10KV電壓等級供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計與節(jié)能措施探討
引言
電力能源作為一種清潔能源，是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡模鼛啄觌S著能源日益緊缺，如何節(jié)省電力能源，提高能源的利用率，已經(jīng)成為當(dāng)前供電系統(tǒng)需要重點(diǎn)解決的問題。
1約用電的重要意義
節(jié)約用電第一個重要意義，體現(xiàn)在它可以彌合供需矛盾。經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展帶來了用電需求的增加，而用電需求的急劇增加，使得我國當(dāng)前與發(fā)電相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)并不能夠完全與之同步，這就造成了行業(yè)的需求與用電的供應(yīng)之間存在著不可彌合的矛盾，在人們用電當(dāng)中強(qiáng)調(diào)節(jié)約用電，能夠減少一定時期內(nèi)用電的消耗量，這可以緩解地區(qū)和行業(yè)之間用電的矛盾，減少因需求過大而給電力行業(yè)的整體運(yùn)行帶來的巨大的壓力。
2供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計的主要內(nèi)容
高層建筑物伴隨社會發(fā)展進(jìn)程的進(jìn)步而不斷發(fā)展，在提升土地資源利用率的同時，也存在著電能消耗量大的問題，且高層建筑供配電系統(tǒng)受施工組織及技術(shù)方面的影響均存在著較大的問題。據(jù)統(tǒng)計，高層建筑電能消耗中照明消耗占據(jù)了40%以上，因此需進(jìn)行建筑節(jié)能系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JGJ16－2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》以及GB50034－2004《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》等，進(jìn)行建筑系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化。首先需結(jié)合國家及行業(yè)政策、節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，充分進(jìn)行負(fù)荷統(tǒng)計、無功動態(tài)補(bǔ)償及諧波治理等的計算。
3供配電系統(tǒng)的節(jié)能措施
3.1合理選用變壓器
供配電系統(tǒng)的電力傳輸是通過電壓的轉(zhuǎn)換進(jìn)行的，而電壓的轉(zhuǎn)換需借助于變壓器實(shí)現(xiàn)，因此變壓器在電力系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛，實(shí)際應(yīng)用中10KV變壓器的應(yīng)用率高達(dá)100%，變壓器的運(yùn)行時間也相對較長，使用量大，因此變壓器的應(yīng)用中節(jié)能潛力較大，尤其是對10KV變壓器而言?？傊?，變壓器設(shè)備的優(yōu)化選擇可有效促進(jìn)資源的集約化利用，有利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升。在變壓器的合理選擇中，需優(yōu)先選用S10等節(jié)能低耗類型，以有效降低變壓器損耗；對于供電質(zhì)量有特殊要求的場所應(yīng)選用節(jié)能型電力變壓器；對于消防要求較高的建筑單位優(yōu)先選用干事節(jié)能低耗變壓器。
3.2合理選用電動機(jī)
