第3節(jié)輸配電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

第三節(jié)輸配電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

輸配電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

概述電力系統(tǒng)的組成、基本要求，工廠供電系統(tǒng)簡(jiǎn)介減少輸電線路的損耗減少輸電線路運(yùn)行中的損耗輸電導(dǎo)線、電纜節(jié)能分析推廣應(yīng)用節(jié)能型變壓器普及現(xiàn)代靜止無(wú)功補(bǔ)償研發(fā)新型輸電導(dǎo)線供配電系統(tǒng)的節(jié)能措施供配電系統(tǒng)的節(jié)能發(fā)展趨勢(shì)配電變壓器的節(jié)能技術(shù)供電系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)諧波的抑制技術(shù)諧波的危害知識(shí)結(jié)構(gòu)：供配電系統(tǒng)的諧波抑制技術(shù)一、了解內(nèi)容（一）電力系統(tǒng)的基本組成：電力系統(tǒng)是由發(fā)電機(jī)、變壓器、電力線路、用戶(hù)等組成的供電系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)主要將其他能量轉(zhuǎn)換成電能。升壓變壓器把發(fā)電機(jī)發(fā)出的低壓電能變換為高壓電能，輸電線路輸送電能，降壓變壓器再把電網(wǎng)的高壓電能轉(zhuǎn)換為低壓電能，以方便用戶(hù)使用。一般把輸電及配電網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為電力網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)稱(chēng)電網(wǎng)；輸電的主要功能是大容量、遠(yuǎn)距離傳送電能。（二）電力系統(tǒng)的基本要求

1.保證發(fā)供電的可靠性電力系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)系統(tǒng)供電的中斷，將使工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)停頓，生活發(fā)生混亂，可能會(huì)造成嚴(yán)重的后果和無(wú)法挽回的經(jīng)濟(jì)損失。

2.保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性在保證電力系統(tǒng)安全可靠發(fā)電、供電及電能質(zhì)量達(dá)到一定指標(biāo)的前提下，應(yīng)當(dāng)合理安排各類(lèi)發(fā)電廠的負(fù)荷，力求降低能源消耗以及電網(wǎng)的配電功率損耗，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.最大限度地滿(mǎn)足用戶(hù)的用電需要。

4.保證良好的電能質(zhì)量表征電能質(zhì)量的主要指標(biāo)是電壓、頻率和波形。我國(guó)電力系統(tǒng)的額定頻率是50Hz，電網(wǎng)容量在300萬(wàn)kW以上的，規(guī)定的允許偏差為±0.2Hz；電網(wǎng)容量在300萬(wàn)kW及以下的，允許偏差±0.5Hz。我國(guó)電力系統(tǒng)的額定電壓有：低壓?jiǎn)蜗酁?20V，三相為380V；高壓為10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV。為了保證用電設(shè)備的正常運(yùn)行和最佳的經(jīng)濟(jì)性，必須要求電力系統(tǒng)的頻率及電壓值要穩(wěn)定，不能超出允許偏差；電壓波形的畸變要小，包含的諧波成分要低。

（三）工廠供電系統(tǒng)基本組成：

降壓變電所的作用是把電力系統(tǒng)供給的高壓電能，變成用電設(shè)備所需要的較低電能，工廠供電系統(tǒng)是指工廠所需的電力電源從進(jìn)廠起到所有用電設(shè)備電源入端止的整個(gè)線路。工廠供電系統(tǒng)由工廠總降壓變電所、高壓配電線路、車(chē)間變配電所、低壓配電線路及用電設(shè)備組成，然后經(jīng)過(guò)配電裝置和配電線路將電能輸送到各車(chē)間。大型工廠和負(fù)荷較大的中型工廠一般采用35-110kV電源進(jìn)線，中小型工廠一般采用6-10kV電源進(jìn)線。

（四）供配電系統(tǒng)節(jié)能發(fā)展趨勢(shì)

(3種)

1.研發(fā)新型輸電導(dǎo)線，減少輸電線路損耗

在鋁制導(dǎo)線中加入其它微量元素，可以提高導(dǎo)線的性能。碳纖維復(fù)合導(dǎo)線具有重量輕、載流量大、強(qiáng)度高、耐高溫、線損低等優(yōu)點(diǎn)，是最具發(fā)展?jié)摿Φ膶?dǎo)線。

2.推廣應(yīng)用節(jié)能型電力變壓器目前我國(guó)使用硅鋼鐵心變壓器，其自身消耗的電能占全國(guó)發(fā)電量的5%以上，在配電網(wǎng)損耗中，變壓器損耗占60%以上。非晶態(tài)合金是利用快速凝固技術(shù)制造的材料，具有優(yōu)異的軟磁材料，是硅鋼片、坡莫合金以及鐵氧體的換代產(chǎn)品。與同容量配電變壓器的空載損耗相比較，非晶合金配電變壓器空載損耗可下降50%～60%.

