電氣供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計研究

我國是能源消費大國，能源相對短缺，但能源浪費卻相當(dāng)嚴(yán)重，因此，節(jié)能設(shè)計顯得尤為重要。

我國是能源消費大國，能源相對短缺，但能源浪費卻相當(dāng)嚴(yán)重，因此，節(jié)能設(shè)計顯得尤為重要。節(jié)能設(shè)計的重點在于建立和健全節(jié)能管理機制，正確設(shè)計供配電系統(tǒng)，改革高電耗工藝，選用節(jié)能產(chǎn)品，更換改造低效設(shè)備，通過科學(xué)管理和合理組織生產(chǎn)，實現(xiàn)供配電及用電設(shè)備的經(jīng)濟運行。

1 合理計算優(yōu)選供配電電壓等級

在建筑電氣供配電系統(tǒng)設(shè)計的過程中，應(yīng)該依據(jù)建筑實體用電量的大小需求，科學(xué)合理的計算和優(yōu)選供配電電壓等級。當(dāng)建筑的總用電量在 250kW及以上或變壓器的供電容量在160kVA及以上時，可以采用10(6)kV的供電線路。像中央空調(diào)、給排水水泵等單臺大容量用電設(shè)備設(shè)備系統(tǒng)的供電電壓在節(jié)能選擇時，根據(jù)建筑電氣供電條件、電機起動控制方式以及電機起停過程對配電變壓器的影響因素來合理確定，以350kW作為低高壓的供電分界點。在設(shè)計低壓供電系統(tǒng)的過程中，對于照明負(fù)荷，當(dāng)電流在40A及以下時，普遍采用 220V 單相進行供電，當(dāng)電流大于 40A 時，則采用 380/220V的三相供電模式。

2 電力變壓器優(yōu)化選型設(shè)計

2.1 優(yōu)選節(jié)能型變壓器

在高層建筑供配電系統(tǒng)的節(jié)能中配電變壓器種類選擇顯得尤為重要。變壓器運行中的空載損耗(鐵損)主要發(fā)生在變壓器鐵心疊片內(nèi)部，是由于交變的磁力線經(jīng)內(nèi)部鐵心產(chǎn)生磁滯及渦流進而產(chǎn)生損耗。優(yōu)質(zhì)的鐵心材料能有效降低變壓器空載損耗，當(dāng)前節(jié)能型變 壓器的鐵心材料為非晶合金鐵。

2.2 合理選擇配電變壓器容量與臺數(shù)

從損耗、投資費用等方面進行綜合考慮，為了確保設(shè)計懸著的配電變壓器在使用期內(nèi)能夠預(yù)留適當(dāng)?shù)娜萘浚�推薦變壓器設(shè)計負(fù)載率在 75% ～ 85% 較為適宜，這樣不僅可以獲得較為好的技術(shù)經(jīng)濟性，同時又能確保變壓器容量能夠滿足后期一定程度的擴容需求，增加其使用壽命和技術(shù)經(jīng)濟性。在配電變壓器經(jīng)濟調(diào)度方案優(yōu)化節(jié)能設(shè)計過程時，應(yīng)結(jié)合負(fù)荷特性合理分配用電負(fù)荷、合理計算優(yōu)選配電變壓器容量與臺數(shù)，即通過科學(xué)合理的調(diào)控設(shè)計方案，使配電變壓器能夠長時間運行在高效工況，有效降低變壓器運行總損耗。為了降低供配電網(wǎng)絡(luò)的電能損耗，達到最佳節(jié)能降耗效果，對于2臺及以上配電變壓器共同聯(lián)合運行時，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷波動情況建立聯(lián) 合經(jīng)濟調(diào)度運行模式。2 臺及以上配電變壓器損耗功率與負(fù)載波動間的關(guān)系為 ：當(dāng)配電變壓器負(fù)載小于或等于 Sa 時，則投運 1 臺配電變壓器較為節(jié)能經(jīng)濟 ;當(dāng)負(fù)載大于 Sa 而小于 Sb 時，則投運 2 臺配電變壓器較為節(jié)能經(jīng)濟 ;當(dāng)負(fù)載大于或等于 Sb 時，則投運 3 臺配電變壓器較為經(jīng)濟。當(dāng)配電負(fù)荷率低于 30% 時，應(yīng)根據(jù)實際運行負(fù)荷需 求切換到小容量變壓器 ;當(dāng)負(fù)荷率超過80%并通過設(shè)計計算不利于經(jīng)濟調(diào)度運行時，則在容量選擇過程中需要考慮放大一級容量來進行節(jié)能設(shè)計。當(dāng)建筑電氣系統(tǒng)運行負(fù)荷功率較為穩(wěn)定時，在合理分配負(fù)荷的情況下，應(yīng)盡可能減少變壓器的設(shè)計臺數(shù)，應(yīng)優(yōu)選大容量、節(jié)能型配電變壓器。