電動機(jī)節(jié)能的關(guān)鍵在于電機(jī)功率因數(shù)及工作效率的優(yōu)化提升，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，電力系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛的為異步電動機(jī)，且異步電動機(jī)的工作效率及功率因數(shù)是主要性能評價指標(biāo)，二者間具有緊密聯(lián)系，且功率因數(shù)的提升有利于電動機(jī)功率的提升，另外，由于電動機(jī)無功功率占據(jù)了整個電力系統(tǒng)功耗的65%，因此當(dāng)異步電動機(jī)空載時其功率因數(shù)會升至0.9，這就要求在初期系統(tǒng)設(shè)計及電動機(jī)與荷載間的匹配協(xié)調(diào)時合理選用電動機(jī)容量，盡可能保證滿載運(yùn)行。在其額定功率與功率因數(shù)的計算時，電機(jī)額定輸出功率取負(fù)荷功率的1.1倍，系統(tǒng)負(fù)荷系數(shù)宜定為0.75～1。供配電的節(jié)能設(shè)計一方面要降低電量損耗，這可以通過接地補(bǔ)償電容器來實(shí)現(xiàn)；此外，需增加電機(jī)輕載時的工作效率，此時可以設(shè)置調(diào)速變頻設(shè)備來控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度，實(shí)現(xiàn)減少電動機(jī)的運(yùn)行空載和輕載，以節(jié)約電能。
3.3選擇主接線
3.3.1選擇接線方案
某廠電源總進(jìn)線為10kV，車間供電需要經(jīng)過工廠總降壓變電所降壓后才可以使用。
主接線對電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性、變電所設(shè)備的類型和布置方式、機(jī)電保護(hù)方式等都有比較大的聯(lián)系，是供電系統(tǒng)設(shè)計中非常重要的環(huán)節(jié)。一次側(cè)使用內(nèi)橋式連接，二次側(cè)使用單母線分段總降壓變電所。一般來說、內(nèi)橋式接線在電源線路比較長，容易發(fā)生故障而停電檢修的線路中應(yīng)用比較多，而且變電所變壓器不用經(jīng)常對總降壓變電所進(jìn)行切換。一次側(cè)使用外橋式連接的方式進(jìn)行連接，二次側(cè)使用單母線分段總降壓變電所，這種主接線的方式具有較高的靈活性，供電可靠性比較高，適合在一級負(fù)荷和二級負(fù)荷工廠使用。這種外僑式接線方式適合在變電所負(fù)荷變化比較大、電源線路比較短的變電所中使用；另外，一次電源電網(wǎng)使用環(huán)形接線方式時，也可以使用這種接線方式。
3.3.2主接線的選擇和確定
1）10kV側(cè)接線方案選擇。單母線分路段旁路母線具有下述優(yōu)點(diǎn)：供電系統(tǒng)可以靈活運(yùn)行，具有較高的供電可靠性，一般在出線回路不多時使用。但是，對于負(fù)荷比較重的中小型變電所，由于母線隔離開關(guān)和母線出現(xiàn)故障時，所有的支路都要立即停止工作，因而在對引出線短路器進(jìn)行檢修時需要中止供電。單母線帶旁路母線優(yōu)點(diǎn)：可靠性高，在對斷路器故障進(jìn)行檢修時，可以在不停電的情況下進(jìn)行，但供電缺乏靈活性，適合對重要用戶進(jìn)行供電。通過對比兩種接線方案，本工廠選擇單母線分段接線方式作為接線方案，2）35kV側(cè)接線方案選擇單母線分段帶旁路母線的優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行靈活、可靠性高等，主要應(yīng)用于負(fù)荷比較重、回路數(shù)不多的中小型變電所。單母線旁路接線優(yōu)點(diǎn)：可靠性較高，故障率比較低，投入資金少。線路靈活性好，在雙母線兩組母線通順進(jìn)行工作時，通過母聯(lián)斷路器并聯(lián)運(yùn)動，負(fù)荷和電源會在兩組母線上進(jìn)行平均分配，在斷開母線斷路器后，可以將變電所負(fù)荷全部接到副母線和母線上。兩組方案相比，單母線接線方案更適合在本工廠中使用。
3.4減少配電線路電能損耗措施
在電流不變的情況下，線路長度越大，電阻越大，產(chǎn)生的能耗也越大。為了降低電能消耗，需要做好下述幾點(diǎn)。1）加大導(dǎo)線橫截面積。在保證負(fù)載電流量充足、供電電壓穩(wěn)定的情況下，可以增加導(dǎo)線的橫截面積，雖然短期，會加大投入，但從長期看，會降低運(yùn)行費(fèi)用，節(jié)省電能。2）縮短導(dǎo)線長度。設(shè)計配電箱和低壓箱出線回路時，盡可能走直線，并且設(shè)計變配電所要盡可能接近負(fù)荷聚集的區(qū)域，低壓線路供電半徑保持在200m內(nèi)，少負(fù)荷區(qū)供電半徑控制在250m內(nèi)，負(fù)荷密集區(qū)供電半徑控制在150m內(nèi)。
3.5對三相負(fù)荷進(jìn)行平衡
