供配電設(shè)計中節(jié)能方法與技術(shù)措施的運用實踐

封明帆

隨著經(jīng)濟的不斷進步和技術(shù)的快速發(fā)展，節(jié)能與可持續(xù)發(fā)展已進入重要階段，成為世界各國的熱門研究方向。電力作為稀缺的能源之一，供應(yīng)短缺問題正變得越來越普遍。電力能源工作者應(yīng)深刻認(rèn)識到節(jié)能的重要性，將節(jié)能理念應(yīng)用到電氣工程的設(shè)計和研發(fā)中，真正實現(xiàn)節(jié)能實踐的目標(biāo)。本文從供配電系統(tǒng)的總體規(guī)劃入手，分析了供配電節(jié)能設(shè)計的重要性，進一步總結(jié)了供配電設(shè)計工作中的特點，重點分析了供配電設(shè)計中的節(jié)能方法，希望能夠為一線設(shè)計人員提供有益參考。

一、供配電系統(tǒng)總體規(guī)劃

根據(jù)國家統(tǒng)計局公布的數(shù)據(jù)，近年來我國發(fā)電量呈持續(xù)增長趨勢，2011—2022 年全國發(fā)電量增速情況如圖1 所示。實施電力供應(yīng)和分配計劃的第一步是制定供配電系統(tǒng)總體規(guī)劃，而影響實際工作的因素很多，最重要的影響因素是電氣設(shè)備的能效、性能、功率和供電距離。在傳輸電流時，有必要選擇正確的電壓電平，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。此外，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗和計劃活動的實際影響進行持續(xù)優(yōu)化，以改進能源供應(yīng)和分配系統(tǒng)的建設(shè)。在規(guī)劃節(jié)能時必須考慮兩個方面：節(jié)能和控制投資成本，這兩個要求都可以通過支持布線技術(shù)和減少功率轉(zhuǎn)換和分配來滿足。如在布線施工中，簡化布線過程中的工作，合理改進布線設(shè)計，減少布線損耗，滿足功能要求。

圖1 2011—2022 年全國發(fā)電量及增速情況

對于變壓器，應(yīng)根據(jù)實際使用要求和經(jīng)濟運行標(biāo)準(zhǔn)選擇管道的數(shù)量和特性，并考慮負(fù)載條件，了解變壓器在正常運行中的作用。由于晝夜需求以及季節(jié)性使用的變化，預(yù)計會出現(xiàn)嚴(yán)重的壓力情況，設(shè)計人員應(yīng)在科學(xué)計算負(fù)荷的基礎(chǔ)上選擇變壓器的功率水平，充分考慮經(jīng)濟和技術(shù)因素的影響。通常，在傳輸和分配過程中可能會出現(xiàn)傳輸問題，電力和配電線路的電壓越高，電流就越低；線路上的電流越小，相應(yīng)的能量損失就越小。因此，為了減少線路上的能量損失，有必要優(yōu)化設(shè)計，減少配電站或變電站與充電中心之間的距離，并減少電力線材的半徑。以上說明提高輸配電電壓水平可以大大減少電氣使用過程中的電氣損耗，從而保證整體線路的正常使用，但提高供電和配電電壓，其成本需要相應(yīng)增加。

二、供配電節(jié)能設(shè)計的重要性

近年來，在我國發(fā)電量結(jié)構(gòu)中，雖然清潔能源占比有所提升，但火電仍是最主要的部分，2011—2022 年全國發(fā)電量結(jié)構(gòu)如表1 所示。這意味著我國電力供給對火電高度依賴，實施節(jié)能措施十分重要。在實施節(jié)能措施中，低能耗配電設(shè)計可以保護生態(tài)環(huán)境、減少能源損失，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、確保輸電效率，保障電網(wǎng)安全運行，提高電網(wǎng)容量，以滿足現(xiàn)代市場的需求。配電方式必須與節(jié)能措施相結(jié)合，從而滿足電網(wǎng)規(guī)劃的各方面需要，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，電力能源逐漸占據(jù)重要的地位，發(fā)揮著獨特作用，對國家的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響，能源系統(tǒng)中的節(jié)能措施不僅可以節(jié)約能源，還可以為能源行業(yè)的未來發(fā)展奠定更好的基礎(chǔ)，同時又能控制購電成本。由于開發(fā)用于發(fā)電的新型和創(chuàng)新能源的成本很高，對供配電節(jié)能設(shè)計，不同企業(yè)間仍存在較大的差距?？茖W(xué)的節(jié)能設(shè)計，能夠幫助企業(yè)減少損失，更好地實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。