3.普及先進(jìn)的現(xiàn)代靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置

目前，無(wú)功補(bǔ)償裝置主要是同步調(diào)相機(jī)和靜止電容器。同步調(diào)相機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢，且成本高，安裝復(fù)雜。靜止電容器方法維護(hù)較方便，裝設(shè)容量可大可小，在我國(guó)是主要的補(bǔ)償裝置。該方法的缺點(diǎn)是無(wú)功功率調(diào)節(jié)性能差?，F(xiàn)代靜止補(bǔ)償裝置主要包括靜止無(wú)功補(bǔ)償器和靜止同步補(bǔ)償器。靜止無(wú)功補(bǔ)償器具有性?xún)r(jià)比高、技術(shù)成熟、損耗很小、相應(yīng)時(shí)間短，不會(huì)產(chǎn)生諧振，產(chǎn)生諧波含量少，所需電容器、電抗器容量小，能在一定范圍內(nèi)提供有功功率，運(yùn)行過(guò)程中電磁噪聲很低。二、理解要點(diǎn)

(一)供配電系統(tǒng)諧波產(chǎn)生的原因：電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，使得電力系統(tǒng)中電壓和電流的波形發(fā)生較嚴(yán)重的畸變，產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波問(wèn)題，產(chǎn)生諧波的主要裝置有：晶閘管整流設(shè)備、變頻裝置、電弧爐、電石爐、逆變電焊機(jī)、熒光燈、高壓汞燈等氣體放電燈等。

二理解要點(diǎn)

（二）

諧波的危害有四個(gè)方面：

1.增加了輸、供和用電設(shè)備的電能損耗，降低了設(shè)備的運(yùn)行效率。

2.影響電力測(cè)量的準(zhǔn)確性，增加電能的計(jì)量誤差。

3.影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的工作可靠性，容易造成系統(tǒng)事故。

4.造成通訊混亂、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生錯(cuò)誤。三、掌握重點(diǎn)（一）減少輸電線路的損耗（4個(gè)方面P64)在供電系統(tǒng)中減少線路損耗是提高輸電效率的重要途徑，

1.采用高壓或超高壓輸電。對(duì)于相同的功率，電壓升高一倍，則電流減少一半，電流在導(dǎo)線中產(chǎn)生的熱量只有原來(lái)的四分之一，電壓越高線路損耗就越少。

2.減少變壓級(jí)數(shù)。輸電電壓每經(jīng)一次電壓變換，大約要消耗1%～2%的有功功率，所以減少輸電電壓等級(jí)可減少損耗。

3.合理配置變壓器。避免變壓器長(zhǎng)期輕載、滿(mǎn)載、超載運(yùn)行，一般變壓器容量的選擇保證負(fù)荷在65%～75%時(shí)效率最高。

4.安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，可以提高輸、配電系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低系統(tǒng)的電能損耗，改善電網(wǎng)質(zhì)量；補(bǔ)償原則是分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡；補(bǔ)償方式有變電所高壓集中補(bǔ)償、線路補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償三種方式。

（二）減少輸電線路運(yùn)行中的損耗(4個(gè)方面)

1.調(diào)整電壓。在保證二次電壓的前提下，應(yīng)盡量提高變壓器的電壓分接檔位，以減小鐵損。

2.三相負(fù)載要平衡。如果三相負(fù)載不平衡，將增加線路損耗。

3.處理好導(dǎo)線接頭，減少導(dǎo)線接頭的接觸電阻，降低線路損耗。措施有在接頭處加涂導(dǎo)電膏及將點(diǎn)與點(diǎn)的接觸變成面與面的接觸。

4.實(shí)施經(jīng)濟(jì)調(diào)度。應(yīng)制定各變電所變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行曲線，對(duì)變壓器及時(shí)投切，使變壓器保持最佳運(yùn)行狀態(tài)，合理分配調(diào)度有功、無(wú)功負(fù)荷，使電網(wǎng)的線損進(jìn)一步降低。（三）配電變壓器的節(jié)能技術(shù)

