供配電系統節電技術(shù)措施

降低供配電系統的線(xiàn)損及配電損失，最大限度的減少無(wú)功功率，提高電能的利用率，是當前建筑電氣領(lǐng)域中節電的重要課題之一。為了實(shí)現這一目標，采取了如下措施：選擇及合理使用節電配電變壓器、減少線(xiàn)路損耗、提高功率因數、平衡三相負荷、抑制諧波等技術(shù)措施，不僅節電10%~20%或以上，同時(shí)安全可靠，綠色環(huán)保，改善了用電環(huán)境，凈化了電路，還有效地延長(cháng)了用電設備的使用壽命。

　　降低供配電系統的線(xiàn)損及配電損失，最大限度的減少無(wú)功功率，提高電能的利用率，是當前建筑電氣領(lǐng)域中節電的重要課題之一。為了實(shí)現這一目標，采取了如下措施：選擇及合理使用節電配電變壓器、減少線(xiàn)路損耗、提高功率因數、平衡三相負荷、抑制諧波等技術(shù)措施，不僅節電10%~20%或以上，同時(shí)安全可靠，綠色環(huán)保，改善了用電環(huán)境，凈化了電路，還有效地延長(cháng)了用電設備的使用壽命。

　　1選擇及合理使用高效節電非晶合金配電變壓器

　　1.2低壓箔繞線(xiàn)圈

　　(1)采用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)銅箔及H級絕緣材料繞制在成型絕緣筒上，層絕緣采用NOMEX紙，改善徑向短路力承受能力，VPI真空壓力浸漬成堅固整體，上下端部采用樹(shù)脂端封，防塵、防潮、防鹽霧能力強。

　　(2)引線(xiàn)銅排、銅箔經(jīng)專(zhuān)用設備采用氬弧焊接，提高了鐵芯的空間利用率，增強產(chǎn)品的抗短路能力，消除螺旋角，減小軸向受力。

　　(3)線(xiàn)圈機械強度高，局放降低。

　　1.3高壓纏繞線(xiàn)圈

　　(1)高壓線(xiàn)圈直接套繞在低壓線(xiàn)圈上，裝配時(shí)繞組支撐在單獨的繞組系統上并壓緊固定，這樣可以使鐵芯不受壓力，減少了變壓器短路時(shí)徑向的內縮和擴大，從而有效地保證了變壓器的抗短路能力。采用多層分段圓筒式，縱向多氣道結構，抗熱抗沖擊能力強，耐突波能力強。

　　(2)采用NOMEX紙包扁銅線(xiàn)做導體，以NOMEX紙做層絕緣，以H級材料作端部絕緣經(jīng)VPI真空壓力浸漬高溫烘焙固化成型，上下端部采用樹(shù)脂端封，防塵、防潮、防鹽霧力強。

　　(3)線(xiàn)圈機械強度高，散熱性能好。

　　該產(chǎn)品的性能特點(diǎn)如下：

　　(1)高效節電——產(chǎn)品由于采用非晶合金鐵芯制作及創(chuàng )新的三相三柱制造工藝，鐵損大幅度下降，空載損耗約為常規干變的25%左右。投資非晶合金鐵芯雖然初期投資較高，但是非晶合金變壓器由于其超高效率、節約能源的特性，在平均負載60%的情況下，3~5年內可回收額外投資，在變壓器30年壽命中可節約可觀(guān)的電費支出。

　　(2)可靠性高——產(chǎn)品滿(mǎn)足國家標準GB1094.11-2007、GB/T22072-2008以及IEC60076-11標準、產(chǎn)品為H級(工作溫度180°C)耐熱等級，而它的主要絕緣材料卻是C級(工作溫度220°C)的，留有較大的裕度;能承受惡劣條件的儲存、運輸;能在惡劣條件下(包括氣候、地理環(huán)境)正常運行;有比一般干式變壓器更強的過(guò)負載能力;有很好的抗短路能力;變壓器在正常使用情況下可免維修。

　　(3)安全性好——變壓器在使用中不會(huì )助燃，能阻燃、不會(huì )爆炸及放出有害氣體，變壓器在使用時(shí)，不會(huì )對環(huán)境和其它設備特別是對人身造成危害。

