供配电系统节电技术措施

发布时间：2019-09-25 14:54:00

作者：瑞泽能源

降低供配电系统的线损及配电损失，最大限度的减少无功功率，提高电能的利用率，是当前建筑电气领域中节电的重要课题之一。为了实现这一目标，采取了如下措施：选择及合理使用节电配电变压器、减少线路损耗、提高功率因数、平衡三相负荷、抑制谐波等技术措施，不仅节电10%~20%或以上，同时安全可靠，绿色环保，改善了用电环境，净化了电路，还有效地延长了用电设备的使用寿命。

　　降低供配电系统的线损及配电损失，最大限度的减少无功功率，提高电能的利用率，是当前建筑电气领域中节电的重要课题之一。为了实现这一目标，采取了如下措施：选择及合理使用节电配电变压器、减少线路损耗、提高功率因数、平衡三相负荷、抑制谐波等技术措施，不仅节电10%~20%或以上，同时安全可靠，绿色环保，改善了用电环境，净化了电路，还有效地延长了用电设备的使用寿命。

　　1选择及合理使用高效节电非晶合金配电变压器

　　1.2低压箔绕线圈

　　(1)采用进口优质铜箔及H级绝缘材料绕制在成型绝缘筒上，层绝缘采用NOMEX纸，改善径向短路力承受能力，VPI真空压力浸渍成坚固整体，上下端部采用树脂端封，防尘、防潮、防盐雾能力强。

　　(2)引线铜排、铜箔经专用设备采用氩弧焊接，提高了铁芯的空间利用率，增强产品的抗短路能力，消除螺旋角，减小轴向受力。

　　(3)线圈机械强度高，局放降低。

　　1.3高压缠绕线圈

　　(1)高压线圈直接套绕在低压线圈上，装配时绕组支撑在单独的绕组系统上并压紧固定，这样可以使铁芯不受压力，减少了变压器短路时径向的内缩和扩大，从而有效地保证了变压器的抗短路能力。采用多层分段圆筒式，纵向多气道结构，抗热抗冲击能力强，耐突波能力强。

　　(2)采用NOMEX纸包扁铜线做导体，以NOMEX纸做层绝缘，以H级材料作端部绝缘经VPI真空压力浸渍高温烘焙固化成型，上下端部采用树脂端封，防尘、防潮、防盐雾力强。

　　(3)线圈机械强度高，散热性能好。

　　该产品的性能特点如下：

　　(1)高效节电——产品由于采用非晶合金铁芯制作及创新的三相三柱制造工艺，铁损大幅度下降，空载损耗约为常规干变的25%左右。投资非晶合金铁芯虽然初期投资较高，但是非晶合金变压器由于其超高效率、节约能源的特性，在平均负载60%的情况下，3~5年内可回收额外投资，在变压器30年寿命中可节约可观的电费支出。

　　(2)可靠性高——产品满足国家标准GB1094.11-2007、GB/T22072-2008以及IEC60076-11标准、产品为H级(工作温度180°C)耐热等级，而它的主要绝缘材料却是C级(工作温度220°C)的，留有较大的裕度;能承受恶劣条件的储存、运输;能在恶劣条件下(包括气候、地理环境)正常运行;有比一般干式变压器更强的过负载能力;有很好的抗短路能力;变压器在正常使用情况下可免维修。

　　(3)安全性好——变压器在使用中不会助燃，能阻燃、不会爆炸及放出有害气体，变压器在使用时，不会对环境和其它设备特别是对人身造成危害。

　　(4)环保性好——产品在制造、运输、储存、运行时不会对环境造成污染;产品在使用寿命结束后，线圈可以回收，资源可以重新利用，不会对环境造成危害;另外创新的铁芯结构及先进的制造工艺，确保非晶变压器噪音低于现行国家标准4~5dB，成功攻克了非晶合金变压器噪音大的难题。

　　高效节电给投资非晶合金变压器带了巨大的经济效益。从表1可以看出，SCRBH15系列非晶干式变压器负载损耗略低于普通10型干式变压器，但是空载损耗平均比普通干式变压器空载损耗低70%左右，是目前空载损耗最低，最为节电型变压器，节电效果非常显著，带来了巨大的经济效益。

　　下面对非晶合金15型与常规10型系列同容量变压器在经济效益进行比较(以1250kVA为例)，经济效益10年运行电量是衡量变压器节电效果的主要指标，计算公式为：

　　B=C×Th×Ty×(Po+Pk×β^2)

　　其中，B—变压器损耗费用;

　　C—电价(根据各地区实际电价为准);

　　Th—全年运行小时数;

　　Ty—运行时间，取10年;

　　Po—空载损耗，kW;

　　Pk—负载损耗，kW;

　　β—负载率，取0.6.

