我國供用電系統(tǒng)的技術(shù)改造節(jié)約電能分析

范婷霞 杜亞靜

國網(wǎng)冀北電力有限公司管理培訓(xùn)中心 北京 102401

摘要：電能是生產(chǎn)和生活中的主要能源，在經(jīng)濟發(fā)展中不可替代，并且工業(yè)生產(chǎn)的用電量在國民經(jīng)濟的用電量中占據(jù)70%的比例，因此要采取經(jīng)濟上合理、技術(shù)上可行的電力節(jié)約措施，有效解決供用電系統(tǒng)中的電能浪費。

關(guān)鍵詞：供用電系統(tǒng)；技術(shù)改造；節(jié)約電能

一、引言

能源既是實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)，又是阻礙經(jīng)濟發(fā)展的因素，在經(jīng)濟發(fā)展中扮演著雙刃劍的角色。由于我國是人口大國和能源大國，人均的資源占有量較低，主要表現(xiàn)為用電緊張。在這種用電緊張的大環(huán)境下，節(jié)約能源和低碳生活順勢而生，因此我國要不斷提高能源的利用率，并把能源節(jié)約作為社會發(fā)展的重點項目。目前，我國能源的使用中，工業(yè)生產(chǎn)的用電量占70%，因此電能節(jié)約中首先要對工業(yè)生產(chǎn)進行節(jié)能改造。

電能屬于二次能源，在利用電能時一般只消耗一次能源的30%。電能的利用率是指消耗的電能總量和利用的電能總量之比。消耗電能總量和利用電能總量的差值是損耗的電能，電能損耗主要有管理損耗和設(shè)備損耗兩種。管理損耗的增加形式表現(xiàn)在管理不完善、操作工藝較低、工序不協(xié)調(diào)、參數(shù)不合理等。設(shè)備損耗的增加形式表現(xiàn)在設(shè)備性能較差、電能的傳遞次數(shù)和轉(zhuǎn)換次數(shù)較多、設(shè)備的效率低等。在供用電系統(tǒng)中，電能損耗主要表現(xiàn)為變壓器對電能的損耗和線路對電能的損耗。

二、供用電系統(tǒng)

供用電系統(tǒng)是指發(fā)電、輸電、變電、配電、用電的系統(tǒng)和設(shè)備在供電過程中，根據(jù)技術(shù)需要和經(jīng)濟需要，把能源轉(zhuǎn)成電能，再把電能輸送給用戶的控制系統(tǒng)。（一）供用電系統(tǒng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

①保證用電的安全可靠，例如：人員安全、設(shè)備安全、供電不間斷；

②電能提供合格，頻率控制在0.2——0.5HZ之間，電壓控制在7%——10%之間，諧波含量符合國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)；

③供用電系統(tǒng)的運行要遵循經(jīng)濟性原則，并不斷進行技術(shù)更新和設(shè)備更新，實現(xiàn)降耗節(jié)能；

④供電要環(huán)保，供電過程中排放的噪音、電磁輻射、三廢等要符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

（二）供用電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)

1、節(jié)能設(shè)計供用電系統(tǒng)

①變配電所的位置要和負荷中心接近，通過配電半徑的縮短，來降低線路的電能損耗。

②對變壓器數(shù)量和變壓器容量進行合理選擇，使變壓器適應(yīng)季節(jié)性產(chǎn)生的負荷變化，并實現(xiàn)變壓器的靈活投切，通過輕載運行的減少，來降低電能損耗和實現(xiàn)經(jīng)濟運行。

2、減少線路的電能損耗

線路電阻的計算公式是r=pl/s，也就是線路電阻和導(dǎo)線的長度l，以及導(dǎo)線的電阻率p之間形成正比，而和導(dǎo)線的截面s之間形成反比。根據(jù)線路電阻的計算公式，可以從以下方面減少線路電阻：

①選擇電阻率小的導(dǎo)線，例如：銅芯導(dǎo)線的電阻率較小，鋁線次之。

②線路設(shè)計中少走彎路、多走直線，并且低壓配電中線路的設(shè)計要盡量少走回頭路，最好不走回頭路。

③加大線截面積和減小線路電阻。

三、供用電系統(tǒng)的節(jié)能改造

（一）科學(xué)管理供用電系統(tǒng)

1、建立能源管理系統(tǒng)

建立系統(tǒng)的能源管理和制定科學(xué)的管理制度，使供用電系統(tǒng)提高能源管理效率。能源管理過程中，不僅要加強能源使用的環(huán)節(jié)管理，還要加強供用電系統(tǒng)工作人員的責(zé)任意識，使每位工作人員積極參與電能節(jié)約，并積極落實節(jié)能工作。