為了降低三相負(fù)荷不平衡能耗，需要對三相負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，保證不平衡度可以達(dá)到規(guī)定要求：（1）支線和干線首段的不平衡度要保持在20%的范圍內(nèi)；（2）配電變壓器出口位置電流不平衡度要保持在10%的范圍內(nèi)；（3）中性線電流的強(qiáng)度要控制在額定電流強(qiáng)度的1/4；（4）平均分配三相配電干線，最小相負(fù)荷要控制在三相負(fù)荷平均值控制的85%以上，最大相負(fù)荷要控制在三相負(fù)荷平均值的115%內(nèi)。
3.6無功補(bǔ)償
10kV配電無功補(bǔ)償主要對配電變壓器低壓側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償，并輔以高壓補(bǔ)償。無功補(bǔ)償裝置容量設(shè)計為變壓器最大負(fù)載率的75%，設(shè)計負(fù)荷自然功率因素為0.85，主變壓器容量按照20%~40%配置[3]?？梢越Y(jié)合負(fù)荷的基本特征，進(jìn)行無功補(bǔ)償裝置的配置。進(jìn)行無功補(bǔ)償前，要做好經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，保證選擇的電容補(bǔ)償容量方案節(jié)能效益最好、投入資金最小，最大限度降低無功損耗。
結(jié)束語
經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展需要強(qiáng)大的供配電系統(tǒng)的支持，但是從當(dāng)前的電力系統(tǒng)中可以看到還是存在著一些問題的，這些問題主要集中于供配電系統(tǒng)技術(shù)、設(shè)計以及管理層面上。在上述的內(nèi)容中我們重點(diǎn)講述了這些問題，同時也提出了相應(yīng)的應(yīng)對措施，采用集中接線的方式、加強(qiáng)漏電保護(hù)、嚴(yán)格審核設(shè)計圖紙、建立健全管理規(guī)范等，只要及時地對問題進(jìn)行解決，相信配電系統(tǒng)的安全可靠性將得到顯著的提升。
信息整理：揚(yáng)州拓普電氣科技有限公司 信息來源：www.woooin.com
電力能源作為一種清潔能源，是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡模鼛啄觌S著能源日益緊缺，如何節(jié)省電力能源，提高能源的利用率，已經(jīng)成為當(dāng)前供電系統(tǒng)需要重點(diǎn)解決的問題。
1約用電的重要意義
節(jié)約用電第一個重要意義，體現(xiàn)在它可以彌合供需矛盾。經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展帶來了用電需求的增加，而用電需求的急劇增加，使得我國當(dāng)前與發(fā)電相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)并不能夠完全與之同步，這就造成了行業(yè)的需求與用電的供應(yīng)之間存在著不可彌合的矛盾，在人們用電當(dāng)中強(qiáng)調(diào)節(jié)約用電，能夠減少一定時期內(nèi)用電的消耗量，這可以緩解地區(qū)和行業(yè)之間用電的矛盾，減少因需求過大而給電力行業(yè)的整體運(yùn)行帶來的巨大的壓力。
2供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計的主要內(nèi)容
高層建筑物伴隨社會發(fā)展進(jìn)程的進(jìn)步而不斷發(fā)展，在提升土地資源利用率的同時，也存在著電能消耗量大的問題，且高層建筑供配電系統(tǒng)受施工組織及技術(shù)方面的影響均存在著較大的問題。據(jù)統(tǒng)計，高層建筑電能消耗中照明消耗占據(jù)了40%以上，因此需進(jìn)行建筑節(jié)能系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JGJ16－2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》以及GB50034－2004《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》等，進(jìn)行建筑系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化。首先需結(jié)合國家及行業(yè)政策、節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，充分進(jìn)行負(fù)荷統(tǒng)計、無功動態(tài)補(bǔ)償及諧波治理等的計算。
