*100%

如果每千瓦電價為A元，而且相鄰的截斷電纜每米價格差為B元，則在導(dǎo)線截面增大后，增加的電費M和投資N可表示為：M=△Wx×A，N=B×L，其中Wx代表有功電能損耗降值，而L代表的是導(dǎo)線的長度，利用四芯電纜埋地敷設(shè)之，然后對電流在30℃環(huán)境條件下的載流量進(jìn)行計算。

第三，架空絕緣導(dǎo)線的選用。對于架空絕緣導(dǎo)線而言，其作為現(xiàn)代先進(jìn)的輸電電路架設(shè)方式，較之于傳統(tǒng)裸導(dǎo)線架設(shè)形式而言，可以確保電力系統(tǒng)運行的安全可靠性，并且有效減少了電力系統(tǒng)中的線路短路問題，避免出現(xiàn)大面積停電等不良現(xiàn)象；架空絕緣導(dǎo)線技術(shù)的應(yīng)用，可以節(jié)約空間，而且線路可在相對較為狹小的通道內(nèi)有效穿過，較之于傳統(tǒng)的裸導(dǎo)線，線路走廊至少可以縮小一半。

2.2變壓器合理選擇與節(jié)能設(shè)計方案

對于變壓器而言，其作為配電線路系統(tǒng)中不可或缺的一部分，在節(jié)能設(shè)計過程中也是重點。一般而言，理想的應(yīng)用狀態(tài)是確保平均負(fù)荷率在額定容量的1/2至3/4之間，實際工作過程中因變壓器的負(fù)載、功率因數(shù)不固定，而且可能會出現(xiàn)超載情況，所以變壓器選擇過程中，尤其容量選擇時需充分考慮其最大效率，并且要兼顧其他方面的內(nèi)容，比如容量要適中。實踐中可以看到，如果容量太大，則可能會因空載而造成損耗；如果容量太小，則負(fù)載過大、過負(fù)荷等都會導(dǎo)致負(fù)載損耗。因此，在電力工程10kV配電設(shè)計中節(jié)能設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際用途和需求，選擇容量適宜的變壓器及相關(guān)設(shè)備。實踐中，企業(yè)可根據(jù)自身的條件、情況，科學(xué)配置變壓器類型和數(shù)目。比如，一般負(fù)荷為三級的，可布設(shè)一臺變壓器；如果一、二級負(fù)荷占比較重，則需布設(shè)兩個電源對其進(jìn)行供電，并且裝設(shè)兩臺變壓器；對于特殊場合，可利用多臺小容量變壓器，比如受作業(yè)條件、運輸條件的限制，在井下施工過程中所用到的變電站等，需選用能耗低、效率高的節(jié)能型小容量變壓器設(shè)備?？傊鶕?jù)實際需求和施工條件，選擇合適的變壓器，對于實現(xiàn)節(jié)能降耗，具有非常重要的作用。

2.3 采用無功補償技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能降耗

除以上設(shè)計措施外，為了提高節(jié)能降耗水平，建議采用適當(dāng)?shù)臒o功補償技術(shù)。在配電設(shè)計過程中的無功補償方式，主要有以下兩種形式。

第一，就地平衡補償方式。將并聯(lián)電容器布設(shè)在母線側(cè)，并且設(shè)計和安裝電容補償柜、動態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備，使用戶低壓端無功補償設(shè)備嚴(yán)格按用戶無功負(fù)荷的變換進(jìn)行自動投切補償電容器，從而對其進(jìn)行動態(tài)化管控。采用該種設(shè)計方案，既可以避免反送無功電能，又可以使配電線路無功電流降至最小，這是一種理想的狀態(tài)，也是節(jié)能設(shè)計的目標(biāo)。同時，還可以將并聯(lián)電容器及相關(guān)設(shè)備安裝在母線側(cè)，以此來補償配電線路自身、變壓器無功損耗，并且對線路末端的電壓進(jìn)行有效提高?；谪?fù)荷的性質(zhì)、功率因數(shù)以及變壓器容量等，可對無功補償容量進(jìn)行計算。比如，對某煤礦企業(yè)因使用了較多的三相用電設(shè)備，建議采取三相電容自動補償方式。由于補償無功功率調(diào)節(jié)的采樣信號是三相中的任一相，則另外兩相可能會過補償、欠補償，因此對電網(wǎng)的安全運行產(chǎn)生了不利影響。

第二，單獨就地補償。該種補償方式適用于經(jīng)常投運、負(fù)荷穩(wěn)定以及容量較大的電氣設(shè)備。比如，感應(yīng)電動機或者高頻爐等電氣設(shè)備，需單獨安裝相應(yīng)的就地補償設(shè)備，以此來補償之。

結(jié)語：電力工程作為能源消耗大戶，10kV配電設(shè)計中的節(jié)能措施應(yīng)用非常重要，因此應(yīng)當(dāng)從電網(wǎng)布局、電力設(shè)備優(yōu)化選擇以及無功補償技術(shù)應(yīng)用等方面著手，進(jìn)行綜合考慮，只有這樣才能實現(xiàn)節(jié)能降耗之目的。

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