芻議如何實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的節(jié)能降耗

黃世平

（魯?shù)楣╇娯?zé)任有限公司，云南 魯?shù)?657100）

前言

在電力網(wǎng)的組成中，10kV供電線路是連接電力網(wǎng)和電力用戶的橋梁。線路長度在電力網(wǎng)中占60%以上，其線損在電力網(wǎng)的總線損中占80%以上。由于電力網(wǎng)的線損主要是變壓器損耗和線路損耗，所以配電網(wǎng)的降損節(jié)能，也就是對電網(wǎng)中所有的變壓器和電力線路進(jìn)行優(yōu)化和節(jié)能降耗。

1 降低變壓器損耗

在電力系統(tǒng)中，變壓器是生產(chǎn)過程中的主要設(shè)備。一般來說，從發(fā)電、供電一直到用電，需要經(jīng)過三至五次變壓器的變壓過程，特別是配電變壓器，其數(shù)量多、容量大，總損耗很大。據(jù)有關(guān)資料，在10kV線路的損耗中配電變壓器的損耗占80%以上，10kV線路的損失不到20%。因此，配電變壓器的損耗是配電網(wǎng)損耗的主要組成部分，降低配電變壓器損耗對于降低整個(gè)配電網(wǎng)的損耗效果非常明顯。降低配電變壓器損耗的主要方法有：使用低損耗的新型變壓器、合理配置配電變壓器容量等。在整個(gè)配電網(wǎng)所裝接的變壓器中，尤以用戶所安裝的配電變壓器臺(tái)數(shù)多且總量大；因此，配電變壓器的節(jié)能是用戶及設(shè)計(jì)者首先應(yīng)注意的課題。

1.1 合理調(diào)整運(yùn)行電壓

1.1.1 通過調(diào)整變壓器調(diào)壓分接頭、在母線上投切電力電容器等手段，在保證電壓質(zhì)量的基礎(chǔ)上適度地調(diào)整運(yùn)行電壓。因有功損耗與電壓的平方成正比關(guān)系，所以合理調(diào)整運(yùn)行電壓可以達(dá)到降損效果。

1.1.2 自動(dòng)調(diào)壓器(SVR)是一種可以自動(dòng)跟蹤輸入電壓變化而保證恒定輸出電壓的三相自耦式變壓器，它可以在20%的范圍內(nèi)對輸入電壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。自動(dòng)調(diào)壓器(SVR)能夠在資金不足的情況下，投資較少的資金，改善用戶電壓質(zhì)量，獲得較大的效益，自動(dòng)調(diào)壓器和自動(dòng)無功補(bǔ)償裝置配合使用，能夠達(dá)到降損的目的，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

1.1.3 由于自動(dòng)調(diào)壓器這一新設(shè)備目前還未得到廣泛的認(rèn)識(shí)，在選擇和使用維護(hù)中存在一些不當(dāng)?shù)牡胤?，例如，調(diào)壓范圍不符合實(shí)際、安裝地點(diǎn)不合適以及運(yùn)行維護(hù)不到位等。需要制造廠家定期回訪，征求使用單位意見，及時(shí)處理使用中出現(xiàn)新問題。

1.2 平衡三相負(fù)荷

如果三相負(fù)荷不平衡，會(huì)增加線路、配電變壓器的損耗。

1.2.1 變壓器的損耗包括空載損耗和負(fù)荷損耗 正常情況下變壓器運(yùn)行電壓基本不變，即空載損耗是一個(gè)恒量。而負(fù)荷損耗則隨變壓器運(yùn)行負(fù)荷的變化而變化，且與負(fù)荷電流的平方成正比。當(dāng)三相負(fù)荷不平衡時(shí)，變壓器的負(fù)荷損耗可看成3只單相變壓器的負(fù)荷損耗之和。當(dāng)三相負(fù)荷達(dá)到平衡時(shí)，變壓器的損耗最??；當(dāng)變壓器處于三相負(fù)荷最大不平衡運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的變損是處于平衡時(shí)的3倍。因此調(diào)整臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷分配，使其達(dá)到平衡，是降低變壓器損耗的一個(gè)重要的措施。