　　(4)環(huán)保性好——產(chǎn)品在制造、運輸、儲存、運行時(shí)不會(huì )對環(huán)境造成污染;產(chǎn)品在使用壽命結束后，線(xiàn)圈可以回收，資源可以重新利用，不會(huì )對環(huán)境造成危害;另外創(chuàng )新的鐵芯結構及先進(jìn)的制造工藝，確保非晶變壓器噪音低于現行國家標準4~5dB，成功攻克了非晶合金變壓器噪音大的難題。

　　高效節電給投資非晶合金變壓器帶了巨大的經(jīng)濟效益。從表1可以看出，SCRBH15系列非晶干式變壓器負載損耗略低于普通10型干式變壓器，但是空載損耗平均比普通干式變壓器空載損耗低70%左右，是目前空載損耗最低，最為節電型變壓器，節電效果非常顯著(zhù)，帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟效益。

　　下面對非晶合金15型與常規10型系列同容量變壓器在經(jīng)濟效益進(jìn)行比較(以1250kVA為例)，經(jīng)濟效益10年運行電量是衡量變壓器節電效果的主要指標，計算公式為：

　　B=C×Th×Ty×(Po+Pk×β^2)

　　其中，B—變壓器損耗費用;

　　C—電價(jià)(根據各地區實(shí)際電價(jià)為準);

　　Th—全年運行小時(shí)數;

　　Ty—運行時(shí)間，取10年;

　　Po—空載損耗，kW;

　　Pk—負載損耗，kW;

　　β—負載率，取0.6.

　　按照上式計算，1250kVA非晶合金變壓器10年運行電量為383092kWh,而常規10型干變的10年運行電量為514226kWh，兩者比較，非晶合金產(chǎn)品比10型常規產(chǎn)品10年動(dòng)行節電131134kWh.按照目前非晶變壓器與普通干式變壓器性?xún)r(jià)比，多余投資非晶變壓器費用將在3~5年內回收，根據變壓器正常壽命30年期限計算，非晶變壓器壽命期限可節電393402kWh.因此，從長(cháng)遠考慮，投資非晶合金干式變壓器可以獲得巨大的經(jīng)濟效益，是未來(lái)配電變壓器理想的替代產(chǎn)品。

　　選擇好了最節電的非晶合金變壓器后，還要考慮到合理的使用它，使它運行在最合理的負載率區間內。我們知道，變壓器的鐵損不隨負荷變化，而銅損則與通過(guò)電流的平方成正比。在變壓器運行中，我們通常以空載損耗和負載損耗為衡量變壓器損耗的兩個(gè)重要參數。變壓器制造廠(chǎng)設計負載系數在40%~60%范圍內處于經(jīng)濟運行區;額定容量30%以下的輕載或者空載時(shí)經(jīng)濟性最差;50%的負載率不是節電的最佳狀態(tài)，考慮到初裝費、變壓器、低壓柜、土建投資及各項運行費用，又要考慮變壓器在使用期間內預留適當的容量，變壓器的負載率在75%~85%之間較為合理，是變壓器的經(jīng)濟運行區間。這樣既充分利用了變壓器容量，又減少了其它投資。在設計中，計算負荷一般偏大，負荷系數偏小。如深圳市某寫(xiě)字樓原采用4臺變壓器，其中3臺1250kVA變壓器，1臺630kVA變壓器。整改后，減了1臺1250kVA變壓器，每月節省變壓器初裝費30000元(1250×24=30000)，一年節約變壓器初裝費360000元，同時(shí)還減少了一臺變壓器的空載損耗。又如深圳某小區，原采用6臺1000kVA變壓器，整改后為4臺。6臺變壓器的損耗為6×13kW=78kW,減少2臺后為52kW，減少有功損耗26kW.經(jīng)過(guò)計算，年節約費用為150000元，同時(shí)還節省了兩臺變壓器的投資費用。在上述兩個(gè)案例中，整改前變壓器的負荷率均小于60%，整改后變壓器的負荷率均約為85%.除選用節電變壓器外，在變配電所設計時(shí)選用兩臺或兩臺以上變壓器，中間增加聯(lián)絡(luò )柜，這樣既提高了供電的可靠性，又可以根據電氣設備的負荷情況及非空調季節的實(shí)際情況決定，投入變壓器的運行臺數。上述設計理念，降低了變壓器的電能損耗。

