10kV配電線路的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)

李美花

（延邊電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究所）

0 引言

目前，我國電力系統(tǒng)正在不斷進(jìn)行升級，對于遠(yuǎn)距離的輸電線路主要采用35kV以上的電壓輸電系統(tǒng)，而直接與用戶進(jìn)行連接的短距離輸電系統(tǒng)一般采用10kV的電壓輸電系統(tǒng)。近幾年來由于人們對生活用電的需求急劇上升，而電力的供應(yīng)又受到水力資源和煤炭資源的制約，加之電能在線路傳輸過程中會產(chǎn)生各種能量的消耗，為了解決電力資源匱乏，導(dǎo)致的我國電力供應(yīng)的突出矛盾，通過規(guī)劃10kV配電線路的節(jié)能設(shè)計(jì)，可以在一定程度上提高電能利用率。

1 10kV配電線路功能損耗的原因分析

配電線路是電路系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，也是電力系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。由于整個(gè)配電線路比較長，并且涉及到的覆蓋面較廣，電能在輸送過程中可能受到輸電設(shè)備質(zhì)量的問題或者地理環(huán)境的問題，導(dǎo)致電能的損耗，一般情況下，可以將電量損耗分為技術(shù)上的電量損耗和管理上的電量損耗。

1.1 技術(shù)上的電量損耗

技術(shù)上的電量損耗是指由于輸送設(shè)備的質(zhì)量問題而導(dǎo)致電量在輸送過程中的損耗，由于配電線路的電能輸送中所用到的輸送設(shè)備包括變壓器、電阻以及輸電線路的日負(fù)荷等。首先，變壓器的使用數(shù)量最多，并且使用的時(shí)間較長，所以在線路的運(yùn)行過程中由于變壓器造成的電能損耗最多，幾乎可以占到輸送電量的十分之一。其次，電阻的運(yùn)行也會在一定程度上造成配電電路的損耗，根據(jù)電阻的計(jì)算公式可以得知，縮短到導(dǎo)線的長度或者增加導(dǎo)線的橫截面積可以降低導(dǎo)線的電阻，但是，考慮到實(shí)際的費(fèi)用消耗，增加導(dǎo)線的面積將會帶來更大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，所以應(yīng)該通過縮短導(dǎo)線長度來降低由于電阻造成的電能消耗[1]。最后，輸電線路的日負(fù)荷不均也會引起電量的損耗，主要是由于用電量的驟然增加使輸電線路的電流增大，導(dǎo)致配電線路變壓器和輸電線路的負(fù)載損失較大，而且對于用電高峰期的電能損耗，可以通過一定控制措施降低相關(guān)用電量，這樣將會使減少的電能消耗比平時(shí)增加的電能還要多。

1.2 管理上的電量損耗

管理損耗是由于工作人員對電力的使用和能源消耗計(jì)算誤差引起的，并不是真正的電能損耗，由于屬于人為因素，可以通過端正員工的工作態(tài)度，增加其技術(shù)應(yīng)用的能力，可以很大程度上減少管理上的電量消耗。

2 10kV配電線路的優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于10kV配電線路的輸電系統(tǒng)與直接用戶進(jìn)行連接，屬于整個(gè)配電系統(tǒng)的核心部分，所以對于10kV配電線路的設(shè)計(jì)工作也應(yīng)該更加重視，考慮到供電系統(tǒng)的節(jié)能和安全的要求，必須根據(jù)配電線路的實(shí)際情況進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)，而且要在滿足國家相關(guān)管理規(guī)定的基礎(chǔ)上，盡量滿足客戶對配電線路的合理需求。