3 供配電節(jié)能設(shè)計措施

3.1 科學(xué)選擇變壓器

變壓器是電壓變換設(shè)備，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)，特別是 10kV 和 35kV 電壓等級的變壓器，在電力系統(tǒng)和配電系統(tǒng)中使用普遍，數(shù)量較大。據(jù)統(tǒng)計，目前在電網(wǎng)上運行的 10kV 和 35kV 級變壓器約有10億kVA以上。由于使用量大，運行時間長，變壓器的選擇和使用存在著巨大的節(jié)能潛力，特別是量大面廣的10kV和 35kV級變壓器。選擇高效節(jié)能產(chǎn)品，不但對節(jié)約能源具有重要意義，同時還可以大大降低變壓器的運營成本，是用電企業(yè)改善經(jīng)濟效益的重要途徑。 在供配電設(shè)計中應(yīng)選擇高效節(jié)能變壓器，從而有效減少電力運行費用，實現(xiàn)良好的經(jīng)濟效益。

3.2 合理選擇電動機

在供配電設(shè)計中，電動機的選擇應(yīng)根據(jù)負(fù)荷運行不低于額定容量的 40%，變壓器負(fù)荷率宜在 75―85%，不低于 60%。減少電動機能量損耗的主要途徑是提高電動機的工作效率和功率因數(shù)。異步電動機在空載或輕載運行時，功率因數(shù)很低，空載時功率因數(shù)低于0.4，輕載時約為 0.6 左右 ;負(fù)荷在 70% 以上至滿載時功率因數(shù)較高，約為0.85左右。所以，設(shè)計時如能正確的選擇電動機的容量，使之盡可能地滿負(fù)荷運行，將會大大提高自然功率因數(shù)。特別是當(dāng)電動機處在空載運行狀態(tài)時，或者是選用的為異步電動機，電動機的功率因數(shù)會非常低。因此，在供配電系統(tǒng)設(shè)計過程中，對于異步電動機的容量要合理進行選擇，要求容量不能選擇過大，使之能夠達到滿負(fù)荷運行即可。

提高功率因數(shù)，實施照明節(jié)能。如果將配電系統(tǒng)功率因數(shù)予以提高，那么能夠大大降低輸電線路上的無功損耗，最終達到節(jié)能目的。在電網(wǎng)系統(tǒng)中，電流在流經(jīng)高壓與低壓線路后，最終傳送到供電設(shè) 備的末端，這樣一來，進一步增大了輸電線路上的功率損耗。但是，這些損耗經(jīng)過采取一定補償措施后，是完全能夠避免的。通常主要采取以下兩種對策：一方面，降低設(shè)備的無功功率損耗，提升用電設(shè)備功率因數(shù)。因此在設(shè)計過程中，最好選擇功率因數(shù)較高的設(shè)備。另一方面，采用靜電電容器。在使用電容器之后，能夠產(chǎn)生無功電流，這樣一來，可抵消設(shè)備滯后的無功電流，從而提高設(shè)備的功率因數(shù)。

3.3 照明中的節(jié)能設(shè)計

照明用電量占據(jù)一大部分在電力供應(yīng)和分配系統(tǒng)中，因此，也高度重視節(jié)能照明系統(tǒng)的設(shè)計。(1)電源的設(shè)計和詳細(xì)的照明功率分布，以及嚴(yán)格的計算，根據(jù)中國目前的使用照明，電力照明數(shù)量和亮度的計算和審計，實現(xiàn)節(jié)能照明系統(tǒng)的設(shè)計。(2)調(diào)度負(fù)載在照明設(shè)計中，應(yīng)嚴(yán)格按照三相負(fù)載等，為了防止因為三相不平衡負(fù)載等，造成損失的電線和變壓器設(shè)備增加不良現(xiàn)象的發(fā)生。(3)注意照明燈具及光源的選擇。

總之，節(jié)能已成為現(xiàn)今各個行業(yè)領(lǐng)域關(guān)注的重要話題，而供電系統(tǒng)或用電設(shè)備，都存在著巨大潛力。為實現(xiàn)“節(jié)電能、降電耗”的目的，電氣設(shè)計中應(yīng)正確設(shè)計供配電系統(tǒng)，精心考慮，反復(fù)衡量，選用節(jié)能型電氣產(chǎn)品等，設(shè)計行之有效而又切實可行的節(jié)能措施，實現(xiàn)供配電系統(tǒng)及用電設(shè)備的經(jīng)濟運行，從而達到真正節(jié)約電能的目的。

本文作者：張鵬飛 國網(wǎng)阿魯科爾沁旗供電公司

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2 馬晨鵬.鐵路供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計[J].鐵路通信信號工程技術(shù)，2011(1)：77-78

原標(biāo)題:電氣供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計研究