高校校園低壓電網(wǎng)的節(jié)能降耗措施研究

田立秋

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東 青島 266109）

在電子產(chǎn)品廣泛普及的現(xiàn)在，電力系統(tǒng)的供電壓力不斷增大，在高校校園管理過(guò)程中，為緩解電力資源的供求矛盾，采用合適的節(jié)能降耗措施，對(duì)校園低壓電網(wǎng)的電能損耗情況進(jìn)行有效的管理，不僅可以切實(shí)提升校園電能供應(yīng)的穩(wěn)定性，還能滿足高校師生對(duì)電力資源的實(shí)際需要。

1 當(dāng)前高校校園低壓電網(wǎng)的具體情況

對(duì)當(dāng)前高校校園的低壓電網(wǎng)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，受電網(wǎng)的電壓等級(jí)較低、線路壓降較大等情況的影響，高校校園電網(wǎng)在電力資源供應(yīng)過(guò)程中，將會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的電力資源損耗，這種損耗在高校的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用支出中占據(jù)了極大的份額，在造成資源浪費(fèi)的同時(shí)，對(duì)校園的運(yùn)營(yíng)管理造成了不利影響。

具體來(lái)說(shuō)，首先，受到當(dāng)前高校校園電網(wǎng)線路長(zhǎng)度較短、截面積偏小、線路老化問題嚴(yán)重等情況的影響，使得電網(wǎng)線路的電能損耗相對(duì)較大；其次，受校園建筑密度較高、感性負(fù)載較多的影響，線路的三相負(fù)荷大多不平衡，這種情況下，不平衡電流將會(huì)增大損耗；再次，在電網(wǎng)使用過(guò)程中，受接戶線徑較細(xì)、線路偏長(zhǎng)、負(fù)荷配置不夠合理、功率因數(shù)相對(duì)較低等問題的影響，電壓穩(wěn)定性較差，線路的功率因數(shù)相對(duì)較低，師生用電往往會(huì)受到制約；最后，在校園中同類性質(zhì)的線路負(fù)載相對(duì)集中，負(fù)載時(shí)間特別是高峰用電時(shí)間較為集中，電力供應(yīng)的連續(xù)性與可靠性往往得不到有效的保證[1]。

2 高校校園低壓電網(wǎng)的主要損耗因素

現(xiàn)階段，為切實(shí)做到節(jié)能降耗，構(gòu)建綠色校園，對(duì)高校校園低壓電網(wǎng)中的主要損耗因素進(jìn)行分析，并采用合適的節(jié)能降耗方式，降低線損，成了一項(xiàng)極為必要的工作。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)當(dāng)前高校校園低壓電網(wǎng)損耗進(jìn)行分析，主要可以將其分成負(fù)載損耗、配變損耗與線路損耗3 種，其中，負(fù)載損耗主要是由電力資源的運(yùn)輸效率與效益決定的；變壓器損耗主要可以分成鐵損與銅損兩種，在電力資源運(yùn)行過(guò)程中，鐵損的大小為不變值，銅損的大小取決于線路負(fù)載電流的大小。

3 低壓電網(wǎng)的節(jié)能降耗措施分析

在節(jié)能減排、綠色低碳的發(fā)展形勢(shì)下，高校作為培養(yǎng)人才的要塞，為潛移默化地強(qiáng)化學(xué)生對(duì)于節(jié)能減排的意識(shí)，在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，保證節(jié)能降耗措施穩(wěn)定順利落實(shí)成了一項(xiàng)極為必要的工作。低壓電網(wǎng)作為高校校園滿足師生對(duì)電力資源需要的重要供電系統(tǒng)，采用合適的措施降低電網(wǎng)損耗，已經(jīng)成為切實(shí)提高高校社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益的有效手段之一。

3.1 節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用

在當(dāng)前低壓電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，為切實(shí)降低電網(wǎng)所造成的電力損耗，首先，高校方面可以在明確當(dāng)前電網(wǎng)能耗的基礎(chǔ)上，通過(guò)加大資金投入，對(duì)校園電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模優(yōu)化的方式，切實(shí)降低電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的能耗；其次，高校方面可以通過(guò)應(yīng)用新技術(shù)、新設(shè)備的方式，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行有效的監(jiān)管，減少用電設(shè)備對(duì)電力資源的消耗，在降低低壓電網(wǎng)管理成本的基礎(chǔ)上，保證校園內(nèi)電力資源的穩(wěn)定供應(yīng)；最后，在進(jìn)行校園低壓電網(wǎng)節(jié)能降耗管理過(guò)程中，高校方面可以通過(guò)安排專門電網(wǎng)系統(tǒng)管理人員，并對(duì)人員進(jìn)行電網(wǎng)管理新技術(shù)、新方法培訓(xùn)的方式，保證管理人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控電網(wǎng)供電的具體情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力供應(yīng)過(guò)程中存在的高耗電行為，并通過(guò)對(duì)高耗電行為進(jìn)行合理處理的方式，為當(dāng)前節(jié)約型校園建設(shè)提供支持[2]。

