灌區(qū)機(jī)泵供電線路損耗影響因素分析

盧法林，王鵬，張寧

（1.萊蕪市萊城區(qū)水務(wù)局，山東萊蕪 271100；2.萊蕪市萊城區(qū)鵓鴿樓水庫管理所，山東萊蕪 271100；3.山東省水利信息中心，山東濟(jì)南 250014）

灌區(qū)機(jī)泵供電線路損耗影響因素分析

盧法林1，王鵬2，張寧3

（1.萊蕪市萊城區(qū)水務(wù)局，山東萊蕪 271100；2.萊蕪市萊城區(qū)鵓鴿樓水庫管理所，山東萊蕪 271100；3.山東省水利信息中心，山東濟(jì)南 250014）

從供電線路的材質(zhì)、工作溫度、敷設(shè)方式、無功補(bǔ)償?shù)确矫妫治隽斯╇娋€路損壞的原因，并提出降低供電線路損耗的建議。

供電線路損耗；灌區(qū)；機(jī)電；水泵；環(huán)保

目前，山東省灌溉泵站裝機(jī)功率在850萬kW以上，機(jī)泵的正常運(yùn)行，為農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。但影響機(jī)泵供電線路的因素較多，本文就如何降低泵站供電線路損耗進(jìn)行優(yōu)化分析。

1 線路材質(zhì)對(duì)損耗的影響

供電線路的主要材質(zhì)為銅和鋁，而金屬的電阻與自身的電阻率有關(guān)，相同長(zhǎng)度、橫截面積的鋁導(dǎo)線的電阻是銅導(dǎo)線的1.66倍。當(dāng)電流一定時(shí)，相同橫截面積、長(zhǎng)度的鋁導(dǎo)線的損耗是銅導(dǎo)線的1.66倍。所以，在選擇供電線路的橫截面積時(shí)，一般建議選擇鋁導(dǎo)線時(shí)，要比銅導(dǎo)線大一個(gè)規(guī)格。

從材料的經(jīng)濟(jì)性考慮，相同橫截面積、長(zhǎng)度的銅導(dǎo)線的重量是鋁導(dǎo)線的3.28倍。相同損耗情況下，使用銅導(dǎo)線將消耗更多的有色金屬。從現(xiàn)在電力線纜市場(chǎng)價(jià)格來看，使用銅導(dǎo)線的材料費(fèi)是使用鋁導(dǎo)線的3.8倍左右，使用銅導(dǎo)線的造價(jià)明顯高于鋁導(dǎo)線。但是從環(huán)保角度看，銅電纜可以100%地回收繼續(xù)做銅電纜，而鋁電纜則不能循環(huán)為電纜，只能降級(jí)使用。因此，如果使用鋁電纜，永遠(yuǎn)要生產(chǎn)新的鋁電纜替代淘汰的鋁電纜，這和銅電纜最終可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用相比，造成的碳排放量更高。而生產(chǎn)鋁電纜的能耗還遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于銅電纜。

經(jīng)過以上比較，選用銅電纜雖然造價(jià)較高，但從降低線路損耗、環(huán)保、節(jié)能減排考慮，一般選用35 mm2的銅電纜較好。

2 線路工作溫度對(duì)損耗的影響

導(dǎo)體的電阻與自身材料有關(guān)，還與工作溫度有關(guān)。并且導(dǎo)體的電阻與溫度呈正相關(guān)性，導(dǎo)體的工作溫度越高，自身電阻越大，損耗也隨之增大。在溫度為20℃時(shí)，銅和鋁的電阻溫度系數(shù)相差不大。當(dāng)供電導(dǎo)線采用地埋敷設(shè)時(shí)，一般埋深在0.7～1.0 m之間，地下溫度基本保持在20℃左右，受環(huán)境影響較小，變化幅度較小。所以，供電線路的損耗基本保持不變。

當(dāng)供電導(dǎo)線采用架空敷設(shè)時(shí)，線路受環(huán)境影響較大，炎熱的夏季，也是作物生長(zhǎng)旺季，用水較多，機(jī)泵工作頻繁，供電線路受陽光照射，工作溫度可高達(dá)50℃左右，則架空敷設(shè)的鋁導(dǎo)線電阻比20℃時(shí)升高接近13%（銅導(dǎo)線接近12%），損耗也會(huì)增大13%，當(dāng)供電距離較遠(yuǎn)時(shí)，這也是炎熱夏季機(jī)泵不容易啟動(dòng)的主要原因。

3 敷設(shè)方式對(duì)損耗的影響

由上述分析可知，導(dǎo)線損耗與環(huán)境溫度的關(guān)系，相對(duì)于架空敷設(shè)，地埋敷設(shè)方式工作溫度較低，損耗低更有利于節(jié)能。當(dāng)架空線路為裸導(dǎo)線時(shí)，在絕緣子固定部位，當(dāng)絕緣子積塵較多、空氣濕度較大時(shí)，會(huì)發(fā)生閃絡(luò)擊穿漏電現(xiàn)象，甚至?xí)斐山^緣子損壞，從而造成損耗的增加。地埋敷設(shè)與架空敷設(shè)相比，優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）地埋線路不用電桿、瓷絕緣子、橫擔(dān)、拉線等材料，因此，可以節(jié)約大量的鋼材、水泥。

2）地埋線埋在地下，不承受電線自重等所產(chǎn)生的拉力，所以電線截面可以僅按用電負(fù)荷的大小選擇，能有更多的機(jī)會(huì)采用比架空線路更細(xì)的導(dǎo)線，節(jié)約有色金屬。且地埋線，少占農(nóng)田，便于耕作。