3供配電系統(tǒng)的節(jié)能措施
3.1合理選用變壓器
供配電系統(tǒng)的電力傳輸是通過電壓的轉(zhuǎn)換進(jìn)行的，而電壓的轉(zhuǎn)換需借助于變壓器實(shí)現(xiàn)，因此變壓器在電力系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛，實(shí)際應(yīng)用中10KV變壓器的應(yīng)用率高達(dá)100%，變壓器的運(yùn)行時間也相對較長，使用量大，因此變壓器的應(yīng)用中節(jié)能潛力較大，尤其是對10KV變壓器而言?？傊?，變壓器設(shè)備的優(yōu)化選擇可有效促進(jìn)資源的集約化利用，有利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升。在變壓器的合理選擇中，需優(yōu)先選用S10等節(jié)能低耗類型，以有效降低變壓器損耗；對于供電質(zhì)量有特殊要求的場所應(yīng)選用節(jié)能型電力變壓器；對于消防要求較高的建筑單位優(yōu)先選用干事節(jié)能低耗變壓器。
3.2合理選用電動機(jī)
電動機(jī)節(jié)能的關(guān)鍵在于電機(jī)功率因數(shù)及工作效率的優(yōu)化提升，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，電力系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛的為異步電動機(jī)，且異步電動機(jī)的工作效率及功率因數(shù)是主要性能評價指標(biāo)，二者間具有緊密聯(lián)系，且功率因數(shù)的提升有利于電動機(jī)功率的提升，另外，由于電動機(jī)無功功率占據(jù)了整個電力系統(tǒng)功耗的65%，因此當(dāng)異步電動機(jī)空載時其功率因數(shù)會升至0.9，這就要求在初期系統(tǒng)設(shè)計及電動機(jī)與荷載間的匹配協(xié)調(diào)時合理選用電動機(jī)容量，盡可能保證滿載運(yùn)行。在其額定功率與功率因數(shù)的計算時，電機(jī)額定輸出功率取負(fù)荷功率的1.1倍，系統(tǒng)負(fù)荷系數(shù)宜定為0.75～1。供配電的節(jié)能設(shè)計一方面要降低電量損耗，這可以通過接地補(bǔ)償電容器來實(shí)現(xiàn)；此外，需增加電機(jī)輕載時的工作效率，此時可以設(shè)置調(diào)速變頻設(shè)備來控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度，實(shí)現(xiàn)減少電動機(jī)的運(yùn)行空載和輕載，以節(jié)約電能。
3.3選擇主接線
3.3.1選擇接線方案
某廠電源總進(jìn)線為10kV，車間供電需要經(jīng)過工廠總降壓變電所降壓后才可以使用。
主接線對電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性、變電所設(shè)備的類型和布置方式、機(jī)電保護(hù)方式等都有比較大的聯(lián)系，是供電系統(tǒng)設(shè)計中非常重要的環(huán)節(jié)。一次側(cè)使用內(nèi)橋式連接，二次側(cè)使用單母線分段總降壓變電所。一般來說、內(nèi)橋式接線在電源線路比較長，容易發(fā)生故障而停電檢修的線路中應(yīng)用比較多，而且變電所變壓器不用經(jīng)常對總降壓變電所進(jìn)行切換。一次側(cè)使用外橋式連接的方式進(jìn)行連接，二次側(cè)使用單母線分段總降壓變電所，這種主接線的方式具有較高的靈活性，供電可靠性比較高，適合在一級負(fù)荷和二級負(fù)荷工廠使用。這種外僑式接線方式適合在變電所負(fù)荷變化比較大、電源線路比較短的變電所中使用；另外，一次電源電網(wǎng)使用環(huán)形接線方式時，也可以使用這種接線方式。
3.3.2主接線的選擇和確定