確保供用電系統(tǒng)要有計劃的進行電力供用，根據(jù)用電的實際情況，對供用電的時間進行有效調(diào)整。由于供用電系統(tǒng)在高峰期一般是高負荷運行，供電能力有所降低，因此要了解用電規(guī)律，合理安排供用電時間。

2、加強人員管理

加強設(shè)備管理首先要加強工作人員管理，畢竟工作人員是把設(shè)備管理有效落實的重要因素。設(shè)備管理主要包括設(shè)備檢修和設(shè)備保養(yǎng)。例如：電動機檢修中，通過減小定子和轉(zhuǎn)子的摩擦實現(xiàn)電能節(jié)約；檢查設(shè)備的接頭是否接觸良好、檢查設(shè)備是否散熱正常等。設(shè)備的運行不正?，F(xiàn)象不僅會造成設(shè)備不安全，損壞設(shè)備，還會嚴(yán)重耗能，因此要加強設(shè)備管理，并把設(shè)備管理落實到具體的工作人員頭上，通過責(zé)任制加強設(shè)備管理。

（二）科學(xué)改造供用電系統(tǒng)

1、更新先進設(shè)備

供用電的設(shè)備要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷更新，在設(shè)備更新中要有意識、有目的的進行更新，例如：高壓斷路器的更新。高壓斷路器承擔(dān)著負荷電流合關(guān)、線路重合閘、故障電流開斷的功能，在電網(wǎng)系統(tǒng)中屬于重要的高壓設(shè)備，并且高壓斷路器的性能直接影響著電網(wǎng)安全。在6～10kV的配電網(wǎng)絡(luò)中，一般使用的高壓斷路器是SN型的少油斷路器，這種高壓斷路器的分閘時間長、遮斷容量小、維護量大，不僅不能進行頻繁的操作，還會潛藏火災(zāi)隱患和爆炸隱患。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使用ZN型的真空斷路器取代SN型的少油斷路器是供電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

在更新設(shè)備中，要保留斷路器的操動機構(gòu)和傳動，更新斷路器的本體，這就需要使CD型的電磁機構(gòu)和ZN型的真空斷路器相互配合。而CD型的電磁機構(gòu)由于關(guān)合功能較大，可以有效滿足SN型的少油斷路器需要高關(guān)合的要求。在對傳動機構(gòu)的主拐臂進行轉(zhuǎn)角減小時，要根據(jù)傳動機構(gòu)和斷路器的主拐臂來選擇比例，在1.2：1的比例下，把傳動機構(gòu)和斷路器兩者主拐臂的垂直距離進行相應(yīng)縮短，并且對斷路器的分閘彈簧長度進行相應(yīng)調(diào)整，從而使斷路器本體的合閘速度符合真空斷路器的關(guān)合需求。這種技術(shù)改造能降低斷路器的機械振動和機械應(yīng)力，能減小波紋管沖擊和提高波紋管壽命，能減輕觸頭熔焊和減小觸頭彈跳。

2、淘汰低效率設(shè)備

淘汰供用電系統(tǒng)中效率較低的設(shè)備，用效率較高的設(shè)備代替效率較低的設(shè)備。例如：和熱軋硅鋼片變壓器相比較，冷軋硅鋼片變壓器的空載損耗要比前者小一倍。在變壓器都是1000kVA時，冷軋硅鋼片SL7型的變壓器，其空載損耗是1.8kW，而熱軋硅鋼片SL7型的變壓器，其空載損耗是3.9kW。當(dāng)把SL7型的變壓器更新為SJL型的變壓器時，變壓器在一年中空載損耗的節(jié)約電能如下：（3.9-1.8）kW×8760h=18396kW.h。由此可見，用效率低的設(shè)備代替效率高的設(shè)備，其電能節(jié)約的經(jīng)濟效益十分顯著，因此，在供用電系統(tǒng)中要大量使用電能節(jié)約效果更好的S9型變壓器和S11型變壓器。.