3）地埋線路不易受狂風(fēng)暴雨、大雪結(jié)冰等自然災(zāi)害的侵襲，不存在架空線路常見的倒桿、斷線等事故；同時(shí)消除了電力線路與電話線、電視閉路線、廣播線交叉跨越的矛盾，也不易發(fā)生人身觸電傷亡事故。而由于線路埋在地下，平時(shí)不易被人破壞，還能杜絕在架空線路上隨意掛鉤接火等行為，大大改善了農(nóng)村供電的管理工作。

4）架空線路，一般每隔3～4年需要一次小修，10年左右需要進(jìn)行一次大修，而地埋線路敷設(shè)以后，除了日常必要的巡視和定期測(cè)試外，在未出現(xiàn)故障時(shí)不必進(jìn)行檢修。

5）因相同導(dǎo)電能力的銅導(dǎo)線的重量是鋁導(dǎo)線的2.1倍，這就對(duì)架空導(dǎo)線的施工提出了更高的要求，即增加線桿的數(shù)量，又要增加橫擔(dān)的支撐強(qiáng)度。否則如果導(dǎo)線質(zhì)量很重，由于重力的作用，導(dǎo)線的拉力會(huì)很大，很容易拉斷導(dǎo)線，所以銅電纜架空敷設(shè)時(shí)，應(yīng)采用鋼絲吊裝方式，施工較為復(fù)雜。

以萊蕪市徐風(fēng)邱泵站為例，經(jīng)實(shí)測(cè)，當(dāng)電力線路采用架空敷設(shè)時(shí)，夏季環(huán)境溫度較高，線路工作溫度能達(dá)到50℃，當(dāng)采用地埋敷設(shè)時(shí)，凍土層以下溫度變化很小，加上電纜自身發(fā)熱，工作溫度在27℃，工作溫度差在23℃，根據(jù)銅的電阻溫度系數(shù)可知，電阻將比架空敷設(shè)降低9%，則線路損耗降低9%。

4 無功就地補(bǔ)償對(duì)損耗的影響

電力線路中傳輸?shù)墓β拾▋刹糠郑阂皇怯泄β剩菬o功功率。有功功率與視在功率的比值稱為功率因數(shù)。直接消耗電能，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，供水泵提水的，這部分功率稱為有功功率；不消耗電能，只是把電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能，這種能作為電氣設(shè)備能夠作功的必備條件，且這種能是機(jī)泵通過電力線路與變壓器進(jìn)行周期性交換，這部分功率稱為無功功率。功率因數(shù)越低，則無功功率越大，產(chǎn)生的無功電流也大，當(dāng)無功電流在電路中流動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生額外的線路損耗，現(xiàn)在普遍選用的深井潛水電泵的功率因數(shù)在0.8左右，為了降低線路損耗，必須進(jìn)行無功就地補(bǔ)償。無功就地補(bǔ)償?shù)木唧w實(shí)現(xiàn)方式：把具有容性功率負(fù)荷的就地補(bǔ)償電容器，安裝在感性功率負(fù)荷的水泵電動(dòng)機(jī)配電箱內(nèi)，并聯(lián)接在同一電路，能量在兩種負(fù)荷之間相互交換。這樣，感性負(fù)荷所需要的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率補(bǔ)償。電動(dòng)機(jī)的無功不再通過電力線路跟變壓器交換無功功率，提高了功率因數(shù)，從而減少了感性無功電流，降低了線路損耗。

萊蕪市徐風(fēng)邱泵站，選用了4臺(tái)55 kW潛水電泵，功率因數(shù)為0.8，無功容量為41 kVAr，需要每臺(tái)補(bǔ)償40 kVAr的無功電容，因單臺(tái)電容容量不夠，選用了2臺(tái)電容并聯(lián)，直接連接在潛水泵進(jìn)線端。功率因數(shù)達(dá)到了0.99以上，電機(jī)的額定電流由原先的114.32 A降為補(bǔ)償后的91A，為補(bǔ)償前電機(jī)工作電流的80%。可見，無功補(bǔ)償對(duì)降低電機(jī)工作電流效果相當(dāng)明顯。電機(jī)電流降低后，電機(jī)、開關(guān)設(shè)備、供電線路的損耗、溫升相應(yīng)降低，從而可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

5 建議

減少供電線路損耗，也就是節(jié)約發(fā)電所需的一次能源，可以減輕能源和交通運(yùn)輸?shù)木o張程度，減少碳排放，也就意味著相應(yīng)的節(jié)省國(guó)家對(duì)發(fā)供用電設(shè)備需要投入的基建投資。

對(duì)于平原機(jī)井灌區(qū)，有條件挖溝地埋電纜的地區(qū)，盡量選用銅芯或者鋁芯地埋電纜，地下埋設(shè)電纜供電，減少線路損耗，降低維護(hù)費(fèi)用。山丘區(qū)泵站，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開挖電纜溝困難，只能采用架空敷設(shè)鋁導(dǎo)線。同時(shí)，安裝就地補(bǔ)償電容器，提高功率因數(shù)，加強(qiáng)供電線路和用電設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，也是降低線路損耗的重要措施。

[1]楊圣才.降低電能損耗的方法和措施[J].農(nóng)村電氣化，1996（12）：36.

[2]崔馳.低壓配網(wǎng)無功補(bǔ)償淺析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2000（7）：71.

（責(zé)任編輯 趙其芬）

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1009-6159（2017）-08-0049-02

2017-04-23

盧法林（1975—），男，助理工程師