表1 2011—2022 年全國發(fā)電量結(jié)構(gòu)（單位：億千瓦時）

三、供配電設(shè)計的組成部分

供配電設(shè)計工作主要涉及四個方面：一是供配電系統(tǒng)。低壓供配電系統(tǒng)作用是將電力由發(fā)電廠輸送至變電站，繼而在供配電設(shè)備與有關(guān)先進技術(shù)的協(xié)助下，將電力資源傳輸至所需之處。低壓系統(tǒng)能夠降低電氣系統(tǒng)施工作業(yè)量，保證產(chǎn)品質(zhì)量及使用壽命，壓縮建筑工程的造價成本。二是斷路器。斷路器在線路發(fā)生故障時能夠快速使線路斷開，分為真空斷路器、絕緣氣體斷路器和油氣斷路器，一般情況下通常選擇真空斷路器。三是變壓器。變壓器是供配電系統(tǒng)中最重要的組成部分，分為環(huán)氧樹脂變壓器和干式變壓器，能夠及時調(diào)整線路中的電壓電流，更好地實現(xiàn)節(jié)能目的。四是電力照明。電力照明是供配電中最常見也是數(shù)量最多的組成部分，在設(shè)計時需要根據(jù)我國的電力和照明價格來進行。電力照明系統(tǒng)可以分為常規(guī)系統(tǒng)和應(yīng)急系統(tǒng)，因此，在實際設(shè)計中，電源和照明系統(tǒng)應(yīng)分為正常照明、應(yīng)急照明，并根據(jù)其特點進行設(shè)計，以確保電源設(shè)計的安全性和經(jīng)濟性。

四、供配電設(shè)計中的節(jié)能方法

（一）線路的節(jié)能設(shè)計

如果線路的負(fù)載功率相對穩(wěn)定，則線路損耗與線路功率系數(shù)和電壓的比值為負(fù)，相反，它與電阻值成正比，因此，可以通過控制電阻來減少線路損耗，以減少導(dǎo)線之間的距離?？梢愿鶕?jù)此原理，科學(xué)規(guī)劃變電站，根據(jù)中心區(qū)域的線路分布進行規(guī)劃，并安裝延長線。在選擇導(dǎo)線時，應(yīng)優(yōu)先選擇低電阻導(dǎo)線。在所有電線中，銅線是最好的導(dǎo)體，可以有效地控制功耗。

（二）照明節(jié)能設(shè)計

1.選用高效光源

市面上的白熾燈相對便宜、易于安裝、顏色指數(shù)高、照明良好，但通常只有低發(fā)光效率并且缺乏能量效率，適合用于某些聲光控制的住宅區(qū)和某些藝術(shù)照明區(qū)。在所有種類燈泡中，高壓鈉燈和低壓鈉燈的效率最高，然而，由于它們的暖色和較低的色溫特點，通常用于廣場和街道照明。高亮度鈉燈具有較高的光效，可以與汞燈組合使用，通常用于運動場、工廠燈。金屬鹵化物燈的光效可高達140 流明/瓦，色溫通常在3000 開爾文（K）至4500 開爾文（K）之間，亮度指數(shù)通常在80 到95 之間，染色質(zhì)在使用前后變化很小，不僅廣泛應(yīng)用于展廳、商場等場所，還應(yīng)用于碼頭的候車室。為保證照明系統(tǒng)安裝的合理性，在設(shè)計環(huán)節(jié)中應(yīng)遵照節(jié)能減排、成本低廉及使用范圍廣等原則，與國家相關(guān)部門全力倡導(dǎo)的節(jié)能環(huán)保要求相匹配，制定綠色施工技術(shù)方案，將智能化技術(shù)融合其中，在不超出電氣工程預(yù)算的基礎(chǔ)上，全力保證建筑照明系統(tǒng)的可持續(xù)性發(fā)展。