　　按照上式计算，1250kVA非晶合金变压器10年运行电量为383092kWh,而常规10型干变的10年运行电量为514226kWh，两者比较，非晶合金产品比10型常规产品10年动行节电131134kWh.按照目前非晶变压器与普通干式变压器性价比，多余投资非晶变压器费用将在3~5年内回收，根据变压器正常寿命30年期限计算，非晶变压器寿命期限可节电393402kWh.因此，从长远考虑，投资非晶合金干式变压器可以获得巨大的经济效益，是未来配电变压器理想的替代产品。

　　选择好了最节电的非晶合金变压器后，还要考虑到合理的使用它，使它运行在最合理的负载率区间内。我们知道，变压器的铁损不随负荷变化，而铜损则与通过电流的平方成正比。在变压器运行中，我们通常以空载损耗和负载损耗为衡量变压器损耗的两个重要参数。变压器制造厂设计负载系数在40%~60%范围内处于经济运行区;额定容量30%以下的轻载或者空载时经济性最差;50%的负载率不是节电的最佳状态，考虑到初装费、变压器、低压柜、土建投资及各项运行费用，又要考虑变压器在使用期间内预留适当的容量，变压器的负载率在75%~85%之间较为合理，是变压器的经济运行区间。这样既充分利用了变压器容量，又减少了其它投资。在设计中，计算负荷一般偏大，负荷系数偏小。如深圳市某写字楼原采用4台变压器，其中3台1250kVA变压器，1台630kVA变压器。整改后，减了1台1250kVA变压器，每月节省变压器初装费30000元(1250×24=30000)，一年节约变压器初装费360000元，同时还减少了一台变压器的空载损耗。又如深圳某小区，原采用6台1000kVA变压器，整改后为4台。6台变压器的损耗为6×13kW=78kW,减少2台后为52kW，减少有功损耗26kW.经过计算，年节约费用为150000元，同时还节省了两台变压器的投资费用。在上述两个案例中，整改前变压器的负荷率均小于60%，整改后变压器的负荷率均约为85%.除选用节电变压器外，在变配电所设计时选用两台或两台以上变压器，中间增加联络柜，这样既提高了供电的可靠性，又可以根据电气设备的负荷情况及非空调季节的实际情况决定，投入变压器的运行台数。上述设计理念，降低了变压器的电能损耗。

　　2尽量减少线路和配电设备的电能损失

　　2.1尽量减少导线长度

　　变配电所尽量靠近负荷中心。低压线路供电半径一般不宜超过200m，负荷密集地区不宜超过100m;负荷中等密集地区不宜超过150m;少负荷地区不宜超过250m;低压柜出线回路及配电箱出线回路尽量走直线，少走弯路，不走或少走回头线;同时，在高层建筑中，变配电室应靠近电气竖井，以减少主干线(电缆或插接母线)的长度。对于面积大的高层建筑，电气坚井尽可能设在中部或两端，以减少水平电缆敷设长度。

　　2.2增大导线截面

　　对于较长线路，在满足载流量热稳定，保护配合及电压降要求的前提下，加大一级导线的截面，可使线路损耗减少。尽管线路费用增加，由于节约了电能，减少了年运行费用。估算2~3年内可收回因增加导线截面而增加的费用。因此，加大导线截面的投资是值得的。

　　2.3配电设备的级数尽可能少

　　3平衡三相负荷

　　在低压线路中，由于存在单相以及高次谐波的影响，使三相负荷不平衡。三相电压或三相电流不平衡会对供配电网络造成一系列危害。主要有以下几点：

　　(1)影响变压器、电机的安全经济运行;

　　(2)引起供配电网络相线及零线电能损耗加大;

　　(3)影响计算机正常工作。引起照明灯寿命缩短(电压过高)或照度偏低(电压过低)以及电视机的损坏等;

　　(4)对于通信系统，会增大干扰，影响正常通信质量。

　　为了减少三相负荷不平衡造成的能耗，应及时调整三相负荷，使三相负荷不平衡度符合下述规程规定：“要求配电变压器出口处的电流不平衡度不大于10%，干线及支线首端的不平衡度不大于20%，中性线的电流不超过额定电流的25%”以及“三相配电干线的各项负荷分配平衡，最大相负荷不宜超过三相负荷平均值的115%，最小相负荷不宜小于三相负荷平均值的85%”.