1）10kV側(cè)接線方案選擇。單母線分路段旁路母線具有下述優(yōu)點(diǎn)：供電系統(tǒng)可以靈活運(yùn)行，具有較高的供電可靠性，一般在出線回路不多時使用。但是，對于負(fù)荷比較重的中小型變電所，由于母線隔離開關(guān)和母線出現(xiàn)故障時，所有的支路都要立即停止工作，因而在對引出線短路器進(jìn)行檢修時需要中止供電。單母線帶旁路母線優(yōu)點(diǎn)：可靠性高，在對斷路器故障進(jìn)行檢修時，可以在不停電的情況下進(jìn)行，但供電缺乏靈活性，適合對重要用戶進(jìn)行供電。通過對比兩種接線方案，本工廠選擇單母線分段接線方式作為接線方案，2）35kV側(cè)接線方案選擇單母線分段帶旁路母線的優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行靈活、可靠性高等，主要應(yīng)用于負(fù)荷比較重、回路數(shù)不多的中小型變電所。單母線旁路接線優(yōu)點(diǎn)：可靠性較高，故障率比較低，投入資金少。線路靈活性好，在雙母線兩組母線通順進(jìn)行工作時，通過母聯(lián)斷路器并聯(lián)運(yùn)動，負(fù)荷和電源會在兩組母線上進(jìn)行平均分配，在斷開母線斷路器后，可以將變電所負(fù)荷全部接到副母線和母線上。兩組方案相比，單母線接線方案更適合在本工廠中使用。
3.4減少配電線路電能損耗措施
在電流不變的情況下，線路長度越大，電阻越大，產(chǎn)生的能耗也越大。為了降低電能消耗，需要做好下述幾點(diǎn)。1）加大導(dǎo)線橫截面積。在保證負(fù)載電流量充足、供電電壓穩(wěn)定的情況下，可以增加導(dǎo)線的橫截面積，雖然短期，會加大投入，但從長期看，會降低運(yùn)行費(fèi)用，節(jié)省電能。2）縮短導(dǎo)線長度。設(shè)計配電箱和低壓箱出線回路時，盡可能走直線，并且設(shè)計變配電所要盡可能接近負(fù)荷聚集的區(qū)域，低壓線路供電半徑保持在200m內(nèi)，少負(fù)荷區(qū)供電半徑控制在250m內(nèi)，負(fù)荷密集區(qū)供電半徑控制在150m內(nèi)。
3.5對三相負(fù)荷進(jìn)行平衡
為了降低三相負(fù)荷不平衡能耗，需要對三相負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，保證不平衡度可以達(dá)到規(guī)定要求：（1）支線和干線首段的不平衡度要保持在20%的范圍內(nèi)；（2）配電變壓器出口位置電流不平衡度要保持在10%的范圍內(nèi)；（3）中性線電流的強(qiáng)度要控制在額定電流強(qiáng)度的1/4；（4）平均分配三相配電干線，最小相負(fù)荷要控制在三相負(fù)荷平均值控制的85%以上，最大相負(fù)荷要控制在三相負(fù)荷平均值的115%內(nèi)。
3.6無功補(bǔ)償
10kV配電無功補(bǔ)償主要對配電變壓器低壓側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償，并輔以高壓補(bǔ)償。無功補(bǔ)償裝置容量設(shè)計為變壓器最大負(fù)載率的75%，設(shè)計負(fù)荷自然功率因素為0.85，主變壓器容量按照20%~40%配置[3]?？梢越Y(jié)合負(fù)荷的基本特征，進(jìn)行無功補(bǔ)償裝置的配置。進(jìn)行無功補(bǔ)償前，要做好經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，保證選擇的電容補(bǔ)償容量方案節(jié)能效益最好、投入資金最小，最大限度降低無功損耗。
結(jié)束語
經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展需要強(qiáng)大的供配電系統(tǒng)的支持，但是從當(dāng)前的電力系統(tǒng)中可以看到還是存在著一些問題的，這些問題主要集中于供配電系統(tǒng)技術(shù)、設(shè)計以及管理層面上。在上述的內(nèi)容中我們重點(diǎn)講述了這些問題，同時也提出了相應(yīng)的應(yīng)對措施，采用集中接線的方式、加強(qiáng)漏電保護(hù)、嚴(yán)格審核設(shè)計圖紙、建立健全管理規(guī)范等，只要及時地對問題進(jìn)行解決，相信配電系統(tǒng)的安全可靠性將得到顯著的提升。
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