2.1 10kV供電線路導(dǎo)線的選擇

由于10kV的供電線路通常用于短距離的輸電系統(tǒng)，而電阻是影響電能消耗的因素之一，根據(jù)電阻的計(jì)算公式可以得出，增加導(dǎo)線的橫截面積可以減小線路的電阻，進(jìn)而減少配電線路中的電能消耗。比如，假設(shè)每千瓦的電價(jià)是X元，兩相鄰截面積的電纜價(jià)格每米相差Y元，那么，當(dāng)導(dǎo)線的橫截面積增加后，其線路投資成本N為：N=YL，減少的電費(fèi)損失M為：M=ΔWxX，如果增加的線路投資剛好等于損失的電費(fèi)，則其中，t為線路的運(yùn)行小時(shí)數(shù)；ΔRO為線路的電阻減小值；X為電價(jià)；ΔWx為線路的電能工損耗下降值。通過實(shí)際的數(shù)據(jù)運(yùn)算可以得知，通過增加電路導(dǎo)線的橫截面積可以很大程度上降低電阻能耗，從而實(shí)現(xiàn)電能的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益。

（1）縮短0.4kV線路的供電半徑

在配電線路的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該在確保用戶供電的發(fā)展規(guī)劃下，實(shí)現(xiàn)用戶獨(dú)立變電所的位置盡可能接近負(fù)荷中心。因?yàn)楹侠淼墓╇姲霃娇梢栽谝欢ǔ潭壬辖档途€路的損耗，而且還能保證供電穩(wěn)定，提高供電所的輸送功率。通過將10kV的供電線路深入到0.4kV的負(fù)荷中心，就相當(dāng)于使0.4kV的供電半徑縮短，提高了電壓的質(zhì)量。一般情況下，0.4kV的負(fù)荷中心可以通過使用負(fù)荷功率矩法或者負(fù)荷指示圖法來確定大致的位置[2]。

（2）選用架空絕緣導(dǎo)線

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，配電線路的需求量也逐漸增加，導(dǎo)致線路鐵桿塔的負(fù)重增加，而且還占據(jù)了大量的空間，采用架空絕緣導(dǎo)線不僅可以簡化鐵桿塔的線路結(jié)構(gòu)，還能沿著墻面鋪設(shè)，節(jié)約空間。另外，選擇架空絕緣導(dǎo)線可以在一定程度上提高線路的供電穩(wěn)定性，減少線路修整工作量。

（3）使用節(jié)能型的金具

電流與電磁場的感應(yīng)關(guān)系比較復(fù)雜，如果電流在輸電線路中遇到磁場，就會產(chǎn)生磁渦流，導(dǎo)致電能的損耗，而且會嚴(yán)重?fù)p傷電路導(dǎo)線，所以應(yīng)該在輸電線路中與導(dǎo)線接觸的位置采用無磁金具或者低磁金具，避免使用懸垂線夾、防震錘、并溝線夾等鐵磁材料的金具。

2.2 10kV配電線路的設(shè)計(jì)

由于10kV配電線路與用戶電路直接連接，10kV配電線路的設(shè)計(jì)關(guān)系著用戶的用電質(zhì)量，考慮到輸電線路的影響因素較多，應(yīng)該盡量縮短輸電線路并延長供電設(shè)備的使用年限。首先，在進(jìn)行配電線路的設(shè)計(jì)規(guī)劃之中，應(yīng)該先進(jìn)行實(shí)地的考察，根據(jù)配電線路的起點(diǎn)到整個(gè)供電區(qū)段的實(shí)際情況進(jìn)行線路鋪設(shè)格局的設(shè)計(jì)，最先考慮的是比較適合電路輸送的地理環(huán)境和途徑，其中有幾個(gè)問題應(yīng)該引起重視，比如，在線路的鋪設(shè)路徑中要盡量避免占用農(nóng)田區(qū)域，本著維護(hù)方便/交通便利的原則進(jìn)行路徑的選擇；另外，在進(jìn)行電線桿的栽種過程中，一般保持兩個(gè)電線桿50～60m的距離間隔，確保每個(gè)電線桿的受力均衡，避免因?yàn)楦叨然蛘唛g距相差過多，導(dǎo)致電線桿的倒塌。其次，針對每一個(gè)線路鋪設(shè)的方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)上的考量，選出最適合的配電線路設(shè)計(jì)方案。最后，要注意在配電線路的光纜選取上，注意光纜的長度適宜，一般是1～2km，如果光纜過長，不利于進(jìn)行后期的維護(hù)工作，如果光纜過短，將會導(dǎo)致電路在輸送過程中產(chǎn)生信號干擾。

2.3 導(dǎo)體和電器的設(shè)計(jì)

