供配電設計節(jié)能技術和措施

杜梅云

（中土集團福州勘察設計研究院有限公司，福建 福州 350013 ）

隨著我國的經濟實力和工業(yè)化水平的提升，能源緊缺卻成為了擺在眼前的一道難題。在很長一段時間內，我國能源的損耗情況都極為嚴重，利用率只有30%左右，與諸多的西方發(fā)達國家相差甚遠。電力作為當代經濟發(fā)展不可或缺的二次能源，更是制約工農業(yè)發(fā)展的核心因素之一。因此當下發(fā)電部門、供電部門以及用電部門均需深入研究，設計出節(jié)能降耗的有效方案。

1 供配電系統(tǒng)總體規(guī)劃中的節(jié)能措施

1.1 選取合適的供電電壓等級

通常情況下，輸電線路的電壓與可輸送容量成正比，而且電壓越高，輸送的距離也越遠。在電壓一致的情況下，若要進行遠程送電，就必須縮小輸送的容量。反之，若要輸送較大的容量，就必須縮短輸送距離。因此，必須綜合考慮負荷容量、用電器以及供電距離等多方因素，對供配線系統(tǒng)進行科學設計并且選取合適的供電電壓等級。當供電電壓越高時，線路電流也就越小，電能的損耗也就能夠得到有效控制。變電所必須盡可能地挨著負荷中心，從而縮小供電半徑，降低線路損失。雖然在供電電壓的范圍中，提升供電電壓等級能夠實現(xiàn)節(jié)能，但是會顯著上升成本投入，所以應當深入分析，采取較為經濟的方法。

1.2 選擇恰當的線路

擴大導線電纜的截面積，盡管可以在一定程度上實現(xiàn)節(jié)能，但是成本投入會有所上升，并不是一個經濟的方案。反之截面過小，又會降低運行的穩(wěn)定性，縮短電纜的使用年限。因此在線路的設計方面，應當秉承降低線路損耗的原則。在實際工程中，線路中的電流通常都是不變的，若要有效降低線損，就必須盡可能去降低線路電阻，所以需盡量選用電阻率較低的導線，比如銅芯導線。在低壓配電當中，盡量避免“走回頭路”。變電所必須盡量挨著負荷中心，縮短供電半徑。若線路較長，在保障熱穩(wěn)定、載流量以及電位差要求的基礎上，必須擴大一級線截面。與此同時，還可以靈活運用部分季節(jié)性負荷的線路來降低電阻。

2 變配電設計中的節(jié)能技術

2.1 科學選擇變壓器

在整個電力系統(tǒng)中，變壓器作為重要的電壓變換設備，發(fā)揮著不可或缺的關鍵作用。尤其是10kV 以及35kV 電壓等級的變壓器，運用得極為廣泛。由于變壓器用量大且運行時間長，采取合理有效的措施能夠節(jié)約大量的能源。在選擇變壓器的過程中，應當盡可能選擇損耗較低的節(jié)能型變壓器，如S 型、S10 型以及S11 型等。如果是高層建筑、化工企業(yè)或是對消防要求極高的建筑物，則需使用低損耗的節(jié)能型干式電力變壓器，如SG10 型、SC6 型以及SG11 型等。倘若電網電壓波動很大且頻繁，為了優(yōu)化電能的總體質量，則可以使用有載調壓電力變壓器。

2.2 選用合適的電動機

電動機節(jié)能的主要方式在于提升工作效率以及功率因素。異步電動機是工業(yè)領域使用得最為廣泛的一種電動機，功率因素以及工作效率是其運行過程中最關鍵的2 個經濟指標，并且二者存在極為緊密的聯(lián)系。異步電動機在空載或是輕載的時候，功率因素非常低，大約只有0.2～0.3，而滿載時功率因素可達0.85～0.89。因此在設計的過程中，必須充分考量異步電動機的實際容量，容量不宜過大，應當盡量滿負荷地運作。

