電氣供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)研究

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

我國是能源消費(fèi)大國，能源相對短缺，但能源浪費(fèi)卻相當(dāng)嚴(yán)重，因此，節(jié)能設(shè)計(jì)顯得尤為重要。節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于建立和健全節(jié)能管理機(jī)制，正確設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)供配電及用電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 合理計(jì)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(jì)的過程中，應(yīng)該依據(jù)建筑實(shí)體用電量的大小需求，科學(xué)合理的計(jì)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(shí)，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(shí)，根據(jù)建筑電氣供電條件、電機(jī)起動(dòng)控制方式以及電機(jī)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(diǎn)。在設(shè)計(jì)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(shí)，普遍采用 220V 單相進(jìn)行供電，當(dāng)電流大于 40A 時(shí)，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(jì)

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(yùn)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(jìn)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(fèi)用等方面進(jìn)行綜合考慮，為了確保設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)性，同時(shí)又能確保變壓器容量能夠滿足后期一定程度的擴(kuò)容需求，增加其使用壽命和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。在配電變壓器經(jīng)濟(jì)調(diào)度方案優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)過程時(shí)，應(yīng)結(jié)合負(fù)荷特性合理分配用電負(fù)荷、合理計(jì)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(jì)方案，使配電變壓器能夠長時(shí)間運(yùn)行在高效工況，有效降低變壓器運(yùn)行總損耗。為了降低供配電網(wǎng)絡(luò)的電能損耗，達(dá)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(yùn)行時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)情況建立聯(lián) 合經(jīng)濟(jì)調(diào)度運(yùn)行模式。2 臺及以上配電變壓器損耗功率與負(fù)載波動(dòng)間的關(guān)系為 ：當(dāng)配電變壓器負(fù)載小于或等于 Sa 時(shí)，則投運(yùn) 1 臺配電變壓器較為節(jié)能經(jīng)濟(jì) ;當(dāng)負(fù)載大于 Sa 而小于 Sb 時(shí)，則投運(yùn) 2 臺配電變壓器較為節(jié)能經(jīng)濟(jì) ;當(dāng)負(fù)載大于或等于 Sb 時(shí)，則投運(yùn) 3 臺配電變壓器較為經(jīng)濟(jì)。當(dāng)配電負(fù)荷率低于 30% 時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)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(jì)計(jì)算不利于經(jīng)濟(jì)調(diào)度運(yùn)行時(shí)，則在容量選擇過程中需要考慮放大一級容量來進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)。當(dāng)建筑電氣系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷功率較為穩(wěn)定時(shí)，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(jì)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(jì)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(jì)，目前在電網(wǎng)上運(yùn)行的 10kV 和 35kV 級變壓器約有10億kVA以上。由于使用量大，運(yùn)行時(shí)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(shí)還可以大大降低變壓器的運(yùn)營成本，是用電企業(yè)改善經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。 在供配電設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇高效節(jié)能變壓器，從而有效減少電力運(yùn)行費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 合理選擇電動(dòng)機(jī)

在供配電設(shè)計(jì)中，電動(dòng)機(jī)的選擇應(yīng)根據(jù)負(fù)荷運(yùn)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(dòng)機(jī)能量損耗的主要途徑是提高電動(dòng)機(jī)的工作效率和功率因數(shù)。異步電動(dòng)機(jī)在空載或輕載運(yùn)行時(shí)，功率因數(shù)很低，空載時(shí)功率因數(shù)低于0.4，輕載時(shí)約為 0.6 左右 ;負(fù)荷在 70% 以上至滿載時(shí)功率因數(shù)較高，約為0.85左右。所以，設(shè)計(jì)時(shí)如能正確的選擇電動(dòng)機(jī)的容量，使之盡可能地滿負(fù)荷運(yùn)行，將會大大提高自然功率因數(shù)。特別是當(dāng)電動(dòng)機(jī)處在空載運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，或者是選用的為異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)會非常低。因此，在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，對于異步電動(dòng)機(jī)的容量要合理進(jìn)行選擇，要求容量不能選擇過大，使之能夠達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行即可。

提高功率因數(shù)，實(shí)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(dá)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(jìn)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(bǔ)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(jì)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(jì)

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(jì)。(1)電源的設(shè)計(jì)和詳細(xì)的照明功率分布，以及嚴(yán)格的計(jì)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(jì)算和審計(jì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。(2)調(diào)度負(fù)載在照明設(shè)計(jì)中，應(yīng)嚴(yán)格按照三相負(fù)載等，為了防止因?yàn)槿�相不平衡�?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(gè)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(shí)現(xiàn)“節(jié)電能、降電耗”的目的，電氣設(shè)計(jì)中應(yīng)正確設(shè)計(jì)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(jì)行之有效而又切實(shí)可行的節(jié)能措施，實(shí)現(xiàn)供配電系統(tǒng)及用電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，從而達(dá)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(jì)[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(jì)研究