10kV配電線路的導(dǎo)體和電器設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循《電力裝置的過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，確保配電線路各種裝置的安全設(shè)計(jì)。一般來說，對于配電線路中所使用的導(dǎo)體，一定要保證電路回路運(yùn)行中的最大電流不得超過導(dǎo)體允許通過的最大電流值，也就是要盡可能地使導(dǎo)體允許通過的電流范圍最大化。同樣的道理，還要保證所選用的電器設(shè)備的電壓必須高于電路運(yùn)行回路中的電壓。

另外由于幾乎所有的配電線路都是設(shè)置在外部環(huán)境中，所以還要考慮到氣候、環(huán)境等對線路的影響，在導(dǎo)體和電器的穩(wěn)定性上更加關(guān)注，此外還要考慮到線路的長遠(yuǎn)使用，對相關(guān)使用數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的計(jì)算預(yù)測。

3 10kV配電線路的節(jié)能措施

3.1 變壓器的選擇

合理選擇變壓器可以有效地降低功率損耗，比較常見的節(jié)能型變壓器包括SCB10和SCB11，后者比前者的節(jié)能效果多出10%，現(xiàn)在的大多數(shù)變壓器都是采用高導(dǎo)磁的硅鋼片和先進(jìn)節(jié)能工藝制造的新型節(jié)能變壓器。在變壓器的選擇中，應(yīng)該更加注重變壓器的用電負(fù)荷以及變壓器的容量，要根據(jù)實(shí)際的供電設(shè)備要求，選擇運(yùn)行效率較高的、穩(wěn)定性較強(qiáng)的變壓器。

3.2 配電線路的選擇

從配電線路的節(jié)能措施來看，可以分為以下幾個(gè)方面，首先為了減少能耗，最好選擇用電導(dǎo)率較小的材質(zhì)做配電線路的導(dǎo)線，比如，前兩類符合比較大的建筑中，可以采用導(dǎo)電率較小的銅導(dǎo)線，而在負(fù)荷量 比較小的三類建筑中，可以適當(dāng)采取鋁芯導(dǎo)線[3]。其次，如果增加配電線路的橫截面積所消耗的成本資金較大時(shí)，應(yīng)該通過減少導(dǎo)線的長度來減少電阻，進(jìn)而減少電量輸送過程中能量的消耗。最后，在保證供電電路正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，如果是短距離的電量運(yùn)輸，可以采用增加導(dǎo)線的橫截面積來減少電能的消耗。

3.3 應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)

對于配電線路的無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用對電路的節(jié)能起著重要的輔助作用，通過在10kV母線一側(cè)安裝并聯(lián)電容器，用來補(bǔ)償10kV配電線路的無功損耗，提高線路末端的電壓。在應(yīng)用無功補(bǔ)償裝置的同時(shí)，要注意產(chǎn)品的正常運(yùn)行和類型的挑選問題，特別強(qiáng)調(diào)無功補(bǔ)償容量的控制，容量大小主要是按照負(fù)荷性質(zhì)和變壓器的容量大小進(jìn)行計(jì)算，一般來說，應(yīng)該將動態(tài)補(bǔ)償?shù)呐渥內(nèi)萘靠刂圃?0%～30%。

4 結(jié)束語

綜上所述，10kV配電線路的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)是一項(xiàng)長期而又非常重要的工作，不僅涉及到輸電線路的設(shè)計(jì)工作，還包括電路中的電器設(shè)備以及節(jié)能裝置的設(shè)計(jì)，為了滿足用戶用電的穩(wěn)定性，并最大化地減少輸電過程中的電量損耗，必須嚴(yán)格按照國家相關(guān)規(guī)定條例做好輸電線路的節(jié)能措施，促進(jìn)我國電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

[1]任曉暉, 宋麗娜. 10kV配電設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施[J]. 科技信息(科學(xué)教研), 2008(20).

[2]葛永超, 魏瑋. 10kV配電線路的優(yōu)化設(shè)計(jì)與節(jié)能措施分析[J]. 電子測試, 2013(18): 137-138.

[3]肖琰. 淺談10kV配電線路的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào), 2012(17): 18.