　　要解决三相电压或三相电流的不平衡度，首先，设计时尽量使三相负荷平衡。同时可以采用调节单相电压及采用滤波器抑制谐波的方法。最好的方法是采用省电装置来平衡三相电压或三相电流。该省电装置能使线电压或线电流的不平衡度小于2%，零线上电流极小，使三相电压或三相电流基本平衡，从而大大减少了相线及零线上的电能损耗。

　　4抑制谐波

　　供配电系统中的电能质量是指电压、频率和波形的质量。电压波形是衡量电能质量的三个主要指标之一。早在20世纪70年代，欧洲等发达国家已禁止纯电容补偿设备进入电网。随着各类电力电子设备在工业与民用建筑中日益广泛应用，由此产生的谐波电流对供配电系统的巨大影响，引起了人们的高度关注及重视。谐波电流的存在不仅增加了供配电系统的电能损耗，而且对供配电线路及电气设备产生危害。谐波的危害表现为：

　　(1)谐波能使电网的电压及电流波形产生畸变，不仅降低了供配电网的电压，产生无功损耗，而且严重干扰了电子设备及电器控制设备的稳定与安全运行。

　　(2)谐波电流会导致变压器铜耗、铁耗、噪声增大、温度升高，迫使变压器基波负载容量下降。

　　(3)电容器与供配电的感性负载构成并联或串联回路，这很可能发生共振，放大谐波电流或电压，使电网电压升高，通过电容器损耗功率增大。在谐波严重情况下，会使电容器击穿，甚至爆炸。

　　(4)随着谐波次数高频率上升，集肤效应越明显，从而导致电缆的交流电阻增大，使得电缆的允许通过电流减少，电缆的介质损耗增加。从而加速电缆绝缘老化，发生单相接地故障的次数明显增加。

　　(5)谐波电流会增加异步电动机的附加损耗，降低效率，严重时使电机过热。

　　(6)谐波电流会使断路器的额定电流降低，可能使断路器异常发热，出现误动作或不动作。同时谐波电流会影响电力测量的准确性。

　　为了避免补偿电容器组与系统产生并联和串联谐波，应采用调谐滤波电容器组进行无功补偿。串联调谐电抗器的电容器组在基波频率下呈容性，即电容器起主导作用，这样可以进行功率因数补偿;在谐波频率下呈感性，调谐电抗器起主导作用，这样可以防止谐波放大，同时也抑制了谐波。

　　谐波的产生给供配电系统带来危害，让人们意识到抑制谐波的重要性及迫切性。为了抑制谐波，通常在变压器低压侧或用电设备处设置有源滤波器、无源滤波器，或将有源滤波器及无源滤波器混合使用。通过上述措施有效滤除中性线和相线的谐波电流，这样不仅净化了电路，而且降低了电能损耗，提高了供电质量，保证了系统的安全可靠运行。

　　5.1应用案例1

　　某钢厂变压器采用7%调谐滤波电容器组进行无功补偿与谐波抑制。对使用调谐滤波电容器组后的电能质量状况进行测试，根据测试结果给出测试报告，分析改善效果。

　　(1)测试说明

　　本次测试选择在负载端进行测试，测试示意图如图1所示。

　　(2)测试数据(投入调谐滤波电容器组后)

　　①功率因数

　　图2记录了变压器有功功率与基波功率因数的变化趋势。

　　图2中，有功功率为零，当负荷投入运行后，有功功率急剧上升，达到1170KW，并趋于稳定。

　　随着有功功率的变化，基波功率因数在经过最初的波动之后也很快趋于稳定，稳定状态时，基波功率因数稳定在0.97(如表2所示)。

　　②谐波

　　投入调谐滤波电容器组后，变压器二次侧5次谐波电流由230.2A下降到162.9A，减少29.2%.

　　(3)效果分析

　　使用调谐滤波电容器组之后，变压器的功率因数提高到0.97;对5次及5次以上各次谐波都起到抑制作用，其中抑制5次谐波能力达到29.2%，达到了预期的效果。