1.2.2 變壓器三相負(fù)荷不平衡將增加高壓線路損耗。低壓側(cè)三相負(fù)荷平衡時(shí)，高壓側(cè)也平衡；低壓電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡也將反映到高壓側(cè)，在最大不平衡時(shí)，高壓線路上電能損耗將增加約12.5%。電力變壓器運(yùn)行規(guī)程規(guī)定，配電變壓器出口處的電流不平衡度不大于10，干線及分支線首端的電流不平衡度不大于20%，中性線的電流不超過額定電流的25%。這是由于在配電系統(tǒng)中，有的相電流較大，有的相電流接近甚至超過額定電流，使得變壓器三相負(fù)荷出現(xiàn)不平衡，導(dǎo)致線損大幅增加并影響到供電安全性。改善三相負(fù)荷不平衡的方法：一是定期測量三相接線戶的負(fù)載，檢查三相負(fù)荷是否平衡，如不平衡，應(yīng)及時(shí)調(diào)整；二是3組單相接戶線，應(yīng)盡量蟲一根電桿上分別從U、V、w三相引下，以減少中性線電流；三是減少單相接戶線的總長，如線路較長，應(yīng)重新架設(shè)三相四線制線路；四是在單相接戶線回路中，如果功率因數(shù)較低，應(yīng)加裝低壓電容器；五是在配電室或大電力用戶內(nèi)加裝三相斷相保護(hù)，使任一導(dǎo)線斷線、或任一保險(xiǎn)器熔斷時(shí)，能及時(shí)發(fā)出信號(hào)或功斷電源，及時(shí)消除故障。

1.3 推廣節(jié)能變壓器

非晶合金變壓器節(jié)能效果明顯，比普通S9型硅鋼片變壓器的空載損耗降低80%左右，且對輸電系統(tǒng)無特殊要求，無論是電力使用高峰時(shí)時(shí)段或是低谷時(shí)段它都可連續(xù)節(jié)能，長期處于負(fù)荷低時(shí)段或季節(jié)的城市電網(wǎng)和農(nóng)村電網(wǎng)節(jié)能降耗效果尤為重要。由于非晶合金變壓器相對于傳統(tǒng)硅鋼型變壓器在其壽命期間持續(xù)節(jié)能效果十分明顯。因此，國家和各地電網(wǎng)公司對使用非晶合金變壓器的認(rèn)識(shí)已趨于統(tǒng)一，并正加大對非晶合金變壓器的推廣力度。目前，我國每年新增配電變壓器5O～60萬臺(tái)，配電網(wǎng)每年更新變壓器35萬臺(tái)。根據(jù)測算，至2010年，如果10KV的配電變壓器改用非晶材料，我國對非晶合金帶材的需求量將高達(dá)6.5×10t以上。

目前國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)出各種節(jié)能型變壓器，主要是顯著降低了變壓器的空載損耗，但因其造價(jià)比傳統(tǒng)配電變壓器高出30%～80%，而將健康的高能耗配電變壓器更換為節(jié)能變壓器的經(jīng)濟(jì)回收期一般達(dá)到20年左右。因此，出于經(jīng)濟(jì)成本的考慮，無論是專變用戶還是供電企業(yè)，要放棄現(xiàn)在尚能運(yùn)行的S7、D9系列改用S11、S13等系列的配電變壓器的主觀愿望基本上是沒有的，這在很大程度上影響了配電變壓器節(jié)能降耗改造工作的進(jìn)度。

1.4 開展無功補(bǔ)償

1.4.1 10kV供電線路損耗大的主要原因是線路的功率因數(shù)低，由于供電線路點(diǎn)多、線長、面廣、負(fù)荷季節(jié)性強(qiáng)，加之大馬拉小車等多種因素，致使功率因數(shù)有的竟低于0.4以下。由于線路損耗同功率因數(shù)的平方成反比，故提高功率因數(shù)對于降低線路損耗的效果特別顯著。實(shí)踐證明，在受電端加裝電力電容器是提高功率因數(shù)降損節(jié)電的行之有效的方法。在加裝電力電容器時(shí)還要使無功分散補(bǔ)償、就地平衡，使無功補(bǔ)償更接近于負(fù)荷末端，從而把電能損耗降到最低限度。

1.4.2 在對l0kV線路進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)，主要是對配電變壓器進(jìn)行補(bǔ)償。由于變壓器的空載電流一般占其額定電流的10%左右，功率因數(shù)為0.2左右，故按變壓器容量的10%進(jìn)行補(bǔ)償，就能將空載時(shí)的功率因數(shù)提高到0.8以上，在降損節(jié)電方面的效果十分顯著。