通常情況下，異步電動機的功率因素以及額定功率，會根據負荷系數在75%～100%的范圍內設計，所以其額定輸出功率最好是控制在負荷功率的1.1～1.15 倍左右。然而在實際工程中，電動機一般都是和專業(yè)設施相互配套，因此僅能在運行環(huán)節(jié)實施節(jié)能方案。在降低線路損耗的基礎上，還需盡可能地避免電動機輕載或是空載運行。最理想的方式就是通過變頻調速來有效控制電動機，讓其在負荷率變化的時候，自行對轉速進行調節(jié)，進而和負載變化相適應，在全面提升電動機輕載時效率的基礎上，大大降低電能的損耗。此外，還應當科學合理地選擇低壓電器；因為這一基礎元件數量眾多且覆蓋面很大，雖然單個低壓電器所耗費的電能量并不多。但是數量龐大的低壓電器集結在一起，其耗能總量同樣不容忽視。因此在設計的過程中，最好是使用安全可靠且質量過關的節(jié)能型低壓電器。

2.3 全面提升供配電系統(tǒng)的功率因數

提升功率因數能夠有效降低線路無功功率的損耗，繼而實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標。輸電線路的損耗主要涵蓋了兩大塊，一是有功功率傳輸過程中引起的線損，二是無功功率傳輸過程中引起的線損。雖然有功功率的傳輸滿足設備必不可少的功能。但是供配電系統(tǒng)當中的部分設備全部都具有電感性，比如變壓器、電動機以及燈具的鎮(zhèn)流器等，這些設備均能產生滯后的無功電流，從系統(tǒng)當中經過高低壓線路后，傳輸至用電器的尾部，這就增添了許多線路的功率損耗，但是這種損耗可以通過兩種方式進行規(guī)避。

一方面，可以降低用電設備的無功損耗，從而提升其功率因素。在具體的設計過程中，必須盡量使用功率因素較高的用電器，例如同步電動機。至于電感性用電設施，則可以選用存在補償電容器的設備。另一方面，可以靈活運用靜電電容器實施無功補償。電容器能夠通過所產生的超前無功電流，對用電設施的滯后無功電流進行有效抵消。此外，在實際設的計過程中，為了可以有效減少整體無功電流，可以靈活運用低壓成組補償或是高壓集中補償的方式。

2.4 照明設計當中的節(jié)能措施

照明節(jié)能設計應當大力倡導綠色照明，即在保障不影響總體照明質量及不降低作業(yè)面視覺要求的基礎上，盡可能地降低照明系統(tǒng)當中的光能損耗，進而最大限度地充分使用光能。

（1）應當充分利用自然光。自然光的高效利用是照明節(jié)能的重要方法之一，廣大電氣設計工作者在設計過程中，應當綜合考量建筑的實際情況，實現(xiàn)自然光和室內人工照明的高效結合，進而有效節(jié)約電能。

（2）要合理控制單位面積內燈具的安裝功率。在確保照明質量的基礎上，普通的場所最好是使用照明質量好且能源損耗低的緊湊型熒光燈。對于一些規(guī)模較大的車間廠房或是室外照明，則最好是使用氣體放電光源，如高壓鈉燈或高壓汞燈。

（3）應大力推廣并普及耗能較低的光源用電附件。如節(jié)能型的電感鎮(zhèn)流器或電子變壓器，運用于公共場所的熒光燈最好是使用附有無功補償的燈具，緊湊型熒光燈最好是使用電子鎮(zhèn)流器，而氣體放電等則最好是使用電子觸發(fā)器。

（4）需要優(yōu)化改良燈具的控制方案。根據照明的實際需要，可以適當增加開關的數量或是使用分區(qū)控制的方式。如在家中的臥室或是醫(yī)院的病房中，可以使用調光開關，而高級的客房中則可以使用節(jié)電鑰匙開關。至于室外的一些場所或公共場所，則可以使用相應的程序進行控制，或是安裝聲控開關。

3 結語

總的來說，為了有效實現(xiàn)節(jié)能降耗，在供配電系統(tǒng)的總體規(guī)劃中，應當選取合適的供電電壓等級以及恰當的線路。在變配電設計方面，應當選擇恰當的變壓器和電動機，全面提升供配電系統(tǒng)的功率因數。而且在照明設計當中，應當大力倡導綠色照明，充分利用自然光，合理控制單位面積內燈具的安裝功率，大力推廣并普及耗能較低的光源用電附件，優(yōu)化完善燈具的控制方案。