2.充分利用自然采光

自然采光可以使日光作為主要或補充的照明來源，以減少人工照明的需求并提高室內(nèi)環(huán)境的舒適性，不僅可以節(jié)約能源，還可以提供與人的生物節(jié)律更為匹配的光照環(huán)境。因此，在室內(nèi)照明設(shè)計時，應(yīng)選用透光率高的玻璃制作的門窗。針對大廳、購物中心、教室等場景，照明布局與需要分類和分區(qū)的外窗平行。

（三）平衡三相負(fù)荷

為了最大限度地減少三相負(fù)載的不平衡功耗，三相負(fù)載的配置應(yīng)滿足規(guī)定的要求：確保中性電流始終等于額定電流的1/4；第一條支線與主線之間的不平衡應(yīng)小于20%；三相配電線路的配電必須平衡，以保持三相配電中最大相電荷大于115%，單相配電中最小相電荷大于85%；配電變壓器位置的電流不平衡應(yīng)小于10%。

（四）電器設(shè)備的選擇

電氣設(shè)備作為電力和銷售系統(tǒng)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，有著廣泛的應(yīng)用。單個電氣設(shè)備通常只需要很少的電能，但整個電力系統(tǒng)中安裝大量的電氣設(shè)備，不可避免地會消耗大量的電能，因此，在設(shè)計配電系統(tǒng)時，盡可能選擇節(jié)能的電氣設(shè)備。在電氣系統(tǒng)中，功率因數(shù)可以作為衡量電氣設(shè)備效率的關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)。為了提高電氣設(shè)備的功率因數(shù)，有必要降低電氣設(shè)備的無功損耗，實現(xiàn)節(jié)能降耗。

（五）選擇合適的供電電壓等級

在設(shè)計過程中，根據(jù)供電距離和負(fù)載容量選擇適當(dāng)?shù)碾妷核剑茖W(xué)地設(shè)計供配電系統(tǒng)。允許輸電線路在網(wǎng)絡(luò)運行期間移動相對遠(yuǎn)并且具有相對高的功率和電壓，在相同的電壓下，隨著功率的增加，路徑必須縮短。為了達到長途運輸?shù)男Ч?，有必要提升運輸能力。

（六）選擇合適的線路

設(shè)計時應(yīng)考慮電線和電纜的橫截面積，如果選擇的橫截面太小，可能電纜壽命會縮短，甚至導(dǎo)致停電，選擇的橫截面積太大，將無法達到預(yù)期的能源和減排效果，導(dǎo)致成本增加。線路越長，損耗越大，所以設(shè)計時應(yīng)根據(jù)實際情況選擇最好的線路提供直流電，減少能量損失，另外，還需要對線路電阻進行良好的控制。

（七）減少電動機的電能損耗

在電力系統(tǒng)和配電系統(tǒng)中，電動機是重要組成部分，所以需要不斷提高電動機的功率和效率以降低損耗。在供配電正式設(shè)計之前，應(yīng)充分考慮綜合性能，以選擇合理高效的發(fā)動機。異步電動機是工業(yè)企業(yè)發(fā)展中常用的電動機，根據(jù)相關(guān)研究，異步電動機的功率因數(shù)與效率密切相關(guān)，目前，異步電動機的功率因數(shù)和運行效率都有了顯著提高。

（八）采取其他的人工無功率的補償措施

在供配電系統(tǒng)中，可以通過不斷提高系統(tǒng)功率來實現(xiàn)減少線路損耗，人工無功率補償提供了更大的靈活性，并根據(jù)電網(wǎng)和配電網(wǎng)的具體情況采取具體方式?？筛鶕?jù)功率大小選擇適當(dāng)?shù)难a償裝置，對高壓電容器的一部分進行補償或?qū)σ恍┑蛪弘娙萜鬟M行補償。

五、結(jié)語

供配電系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，為了減少電力能源的輸送損耗、保證輸送效率，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，進行供配電節(jié)能設(shè)計十分必要。本文針對性地提出了線路節(jié)能設(shè)計、照明節(jié)能設(shè)計、平衡三相負(fù)荷等實用方法，能夠為一線設(shè)計人員提供參考。但如何通過供配電節(jié)能設(shè)計提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，仍需因地制宜進行研究。此外，新尖技術(shù)在供配電節(jié)能設(shè)計的應(yīng)用也將成為未來重點研究方向。