1.4.3 10kV配電線路存在電壓過低或偏高問題，其原因除了配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理和導(dǎo)線過細(xì)外，主要是無功功率不足或過剩。系統(tǒng)的無功功率對電壓影響極大，無功功率不足，將引起電網(wǎng)電壓下降，而無功過剩將引起電網(wǎng)電壓偏高。在電網(wǎng)運(yùn)行中，因大量非線性負(fù)載的投運(yùn)，它們除要消耗有功功率外，還要消耗一定的無功功率，負(fù)荷電流通過線路、變壓器將會(huì)產(chǎn)生功率與電能損耗。要維持整個(gè)系統(tǒng)的電壓水平，就必需有足夠的無功補(bǔ)償容量，實(shí)行無功分區(qū)分壓就是平衡，同時(shí)要求有足夠的無功調(diào)節(jié)能力，在允許的電壓偏差范圍內(nèi)，采用調(diào)壓與補(bǔ)償電容器相結(jié)合的措施，實(shí)現(xiàn)高峰負(fù)荷時(shí)較高電壓運(yùn)行和低谷負(fù)荷時(shí)較低電壓運(yùn)行的逆調(diào)壓要求。

1.4.4 l0kV柱上無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置中設(shè)置了完善的保護(hù)功能，以控制各種故障的發(fā)生，更好地提高功率因數(shù)、降低電能損失、減少設(shè)備損壞，提高電網(wǎng)的可靠性。當(dāng)無功補(bǔ)償系統(tǒng)處于獨(dú)立工作狀態(tài)時(shí)，補(bǔ)償點(diǎn)的選取直接影響到補(bǔ)償效果。尤其在距離較長的線路上進(jìn)行集中補(bǔ)償，如農(nóng)電網(wǎng)線路，補(bǔ)償點(diǎn)的影響更加明顯。一些距離很長或帶有特殊負(fù)荷的線路(如電氣化鐵路的機(jī)車牽引電力線)為保證補(bǔ)償效果，往往在一條線路上安裝多臺(tái)補(bǔ)償設(shè)備。

2 降低導(dǎo)線損耗

l0kV配電線路的實(shí)際線損包括技術(shù)線損和管理線損二部分。技術(shù)線損主要是指供電企業(yè)從進(jìn)網(wǎng)的關(guān)口電能表到客戶的終端貿(mào)易結(jié)算電能表之間輸、變、酏電過程中所產(chǎn)生的電能損失，主要是由電流通過導(dǎo)線電阻產(chǎn)生的熱損失、變壓器在運(yùn)行過程中鐵心產(chǎn)生的鐵損等組成。管理線損是指供電企業(yè)在安全生產(chǎn)、合理調(diào)度及市場營銷過程中造成的電能損失，如計(jì)量設(shè)備誤差以及抄表核算過程中漏抄、錯(cuò)抄、錯(cuò)算及竊電等產(chǎn)生的損失。線損率指標(biāo)是一個(gè)綜合性的指標(biāo)，它的高低反映出企業(yè)的技術(shù)、設(shè)備和管理等多方面的水平。降低線損不但直接提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且可增加對用戶的供電量，有一定的社會(huì)效益。

2.1 合理選擇導(dǎo)線截面線路的能量損耗同導(dǎo)線的電阻成正比，增大導(dǎo)線截面可以減少能量損耗。在滿足載流量、保證電壓質(zhì)量的前提下，應(yīng)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面。根據(jù)對線路理論線損的計(jì)算實(shí)例發(fā)現(xiàn)，l0kV線路線損主要發(fā)生在主干線的前1～2段上，低壓線損主要發(fā)生在大負(fù)荷的回路上。所以對電流較大的回路一定要注意供電距離盡量短，線徑適當(dāng)增大。

2.2 合理布局網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在供出同樣負(fù)荷功率的前提下，供電半徑越小出線越多，線損越低。電源設(shè)在負(fù)荷中心(負(fù)荷中心是指負(fù)荷矩即輸送容量與輸送距離的乘積的中心，不是負(fù)荷位置的中心，計(jì)算負(fù)荷中心時(shí)應(yīng)使負(fù)荷中心兩端的負(fù)荷矩相等)，在網(wǎng)絡(luò)總電阻相等、供電容量相同的條件下，分支線越多損耗越小，而且損耗隨分支線平方在下降。所以應(yīng)盡量避免向單側(cè)供電，同時(shí)從規(guī)劃方面考慮，提倡三側(cè)或四側(cè)出線供電為主，因?yàn)樘喑鼍€也會(huì)增加投資和維修工作量。在城鄉(xiāng)配電網(wǎng)中還存在著一些迂回供電情況，應(yīng)盡快加以整改，以減少由于供電方式不合理造成的網(wǎng)絡(luò)損失。

3 結(jié)束語

城市配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)能量損耗的主體部分，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的節(jié)能降耗是“十一五”期間我國的GDP能耗要比“十五”期間降低20%的重要組成部分，將對供電企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)利潤起著舉足輕重的作用。

[1]湯丹菁.配電網(wǎng)節(jié)能降損的研究.能源工程.2009-06-20.