3.2 節(jié)能降耗的實(shí)例介紹

在當(dāng)前的高校管理過(guò)程中，低壓電網(wǎng)節(jié)能降耗措施的應(yīng)用不僅切實(shí)降低了校園用電成本，還能為“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供助力?，F(xiàn)階段，為切實(shí)了解高校校園低壓電網(wǎng)節(jié)能降耗工作的價(jià)值，本文主要以某高校為例，介紹了該高校校園0.4kV 低壓電網(wǎng)的節(jié)能降耗措施。

3.2.1 使用高效節(jié)能負(fù)載

在該高校照明設(shè)備管理過(guò)程中，盡管白熾燈這類照明工具的負(fù)載效率能夠達(dá)到100%，但由于這類設(shè)備的光通量相對(duì)較小，使得在校園照明過(guò)程中，這類設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)偏低。現(xiàn)階段，為了在降低電能損耗的同時(shí)，延長(zhǎng)照明設(shè)備的使用壽命，提高其經(jīng)濟(jì)效益，高校方面選用高效節(jié)能負(fù)載燈具代替?zhèn)鹘y(tǒng)白熾燈的方式，在滿足照明需要的基礎(chǔ)上，節(jié)約電力資源，降低照明成本。具體來(lái)說(shuō)，在過(guò)去一段時(shí)間內(nèi)，該高校使用損耗較大、效率偏低的電感鎮(zhèn)流日光燈進(jìn)行照明，在實(shí)際使用過(guò)程中，一盞功率在40W 左右的日光燈，損耗在25W 左右，若一年內(nèi)，一盞燈的工作時(shí)間在2000h左右，那么一盞燈的鎮(zhèn)流器損耗將達(dá)到50千瓦時(shí)?，F(xiàn)階段，該高校約有2 萬(wàn)人，平均每人使用0.8 盞燈具，假設(shè)電費(fèi)為0.60 元/千瓦時(shí)，忽略無(wú)功電流在線路上以及燈管所產(chǎn)生的損耗，那么該高校僅燈具照明浪費(fèi)的電費(fèi)為48 萬(wàn)元，并且在實(shí)際使用過(guò)程中，受各種因素的影響，燈具在實(shí)際使用過(guò)程中，往往會(huì)因?yàn)楦鞣N因素而出現(xiàn)故障，此時(shí)需要對(duì)燈具進(jìn)行維護(hù)，這種情況的出現(xiàn)進(jìn)一步提升了燈具使用過(guò)程中所產(chǎn)生的成本?，F(xiàn)階段，為切實(shí)降低燈具照明損耗，該高校用高品質(zhì)低內(nèi)阻的電子鎮(zhèn)流燈具代替了日光燈，這種情況的出現(xiàn)不僅省去了燈具照明過(guò)程中產(chǎn)生的鎮(zhèn)流器損耗，節(jié)約電能，還因?yàn)橄噍^于日光燈電子鎮(zhèn)流燈的使用壽命更長(zhǎng)，出現(xiàn)故障的概率更低，這種情況的出現(xiàn)有效降低了照明產(chǎn)生的能耗損失與使用成本。