　　2盡量減少線(xiàn)路和配電設備的電能損失

　　2.1盡量減少導線(xiàn)長(cháng)度

　　變配電所盡量靠近負荷中心。低壓線(xiàn)路供電半徑一般不宜超過(guò)200m，負荷密集地區不宜超過(guò)100m;負荷中等密集地區不宜超過(guò)150m;少負荷地區不宜超過(guò)250m;低壓柜出線(xiàn)回路及配電箱出線(xiàn)回路盡量走直線(xiàn)，少走彎路，不走或少走回頭線(xiàn);同時(shí)，在高層建筑中，變配電室應靠近電氣豎井，以減少主干線(xiàn)(電纜或插接母線(xiàn))的長(cháng)度。對于面積大的高層建筑，電氣堅井盡可能設在中部或兩端，以減少水平電纜敷設長(cháng)度。

　　2.2增大導線(xiàn)截面

　　對于較長(cháng)線(xiàn)路，在滿(mǎn)足載流量熱穩定，保護配合及電壓降要求的前提下，加大一級導線(xiàn)的截面，可使線(xiàn)路損耗減少。盡管線(xiàn)路費用增加，由于節約了電能，減少了年運行費用。估算2~3年內可收回因增加導線(xiàn)截面而增加的費用。因此，加大導線(xiàn)截面的投資是值得的。

　　2.3配電設備的級數盡可能少

　　3平衡三相負荷

　　在低壓線(xiàn)路中，由于存在單相以及高次諧波的影響，使三相負荷不平衡。三相電壓或三相電流不平衡會(huì )對供配電網(wǎng)絡(luò )造成一系列危害。主要有以下幾點(diǎn)：

　　(1)影響變壓器、電機的安全經(jīng)濟運行;

　　(2)引起供配電網(wǎng)絡(luò )相線(xiàn)及零線(xiàn)電能損耗加大;

　　(3)影響計算機正常工作。引起照明燈壽命縮短(電壓過(guò)高)或照度偏低(電壓過(guò)低)以及電視機的損壞等;

　　(4)對于通信系統，會(huì )增大干擾，影響正常通信質(zhì)量。

　　為了減少三相負荷不平衡造成的能耗，應及時(shí)調整三相負荷，使三相負荷不平衡度符合下述規程規定：“要求配電變壓器出口處的電流不平衡度不大于10%，干線(xiàn)及支線(xiàn)首端的不平衡度不大于20%，中性線(xiàn)的電流不超過(guò)額定電流的25%”以及“三相配電干線(xiàn)的各項負荷分配平衡，最大相負荷不宜超過(guò)三相負荷平均值的115%，最小相負荷不宜小于三相負荷平均值的85%”.

　　要解決三相電壓或三相電流的不平衡度，首先，設計時(shí)盡量使三相負荷平衡。同時(shí)可以采用調節單相電壓及采用濾波器抑制諧波的方法。最好的方法是采用省電裝置來(lái)平衡三相電壓或三相電流。該省電裝置能使線(xiàn)電壓或線(xiàn)電流的不平衡度小于2%，零線(xiàn)上電流極小，使三相電壓或三相電流基本平衡，從而大大減少了相線(xiàn)及零線(xiàn)上的電能損耗。

　　4抑制諧波

　　供配電系統中的電能質(zhì)量是指電壓、頻率和波形的質(zhì)量。電壓波形是衡量電能質(zhì)量的三個(gè)主要指標之一。早在20世紀70年代，歐洲等發(fā)達國家已禁止純電容補償設備進(jìn)入電網(wǎng)。隨著(zhù)各類(lèi)電力電子設備在工業(yè)與民用建筑中日益廣泛應用，由此產(chǎn)生的諧波電流對供配電系統的巨大影響，引起了人們的高度關(guān)注及重視。諧波電流的存在不僅增加了供配電系統的電能損耗，而且對供配電線(xiàn)路及電氣設備產(chǎn)生危害。諧波的危害表現為：

　　(1)諧波能使電網(wǎng)的電壓及電流波形產(chǎn)生畸變，不僅降低了供配電網(wǎng)的電壓，產(chǎn)生無(wú)功損耗，而且嚴重干擾了電子設備及電器控制設備的穩定與安全運行。