改造或者更新高耗能低效率的產(chǎn)品，使用節(jié)能設(shè)備。節(jié)能設(shè)備的經(jīng)濟效益非常顯著，例如：10000萬個家庭中，假設(shè)每個家庭都使用節(jié)能燈，每天平均亮4h，那么一年可省電（60-9）×10‐ 3kW×4h×365×10000×104≈7.45×109 kW·h（74.5億kW·h），如果每千瓦時的電價是0.56元人民幣，一年中可省41.7億元人民幣。

3、維修保養(yǎng)設(shè)備

新的供電設(shè)備投入使用后，要在使用一年內(nèi)進行預(yù)試和小范圍的維修，待檢查指標(biāo)合格和運行穩(wěn)定之后，才把供電設(shè)備轉(zhuǎn)入預(yù)試周期和正常檢修。在檢修供用電設(shè)備的過程中，檢修的周期表不僅要對應(yīng)檢修設(shè)備的質(zhì)量報告和質(zhì)量驗收，還要把周期表根據(jù)時間和地點進行分類，并裝訂成冊，以備日后檔案調(diào)查。在對供用電設(shè)備檢修試驗的內(nèi)容進行設(shè)置時，要建立和健全各項設(shè)備檢修試驗的數(shù)據(jù)趨勢圖，依照變化的趨勢和規(guī)律，分析供用電設(shè)備的試驗數(shù)據(jù)，例如：短路阻抗、油色譜、繞組絕緣的電阻、油檢化等數(shù)據(jù)趨勢，如果發(fā)現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)有異常，要及時進行維修，并進行設(shè)備維修的動態(tài)跟蹤。

（三）技術(shù)改造供用電系統(tǒng)

1、改造供用電系統(tǒng)

對供用電系統(tǒng)中不合理的地方進行技術(shù)改造，通過降低設(shè)備線路的電能損耗來節(jié)約電能。例如：把小截面的導(dǎo)線改造成大截面的導(dǎo)線；把迂回的配電線路改造成直線的配電線路；更新漏電和絕緣破損的導(dǎo)線；在經(jīng)濟指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)合理的基礎(chǔ)上，升壓配電系統(tǒng)；把變配電所的所址進行改造，通過變壓器的分散裝置，使變壓器和負荷中心更接近，從而降低線路的電能損耗等。這些技術(shù)改造的措施都可以有效降低電能損耗，實現(xiàn)電能節(jié)約的良好效果。

把大耗能的供電設(shè)備進行技術(shù)改造，例如：1000kVA的變壓器，在技術(shù)改造前使用的是熱軋硅的鋼片鐵心，其空載損耗是6.5kW，技術(shù)改造后使用的是冷軋硅的鋼片鐵心，其空載損耗是2.5kW，由于進行技術(shù)改造后，變壓器在一年中可以節(jié)約如下電能：（6.5-2.5）kW×8760h=35000kW.h。在交流弧焊機上安裝自停裝置，由于技術(shù)改造，交流弧焊機在一年可以節(jié)約1000kW.h的有功電能和3500kvar的無功電能，大大提高了設(shè)備的功率因數(shù)。根據(jù)上述舉例，可以發(fā)現(xiàn)對設(shè)備進行技術(shù)改造可以節(jié)約大量電能。

2、降低電網(wǎng)損耗

電網(wǎng)損耗是輸電網(wǎng)絡(luò)和配電網(wǎng)絡(luò)電量損耗的總稱，主要包括技術(shù)損耗和管理損耗。技術(shù)損耗是電網(wǎng)中元件電能的損耗，主要有固定損耗和可變損耗兩種形式；管理損耗是人為因素和管理因素造成的線路損耗，可以通過管理的加強有效避免管理損耗。高壓配電網(wǎng)絡(luò)一般使用環(huán)形供電模式，環(huán)形供電主要有兩種方式，一種是所有斷路器閉合的閉環(huán)運行；另一種是開環(huán)運行，也就是說斷路器QF1、QF4、QF5、QF8是閉合的，斷路器QF2、QF3、QF6、QF7是斷開的。正常情況下開環(huán)運行時，負荷從一個電源處受電，由于某個電源因故障切除，例如：1T故障和QF1跳閘時，斷路器QF3合上，而負荷從電源3T處送電，獲得備用電源。由此可見，變壓器和線路要考慮備用容量。正常情況下閉環(huán)運行時，負荷從多個方向受電，這樣不僅可以有效加強供電的可靠性和良好優(yōu)化電能的質(zhì)量，還能減少備用容量和降低電網(wǎng)損耗。

降低電網(wǎng)損耗，可以在降低電費和提高效益的同時，使配電設(shè)備的供電能力得到充分發(fā)揮，并且還能促進環(huán)境保護、資源優(yōu)化、能源利用。例如：最大負荷500萬kW的電力系統(tǒng)中，當(dāng)有功損耗占比15%，損耗的有功率是75萬kW；當(dāng)年最大負荷的利用時間是4000h，年損耗的電能是30億kW·h，如果每千瓦時的電價是0.56元人民幣，一年可節(jié)省16.8億元人民幣。由此可見，降低電網(wǎng)損耗是提高經(jīng)濟效益的運行方式。