1、變壓器的能耗分析變壓器的損耗主要有銅損和鐵損兩部分組成，為了計(jì)算每臺(tái)變壓器的損耗，引入了空載損耗和短路損耗。（1）空載損耗：指變壓器沒(méi)有外接負(fù)載時(shí)，變壓器從電源吸取的功率?？蛰d損耗的絕大部分是鐵芯損耗（即鐵損），只有極少部分是變壓器原邊繞組電阻產(chǎn)生的銅損，一般變壓器在空載時(shí)銅損占空載損耗的比例相對(duì)較小，一般不超過(guò)2%。當(dāng)電源電壓一定時(shí)，鐵損是個(gè)恒定值，基本上等于空載損耗，與負(fù)載的性質(zhì)、大小無(wú)關(guān)。（2）短路損耗變壓器短路損耗是變壓器在額定運(yùn)行下，其原邊產(chǎn)生的功率損耗（即銅損）,變壓器的銅損主要取決于負(fù)載電流的大小，變壓器在額定負(fù)載下的銅損，近似等于變壓器的短路損耗。變壓器的銅損與負(fù)載的大小和性質(zhì)有關(guān)，若知道負(fù)載電流的大小，即可算出任意負(fù)載時(shí)變壓器的銅損。2、變壓器的選擇和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行（1）采用節(jié)能型變壓器，如S10、S11、S13型。

(2)合理選擇并聯(lián)變壓器的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，變壓器單位容量的有功損耗最小時(shí)的負(fù)荷稱(chēng)為變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷，變壓器經(jīng)濟(jì)負(fù)荷與變壓器額定容量之比稱(chēng)為變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率。多臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，合理選擇變壓器的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，可使變壓器處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。假如是n臺(tái)變壓器，判別運(yùn)行n臺(tái)經(jīng)濟(jì)還是運(yùn)行n-1臺(tái)經(jīng)濟(jì)的臨界負(fù)荷計(jì)算公式為:式中:SN-單臺(tái)變壓器的額定容量；n-變壓器臺(tái)數(shù)；△P0——變壓器空載有功功率；△Q0——變壓器空載無(wú)功功率；Kq——無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量；△Pk——變壓器額定負(fù)載損耗；△QN——變壓器額定負(fù)載時(shí)的無(wú)功損耗。

計(jì)算步驟是首先根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況計(jì)算出用電總負(fù)荷S，然后查閱變壓器有關(guān)參數(shù)，根據(jù)公式求出n臺(tái)變壓器的臨界負(fù)荷Scr。如果S＞Scr，則運(yùn)行n臺(tái)變壓器，如果S＜Scr，則運(yùn)行n-1臺(tái)變壓器。

例題：某廠變電所裝有兩臺(tái)S9-250/10型變壓器。已知變壓器參數(shù)為：△P0=0.56kW，空載電流百分值I0(%)=2.6，△Pk=3.05kW，短路電壓百分值Uk

（%）=4.0，Kq取0.1。試決定當(dāng)總負(fù)荷S=160kVA時(shí)，應(yīng)采用幾臺(tái)變壓器運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)?解：根據(jù)變壓器參數(shù)可求得：

由于有兩臺(tái)變壓器，n=2。經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷為：由于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷大于實(shí)際總負(fù)荷160kVA，所以選用一臺(tái)變壓器運(yùn)行較為經(jīng)濟(jì).（四）供電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償容量的選擇

對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，可以減少線路損耗。假設(shè)配電網(wǎng)年中最大負(fù)荷月份平均有功負(fù)荷為Ppj，補(bǔ)償前的功率因數(shù)為補(bǔ)償后的功率因數(shù)提高到，則補(bǔ)償容量為：

例題(P69)：某用戶(hù)為兩班制生產(chǎn)，最大負(fù)荷月份有功用電量為75000kWh，無(wú)功電量為68170kvar.h，求該戶(hù)的月平均功率因數(shù)是多少？若將功率因數(shù)提高到0.9，需裝電容器組的補(bǔ)償容量是多少？解：根據(jù)月無(wú)功和有功用電量，其功率因數(shù)為：

因?yàn)橛脩?hù)為兩班制生產(chǎn)，即每日生產(chǎn)16小時(shí)，其有功功率為：（kW）總的無(wú)功補(bǔ)償容量為：所以該用戶(hù)（五）抑制諧波的措施(3方面)

諧波抑制就是限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流，將系統(tǒng)諧波電壓控制在允許的范圍內(nèi)。1.采用無(wú)源濾波器原理是為諧波提供一條低阻抗路徑，保留基波分量，而諧波通過(guò)濾波器短路；優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單設(shè)備投資少，運(yùn)行可靠性高，可以改善電網(wǎng)功率因數(shù)。缺點(diǎn)是頻帶窄、體積大、損耗大。

2.有源