3.2.2 選擇合適線路截面積

在高校校園低壓電網(wǎng)供電過(guò)程中，供電線路的截面積大小與線路的電阻、線損之間存在著直接的聯(lián)系，現(xiàn)階段，面對(duì)高校低壓電網(wǎng)線路截面積較小、負(fù)荷率過(guò)高、過(guò)載能力不強(qiáng)、影響電力供應(yīng)質(zhì)量的情況，為切實(shí)降低電網(wǎng)的功能損耗，選擇合適的線路截面積，對(duì)負(fù)荷較大的線路進(jìn)行更換，成了一項(xiàng)極為必要的工作。在該高校低壓電網(wǎng)改造過(guò)程中，為了在滿足師生用電需要的基礎(chǔ)上，節(jié)約電網(wǎng)改造費(fèi)用，高校方面在明確當(dāng)前校園電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)際分布及負(fù)載情況的基礎(chǔ)上，選擇了合適的有著合適截面直徑的線路，這種情況的出現(xiàn)一方面可以有效降低低壓電網(wǎng)線路的壓降，提高負(fù)載工作的穩(wěn)定性；另一方面可以有效降低線路過(guò)熱問題的出現(xiàn)概率，節(jié)約電網(wǎng)系統(tǒng)的維護(hù)管理成本。具體來(lái)說(shuō)，在線路體系改造前，該高校某區(qū)域150m 主線路使用50mm2的裸鋁線，線路在用電高峰期的平均電流為150A，非高峰時(shí)期的平均電流為100A，一年內(nèi)，該線路高峰供電時(shí)間與非高峰用電時(shí)間分別為1500h與4500h，預(yù)估該線路的年線損在21000 千瓦時(shí)左右，限額極端，為降低因線損造成的損失，該高校用規(guī)格為（3×70+1×25）mm2的等長(zhǎng)銅芯電纜鋼絞線代替裸鋁線，本次改造產(chǎn)生的成本在2 萬(wàn)元左右，通過(guò)這種操作方式，該線路的年損耗降低到了10400 千瓦時(shí)，每年節(jié)約電能約為10600 千瓦時(shí)，減少的電費(fèi)支出為6360 元/年，從線損節(jié)約電能成本的角度來(lái)看，改造成本在3 年內(nèi)就可以完全收回，這種情況的出現(xiàn)為校園管理成本的降低提供了有效的支持。

3.2.3 調(diào)整線路負(fù)荷的平衡性

對(duì)高校校園低壓電網(wǎng)體系進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，電網(wǎng)體系主要由干線、支線、分支線共同構(gòu)成。首先，該高校的干線為三相四線式，現(xiàn)階段，為切實(shí)降低線路在電力資源運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的損耗，高校方面應(yīng)當(dāng)在明確線路走向的基礎(chǔ)上，盡量降低線路的電阻，縮短線路的距離。其次，支線作為該高校各樓的進(jìn)線，主要為單向兩線制，并且干線的長(zhǎng)度相對(duì)較短、線徑偏低，但需要注意的是，盡管干線在電網(wǎng)體系中所占的比例較小，但由于干線與電網(wǎng)供電質(zhì)量與負(fù)載損耗之間存在著直接的聯(lián)系，現(xiàn)階段，為切實(shí)降低干線的維修率，節(jié)約干線維護(hù)管理成本，高?？梢酝ㄟ^(guò)使用三相四線制，適當(dāng)增大干線線路截面積的方式，調(diào)節(jié)干線的負(fù)載平衡，減少其電能損耗與維修費(fèi)用。最后，分支線屬于室內(nèi)線路，與支線在配電箱位置相連接，大多采用單端樹干式，在實(shí)際使用過(guò)程中，由于分支線的長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)，無(wú)法直接通過(guò)增加線路截面積的方式減少線路損耗，此時(shí)，高?？梢酝ㄟ^(guò)將分支線結(jié)構(gòu)改為放射式的方式，降低線路的控制難度，減少電力資源傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的損耗。

3.2.4 提高負(fù)載功率因數(shù)

由于校園低壓電網(wǎng)中的感性負(fù)載相對(duì)較多，這就使得電網(wǎng)體系中的無(wú)功電流占比相對(duì)較大，現(xiàn)階段，為切實(shí)降低電網(wǎng)的線損，可以通過(guò)電容補(bǔ)償?shù)姆绞?，提高?fù)載功率因數(shù)，減少電路中的無(wú)功電流。在實(shí)際工作過(guò)程中，電容補(bǔ)償?shù)姆绞街饕ň偷匮a(bǔ)償、變壓器副邊補(bǔ)償、樓棟集中補(bǔ)償，其中就地補(bǔ)償?shù)墓?jié)能效果最好，并且實(shí)現(xiàn)難度最低，因此，在該高校通過(guò)電能補(bǔ)償方式，提高負(fù)載功率因數(shù)時(shí)，采用的方法為就地補(bǔ)償法。

4 配電系統(tǒng)節(jié)能降耗的技術(shù)實(shí)行方式

4.1 對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行合理布局

在高校低壓電網(wǎng)中，電網(wǎng)布局不合理屬于常見問題，此類問題的出現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生大量的能耗。故建議高校在改造電力線路的過(guò)程中，對(duì)負(fù)荷性質(zhì)、大小和分布進(jìn)行準(zhǔn)確估算，并依據(jù)估算結(jié)果，選擇最經(jīng)濟(jì)的布局，在計(jì)算線路損耗時(shí)可對(duì)下述公式進(jìn)行利用。

