電力工程10kV配電設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施研究

曹 倩 劉 峰

（徐州市三新供電服務(wù)有限公司邳州分公司）

0 引言

在中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，用電需求不斷增加。但在電力供應(yīng)過程中，由于受到各種因素的制約，電力能源浪費(fèi)現(xiàn)象非常嚴(yán)重，不僅與我國綠色節(jié)能發(fā)展理念背道而馳，而且對(duì)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展不利。配電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有極其重要的推動(dòng)作用，施工單位在開展日常施工作業(yè)時(shí)，經(jīng)常需要結(jié)合實(shí)際情況合理選線，并根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)應(yīng)用配電線路，這不僅可以有效減少施工單位成本支出，還可以為我國社會(huì)發(fā)展做出極其重要的貢獻(xiàn)。

1 節(jié)能在電力工程10kV配電設(shè)計(jì)中的重要性

在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，我國對(duì)電力資源的需求也在大幅度增加，不僅造成了我國電力企業(yè)壓力的大幅度提升，也使得電力工程建設(shè)過程中的一些問題日益凸顯。經(jīng)過有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，目前我國在電力建設(shè)中存在著很多不足，這些不足直接造成了我國電能利用率很低。針對(duì)這一情況，在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，需要重視對(duì)能源利用率的提高，并采取合理高效的節(jié)能措施來解決電力工程中出現(xiàn)的各類問題。

現(xiàn)階段我國電力系統(tǒng)中，10kV配電線路由于存在覆蓋面積廣、線路較長(zhǎng)、設(shè)備性能參差不齊等諸多問題，在實(shí)際應(yīng)用和工作中存在著電能耗損嚴(yán)重等現(xiàn)象，直接嚴(yán)重影響著我國電力資源利用率，不利于綠色、節(jié)能、減排理念在我國的推廣。正因如此，我國應(yīng)加強(qiáng)對(duì)10kV配電設(shè)計(jì)中節(jié)能措施的運(yùn)用，切實(shí)降低電能耗損這一難題，真正達(dá)到長(zhǎng)期節(jié)能降耗的目的，推動(dòng)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展［1］。在實(shí)際開展相關(guān)工作過程中，有關(guān)工作人員要根據(jù)現(xiàn)階段我國電力行業(yè)中的實(shí)際狀況，采取合理高效的節(jié)能措施來優(yōu)化10kV配電設(shè)計(jì)方案。努力把節(jié)能措施貫穿到10kV配電設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)中，極大地提升節(jié)能工作效率與質(zhì)量，促進(jìn)電力資源利用率提高，切實(shí)把綠色節(jié)能可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略落到實(shí)處。

將10kV配電線路更換為大截面的導(dǎo)線，能夠有效降低線路的電阻，滿足供電需求，既保證輸送負(fù)荷不變，又能實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，功率損耗的計(jì)算公式為：P＝3I2R×10－3，將換線前電阻設(shè)為R1，換線后電阻設(shè)為R2，則降低的功率損耗百分比為：P%＝（P1－P2）／P1×100%＝3I2（R1－R2）×10－3／（3I2R1×10－3）×100%＝（1－R2／R1）×100%。

假設(shè)每千瓦時(shí)電價(jià)是a元，不同截面電纜每米的價(jià)格相差b元，增大導(dǎo)線截面之后，減少的電費(fèi)M和增加的投資N分別是：M＝Wx×a（元），N＝b×L（元）。其中Wx是有功電能損耗的下降值，L是電纜長(zhǎng)度，使用四芯電纜進(jìn)行埋地敷設(shè)。計(jì)算出電流在環(huán)境溫度30℃時(shí)的載流量。增大截面后節(jié)約的電能見表1。

表1 增大截面后節(jié)約的電能

2 電力工程建設(shè)10kV配電設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析

10kV配電網(wǎng)絡(luò)作為全電的末端環(huán)節(jié)，其變壓器數(shù)量眾多，輸電線路密布，線路錯(cuò)綜復(fù)雜，其網(wǎng)損在全電中占有較大比重。要想達(dá)到降低變壓器能耗的目的，最重要的方法就是優(yōu)化配電線路和做好變壓器的選擇。從10kV配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可清楚地看到，一方面有些配電站沒有把它布置在負(fù)荷中心位置上，這樣不僅會(huì)導(dǎo)致供電距離的延長(zhǎng)，而且還會(huì)損壞供電線路，降低供電效率和供電質(zhì)量。另一方面，一些電廠過于簡(jiǎn)單地追求電力供應(yīng)的實(shí)時(shí)性，而忽視了正確選取變壓器的容量，所以若選擇大容量變壓器，工作時(shí)線路中會(huì)有迂回問題產(chǎn)生，這將導(dǎo)致電能浪費(fèi)嚴(yán)重的結(jié)果。加之配電線路沒有得到合理排布，會(huì)導(dǎo)致相關(guān)損失，具體如下：

（1）輸電線路損耗起伏大，管理和防控能力不強(qiáng)