3、改進變壓器供電

目前，我國供電系統(tǒng)中的電壓器主要是10kV類型和35kV類型兩種，變壓器的容量為10億kVA。由于變壓器的容量大、運行時間長，在選擇和使用變壓器的過程中，蘊藏著的巨大的節(jié)能空間，因此要對供電系統(tǒng)的設(shè)備進行合理選擇和合理搭配，在降低變壓器電力消耗的同時，減少運行成本，從而使能源節(jié)約和經(jīng)濟發(fā)展兼顧統(tǒng)一。陳舊和破壞的變壓器在供電系統(tǒng)中較為普遍，由于沒有跟上科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致電能損耗和資源浪費嚴(yán)重，因此要進一步改造變壓器，并開發(fā)變壓器巨大的節(jié)能空間，在供用電系統(tǒng)中用節(jié)能型變壓器取代耗能型變壓器。

（四）提高設(shè)備的電能利用

1、合理選擇設(shè)備容量

對供用電設(shè)備的容量進行合理選擇，使設(shè)備能夠充分發(fā)揮潛力。功率因數(shù)是對供用電設(shè)備的使用狀況和電能利用程序進行衡量的代表性指標(biāo)，要提高設(shè)備的功率因數(shù)，可以通過提高設(shè)備的使用率和負荷率，來降低設(shè)備的電能損耗。在不添加補償設(shè)備的基礎(chǔ)上，提高設(shè)備的功率因數(shù)，例如：在電力變壓器的運行中，合理選用變壓器容量，使電力變壓器和經(jīng)濟運行狀態(tài)相接近。如果變壓器負荷較低，就根據(jù)經(jīng)濟運行的條件，更換容量小的變壓器。電容器的電路和線路的電感、電阻之間形成了R-L-C的串聯(lián)電路，而串聯(lián)電路和諧波電流之間出現(xiàn)諧振，會導(dǎo)致諧波放大。要有效選擇設(shè)備容量，就要考慮以下方面：

①在電力變壓器和感應(yīng)電動機的合理選擇中，有效防止設(shè)備的低負荷運行；

②同步運行繞線型的感應(yīng)電動機；

③用容量相等的同步電動機取代感應(yīng)電動機；

④把感應(yīng)電動機的繞組結(jié)線進行合理改變，例如：把由聯(lián)改造成為聯(lián)；

⑤對低效率的設(shè)備更新和改造，進行經(jīng)濟分析和技術(shù)分析，使用能耗低、效率高的設(shè)備取代耗能高、效率低的設(shè)備。

2、使用無功補償?shù)脑O(shè)備

國家提高功率因數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定企業(yè)要提高設(shè)備的功率因數(shù)，通過安裝無功補償?shù)脑O(shè)備，使功率因數(shù)至少提高到0.9（一般規(guī)定cosФ≥0.9）。根據(jù)P=UIcosФ的公式，P和U不變時，提高cosФ可以減小線路I，實現(xiàn)電能節(jié)約。如果提高設(shè)備負荷率和降低無功率消耗后，cosФ仍然不能滿足規(guī)定要求，則要使用無功補償?shù)脑O(shè)備，并提高功率因數(shù)cosФ。

無功補償?shù)脑O(shè)備有并聯(lián)電容器和同步補償機兩種。并聯(lián)電容器是專門改善功率因數(shù)的，其安裝簡便、組裝靈活、維護便捷、擴建方便、功損較小。同步補償機是對勵磁電流進行調(diào)節(jié)的設(shè)備，可以補償無功功率。工廠生產(chǎn)中要優(yōu)先使用提高功率因數(shù)的并聯(lián)電容器。在工廠供用電系統(tǒng)中并聯(lián)電容器的裝設(shè)位置主要如下：

①高壓的集中補償。高壓的集中補償是指把高壓的電容器組在6～10kV的母線上進行集中裝設(shè)，這種集中補償?shù)拿姹容^小。

②低壓的集中補償。低壓的集中補償是指把低壓的電容器組在低壓母線上進行集中裝設(shè)，這種集中補償是對低壓母線上的無功功率進行補償，經(jīng)濟性良好。

③就地補償。就地補償是指把補償?shù)碾娙萜鹘M在需要無功補償?shù)脑O(shè)備附近單獨裝設(shè)，這種就地補償對設(shè)備需要的無功功率進行單獨補償，補償效果顯著。

三種無功功率的補償方式，要根據(jù)具體情況進行選擇，選用最適宜無功補償和最經(jīng)濟可行的方式。

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