在上述公式中，線路傳送的有功功率由P 表示，其單位是kW；線路電壓由Un 表示，其單位是kV；線路電阻由R 表示，單位是Ω；電功率因數(shù)由cos表示。

此外，在進(jìn)行電網(wǎng)布局時(shí)，還要采取以下方面的措施：

選擇合適的配電方案。輸電線路分布的合理與否，與電能損耗存在密切的關(guān)聯(lián)。高校應(yīng)盡可能采用環(huán)形供電網(wǎng)，在保證供電可靠性的同時(shí)，降低損耗。

做好變壓器和輸電線路的選擇。在高校低壓電網(wǎng)中，老式變壓器所占的比重較高，故建議高校盡快將老式變壓器淘汰。此外，還要做好變壓器容量的選擇，規(guī)避小馬拉大車問題的發(fā)生，通過(guò)這種措施的使用，使變壓器的負(fù)載率進(jìn)一步提升。在表示變壓器效率時(shí)，可以對(duì)下述公式進(jìn)行使用。

在上述公式中，變壓器額定視容量為Se，其單位為Kva；變壓器空載損耗由△PO 表示，單位是kW；變壓器負(fù)載損耗由△Pk 表示，單位是kW；變壓器負(fù)載系數(shù)由β表示。

4.2 加強(qiáng)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹匾?/h3>

無(wú)功補(bǔ)償是利用技術(shù)措施降低線損的重要措施之一，如果校園配網(wǎng)系統(tǒng)中沒有重視和合理進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，則會(huì)加大無(wú)功補(bǔ)償配置。大量無(wú)功電流在電網(wǎng)中會(huì)增加線路損耗，變壓器利用率降低。因此，需要合理地選擇無(wú)功補(bǔ)償方式、補(bǔ)償點(diǎn)及補(bǔ)償容量，能有效地穩(wěn)定系統(tǒng)的電壓水平，避免大量的無(wú)功通過(guò)線路遠(yuǎn)距離傳輸而造成有功網(wǎng)損。一般可以采取集中、分散、就地相結(jié)合的方式，按照功率因數(shù)大小、負(fù)載電流的大小等進(jìn)行合理規(guī)劃，對(duì)于校園建筑區(qū)域負(fù)載比例較大的情況，可以考慮分層單相無(wú)功補(bǔ)償或自動(dòng)分相無(wú)功補(bǔ)償，由此避免因?yàn)樵谝幌嗖蓸有盘?hào)作無(wú)功補(bǔ)償時(shí)可能造成其它兩相過(guò)補(bǔ)償或欠補(bǔ)償，這樣不僅無(wú)法滿足有效補(bǔ)償?shù)男枨?，還會(huì)增大電網(wǎng)損耗，無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

4.3 對(duì)低壓配電線路改造，擴(kuò)大導(dǎo)線的載流水平

按導(dǎo)線截面的選擇原則，可以確定滿足要求的最小截面導(dǎo)線，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，選用最小截面導(dǎo)線并不經(jīng)濟(jì)。如果把理論最小截面導(dǎo)線加大一到二級(jí)，線損下降所節(jié)省的費(fèi)用，足以在較短時(shí)間內(nèi)把增加的投資收回。導(dǎo)線有功功率損耗：

式中：

Ijs 為計(jì)算電流，A。

RO 為導(dǎo)線電阻，12/km。

L 為導(dǎo)線長(zhǎng)度，m。

導(dǎo)線截面增加后，線損下降：

式中：

OPx 為線損有功功率損耗下降值，kW。

ΔWx 為線路有功電能損耗下降值，kWh。

ΔRO 為線路電阻減少值，12/km。

t 為線路運(yùn)行小時(shí)數(shù)，h。

設(shè)每千瓦時(shí)電價(jià)為B 元，兩相鄰截面電纜每米價(jià)格相差E 元，則截面加大后，減少的線損電費(fèi)M 和增加的線路投資N 各為：

M=0Wx×B（元）

N=E×L（元）

若M=N，則節(jié)省電費(fèi)與增加投資相等，可得：

t=E/3IjsOROB x 10-6(h)

假設(shè)VV22-0.6/IkV 四芯電纜埋地敷設(shè)，計(jì)算電流為環(huán)境溫度30℃時(shí)的相應(yīng)載流量，截面加大后會(huì)產(chǎn)生良好的節(jié)電效果。

5 結(jié)論

總而言之，在當(dāng)前資源環(huán)境日益嚴(yán)峻的背景下，高校校園在進(jìn)行運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中，可以通過(guò)合理應(yīng)用節(jié)能降耗措施的方式，切實(shí)降低低壓電網(wǎng)所造成的電能損耗，在為“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的落實(shí)提供助力的同時(shí)，為高校的健康穩(wěn)定發(fā)展提供有效的支持。