例如配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)過弱，電網(wǎng)互聯(lián)互通能力不足，再者，由于沒有對(duì)變電站配網(wǎng)線路進(jìn)行有效、必須的支撐，這就很容易造成配網(wǎng)運(yùn)行中的電能浪費(fèi)。除此之外，還有一些輸電線路老化嚴(yán)重，與此同時(shí)，也存在著大量的配電變壓器容量與用電負(fù)載不匹配的問題，當(dāng)負(fù)荷發(fā)展到一定水平后，需要提高變壓器容量，而變壓器容量的提高將造成經(jīng)濟(jì)損失。

（2）功率因數(shù)過低，造成電能損失

輸送功率時(shí)功率因數(shù)過低，會(huì)使電能流失，供電線路損耗加大，為了降低損耗，需要加大線路橫截面積，但這會(huì)使成本提高。

（3）發(fā)生了較為嚴(yán)重的局部竊電情況

整個(gè)社會(huì)用電環(huán)境仍需加大整頓力度，個(gè)別動(dòng)力戶、商戶繞表布線，私自改變計(jì)量倍率和布線方式，或者私自改變計(jì)數(shù)器變速比等，導(dǎo)致電流電壓短路、開路的結(jié)果，也因此對(duì)供電企業(yè)線損率乃至經(jīng)濟(jì)利益產(chǎn)生直接的影響。

3 電力工程10k V配電設(shè)計(jì)節(jié)能措施

在進(jìn)行電力項(xiàng)目的施工過程中，在10kV配電設(shè)計(jì)中，應(yīng)該主動(dòng)地將節(jié)能措施貫徹到實(shí)際工作中，在實(shí)際工作中，應(yīng)該從供電線路、變壓器以及其它相關(guān)的各個(gè)環(huán)節(jié)來貫徹執(zhí)行，從而推動(dòng)電力工程穩(wěn)步發(fā)展。

3.1 遵循設(shè)計(jì)基本準(zhǔn)則

電廠供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)若離開了基本準(zhǔn)則，即使再先進(jìn)可靠，也不合理，所以工作人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該根據(jù)電廠的實(shí)際狀況進(jìn)行設(shè)計(jì)，在供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)中采用失效模式分析方法，針對(duì)檢測(cè)出的可能存在的隱患與問題進(jìn)行防范，認(rèn)真地思考各種影響因素的應(yīng)對(duì)措施，從而減少了設(shè)計(jì)失誤，提高了電路的設(shè)計(jì)質(zhì)量。一般而言，電站供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)應(yīng)該遵守如下幾個(gè)原則：以人為本的安全性原則。任何項(xiàng)目設(shè)計(jì)無論其大小及是否重要，都建立在安全這一基本前提之下，如果安全很難得到保證，效益也就無從談起。所以，電廠外部工作電壓設(shè)計(jì)值應(yīng)該小于人體安全電壓，并保持穩(wěn)定，這樣，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障后以便于工作人員安全地進(jìn)行檢修維護(hù)工作。對(duì)電氣設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)來說，既要能夠?qū)φw及部分系統(tǒng)進(jìn)行有效地控制，又要有出色且可靠的切斷功能，以確保電路的安全操作。當(dāng)前電廠已經(jīng)陸續(xù)使用智能化電氣設(shè)備，盡管其性能與效率都有顯著提高，但是同時(shí)也會(huì)加大成本支出，因此，電氣設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)以不降低設(shè)備功能與要求為前提，在電氣設(shè)備選型上綜合權(quán)衡、優(yōu)化部署，盡可能選用性價(jià)比較好的設(shè)備，以達(dá)到以最少的投資獲得最大收益的目的。環(huán)保節(jié)能原則。電氣系統(tǒng)在運(yùn)行過程中不僅要有能源作為支撐，同時(shí)還會(huì)造成一定程度的污染，因此為了響應(yīng)我國節(jié)能環(huán)保理念，就必須選擇低功耗、少污染的電氣設(shè)備，通過節(jié)約電能來降低污染和增加電廠供配電電氣系統(tǒng)的綜合效益［2］。

3.2 配電線路設(shè)計(jì)的合理性

10kV配電線路實(shí)際工作中所造成的線路損耗占總電能損耗的比重較大，所以在10kV配電線路的設(shè)計(jì)部分，具有較廣泛的節(jié)能空間，線路設(shè)計(jì)時(shí)注重高效合理的節(jié)能措施可以顯著提高10kV配電系統(tǒng)節(jié)能效果。