　　(2)諧波電流會(huì )導致變壓器銅耗、鐵耗、噪聲增大、溫度升高，迫使變壓器基波負載容量下降。

　　(3)電容器與供配電的感性負載構成并聯(lián)或串聯(lián)回路，這很可能發(fā)生共振，放大諧波電流或電壓，使電網(wǎng)電壓升高，通過(guò)電容器損耗功率增大。在諧波嚴重情況下，會(huì )使電容器擊穿，甚至爆炸。

　　(4)隨著(zhù)諧波次數高頻率上升，集膚效應越明顯，從而導致電纜的交流電阻增大，使得電纜的允許通過(guò)電流減少，電纜的介質(zhì)損耗增加。從而加速電纜絕緣老化，發(fā)生單相接地故障的次數明顯增加。

　　(5)諧波電流會(huì )增加異步電動(dòng)機的附加損耗，降低效率，嚴重時(shí)使電機過(guò)熱。

　　(6)諧波電流會(huì )使斷路器的額定電流降低，可能使斷路器異常發(fā)熱，出現誤動(dòng)作或不動(dòng)作。同時(shí)諧波電流會(huì )影響電力測量的準確性。

　　為了避免補償電容器組與系統產(chǎn)生并聯(lián)和串聯(lián)諧波，應采用調諧濾波電容器組進(jìn)行無(wú)功補償。串聯(lián)調諧電抗器的電容器組在基波頻率下呈容性，即電容器起主導作用，這樣可以進(jìn)行功率因數補償;在諧波頻率下呈感性，調諧電抗器起主導作用，這樣可以防止諧波放大，同時(shí)也抑制了諧波。

　　諧波的產(chǎn)生給供配電系統帶來(lái)危害，讓人們意識到抑制諧波的重要性及迫切性。為了抑制諧波，通常在變壓器低壓側或用電設備處設置有源濾波器、無(wú)源濾波器，或將有源濾波器及無(wú)源濾波器混合使用。通過(guò)上述措施有效濾除中性線(xiàn)和相線(xiàn)的諧波電流，這樣不僅凈化了電路，而且降低了電能損耗，提高了供電質(zhì)量，保證了系統的安全可靠運行。

　　5.1應用案例1

　　某鋼廠(chǎng)變壓器采用7%調諧濾波電容器組進(jìn)行無(wú)功補償與諧波抑制。對使用調諧濾波電容器組后的電能質(zhì)量狀況進(jìn)行測試，根據測試結果給出測試報告，分析改善效果。

　　(1)測試說(shuō)明

　　本次測試選擇在負載端進(jìn)行測試，測試示意圖如圖1所示。

　　(2)測試數據(投入調諧濾波電容器組后)

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　　圖2記錄了變壓器有功功率與基波功率因數的變化趨勢。

　　圖2中，有功功率為零，當負荷投入運行后，有功功率急劇上升，達到1170KW，并趨于穩定。

　　隨著(zhù)有功功率的變化，基波功率因數在經(jīng)過(guò)最初的波動(dòng)之后也很快趨于穩定，穩定狀態(tài)時(shí)，基波功率因數穩定在0.97(如表2所示)。

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　　投入調諧濾波電容器組后，變壓器二次側5次諧波電流由230.2A下降到162.9A，減少29.2%.

　　(3)效果分析

　　使用調諧濾波電容器組之后，變壓器的功率因數提高到0.97;對5次及5次以上各次諧波都起到抑制作用，其中抑制5次諧波能力達到29.2%，達到了預期的效果。

瑞澤能源是一家專(zhuān)注節能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的高新技術(shù)企業(yè)，擁有自主知識產(chǎn)權的“5S”流體輸送系統高效節能技術(shù)、電能質(zhì)量?jì)?yōu)化節電技術(shù)、循環(huán)水零排放技術(shù)，在水泵節能、風(fēng)機節能、空壓機系統節能、供水系統節能、循環(huán)水系統節能、中央空調系統節能、電機系統節能、配電系統節能和循環(huán)水水處理等領(lǐng)域得到廣泛應用，公司依托三元流技術(shù)設計的三元流葉輪，用于水泵、風(fēng)機、離心式空壓機的節能改造，技術(shù)應用可靠，業(yè)績(jì)優(yōu)良。