線路設(shè)計(jì)節(jié)能措施可從兩方面進(jìn)行，即增加電纜橫截面積和使用節(jié)能型輔助手段。第一種方法通過相關(guān)測(cè)損試驗(yàn)認(rèn)為，在相同的環(huán)境溫度和相同的電纜型號(hào)條件下，由于增加了電纜截面面積，電纜的長(zhǎng)度呈下降趨勢(shì)，因而可以獲得較好的節(jié)能效果。第二種方式則以使用節(jié)能器為主，輔助提高配電網(wǎng)的節(jié)能率。使用懸掛線卡、抗張線夾、并溝線卡、抗沖擊錘子和與電線相連接的鐵磁金屬，在磁場(chǎng)的影響下，很可能會(huì)出現(xiàn)磁滯損耗和渦流損耗，如果情況比較嚴(yán)重，還會(huì)對(duì)電線產(chǎn)生破壞。因此，在選擇必要的電力系統(tǒng)金具的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇低磁或者無磁類型。另外，利用適當(dāng)?shù)姆椒芸针娏€路絕緣導(dǎo)線，還可以增加電力供應(yīng)的穩(wěn)定性，從而達(dá)到促進(jìn)電力效率提高的效果。使用該方法可以有效地節(jié)約電力系統(tǒng)的線路空間和方便部分線路的通過，同時(shí)可節(jié)約線路材料的使用量，降低供電間斷的數(shù)量，還利于后期電力維保［3］。

3.3 變壓器的節(jié)能

變壓器是10kV配電系統(tǒng)中的核心部件，其在實(shí)際使用過程中需要耗費(fèi)大量電力資源，因此強(qiáng)化變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)刻不容緩。電力企業(yè)應(yīng)注重節(jié)能型變壓器的選型使用，當(dāng)前國內(nèi)較受歡迎的節(jié)能型變壓器大致分為非晶合金變壓器和超導(dǎo)變壓器兩大類。非晶合金變壓器所采用的材質(zhì)主要是非晶合金材料，這種材質(zhì)在具體應(yīng)用時(shí)可以在很短時(shí)間內(nèi)冷卻1300℃高溫鋼水，將其溫度降至200℃以下而極速固化金屬原子，所以相對(duì)于一般硅鋼材料，非晶合金材料有較大的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。非晶合金和硅鋼性能比較見表2。

表2 非晶合金與硅鋼的性能對(duì)比

由表2數(shù)據(jù)可見非晶合金材料軟磁特性較高，比一般硅鋼變壓器尺寸小、能耗少，同等條件下，它空載能源消耗量?jī)H為一般硅鋼變壓器空載能耗的20%。此外，單相非晶合金變壓器在具體的制作中主要采用框形結(jié)構(gòu)，三相非晶合金變壓器在具體的制作中主要采用4個(gè)框形結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式（如圖1所示）。在10kV配電設(shè)計(jì)中采用此類非晶合金變壓器可大大提高10kV配電系統(tǒng)的節(jié)能效果［4］。

圖1 三相非晶合金變壓器鐵心結(jié)構(gòu)圖

3.4 采用無功補(bǔ)償技術(shù)和合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)布置

為達(dá)到節(jié)能的目的，10kV配電設(shè)計(jì)也可采用無功補(bǔ)償?shù)姆绞?，該方式包括如下兩種形式：一種是就地平衡，即在母線的內(nèi)側(cè)布置并聯(lián)電容器，并對(duì)電容補(bǔ)償柜進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝，以此為基礎(chǔ)達(dá)到節(jié)能的目的；另一種是就地單獨(dú)補(bǔ)償，可用于復(fù)合較多電氣設(shè)備。在此基礎(chǔ)上，還要合理地布置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，電路安裝中應(yīng)注意電力設(shè)計(jì)安裝等內(nèi)容。在供出相同負(fù)荷時(shí)，電纜橫截面積較小時(shí)線路的消耗較大。電源應(yīng)盡可能地設(shè)計(jì)到負(fù)荷的中心位置，當(dāng)計(jì)算負(fù)荷中心時(shí)，應(yīng)使兩側(cè)的負(fù)荷距離相同。因此，在電線布局設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能使電線間保持一定間距。特別對(duì)于城鄉(xiāng)配電網(wǎng)而言，應(yīng)盡快解決這一供電問題，減少因不合理供電方式所形成的網(wǎng)絡(luò)損失，并以此為基礎(chǔ)達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)，推動(dòng)我國電力事業(yè)穩(wěn)步發(fā)展［5］。無功補(bǔ)償示意圖如圖2所示。

圖2 無功補(bǔ)償示意圖

4 結(jié)束語

總之，在我國城市化進(jìn)程不斷發(fā)展中，城市配網(wǎng)建設(shè)和農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)水平都有顯著提高，對(duì)改善用戶工作和生活水平有著重大意義。電力工程節(jié)能減排工作主要是從10kV配電網(wǎng)入手，而解決其配電網(wǎng)能耗損失量較大以及配電設(shè)計(jì)當(dāng)中怎樣進(jìn)行節(jié)能的問題則是當(dāng)前我們要關(guān)注的重點(diǎn)。電力事業(yè)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，它關(guān)系到各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)產(chǎn)業(yè)的順利發(fā)展。而電力系統(tǒng)中配電線路設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞將直接關(guān)系到電力工程質(zhì)量水平的高低，所以需要綜合考慮其設(shè)計(jì)重點(diǎn)，從而確保配電線路能夠得到有效運(yùn)用，順利進(jìn)行。