供配电系统节电分析

摘 要：电能是现代社会生产以及人类生活的重要能源，影响着整个国民经济的发展。随着全球能源紧缺，节能成为了人们最关心的话题，而节约电能又是节能的重点，从有关数据可以看出，因为人类目前的科学技术仍然不够先进，在社会生产与科技研究中仍有大部分的能量被白白浪费掉，因此，节电已经受到世界各国政府与民众的重视。常说的节电即实施可行、经济、合理的技术措施，以直接和或间接地降低电能的损耗，提高能效并做到绿色环保。平衡三相负荷、采用节能的变配电设备、改善系统的功率因数、降低线损、抑制谐波的危害、采用稳压装置、平衡三相电压以及降低电动机的启动电流等方式能够节约10%～20%的电能，供配电系统节电分析就是在这样的节电基础上实现优化企业或工厂供配电系统经济运行，提高线路输电的能力以及增强电能的转换效率。所以，供配电系统的节电分析是当今电力研究领域一个重要的课题，具有十分重要的意义。

关键词：供配电；电力系统；节电

中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）14-0109-02

1 平衡三相负荷及电压

三相负荷不平衡对发电设备的影响比较严重，因为发电机设备装机容量设计是依据三相负荷而定，若三相负荷不平衡，则发电机设备的容量就限制为三相负荷中最大的一相，从而降低了设备的运行出力。这个在低压线路中比较常见，受高次谐波等影响三相负荷不平衡，中性线就有电流通过，低压供电线路损耗增大，同时造成三相电压不对称，使中性点电位产生位移。三相电压的不对称会给供配电系统造成致命性危害，例如：

①影响变压器安全经济运行。三相电压和电流的不对称会使配电的变压器运行温度提高，严重时可能烧坏变压器。当中性线中流过的电流偏大，零序电流会产生零序磁通引起较大的损耗，从而变压器升温，变压器寿命会缩短，严重时危害绝缘，甚至烧坏配电变压器。

②引起供配电网络相线及零线电能损耗加大。中性线较相线截面偏小，在接头处存在接头电阻，加上三相电压电流不对称，使得线损增大，浪费电能，造成经济损失。

③降低照明灯寿命。三相电压不对称引起的电压过高或过低对白炽灯灯照明设备均会产生不利影响。当端电压降低会使照明灯的光通量减少，照度降低；而端电压升高则会使灯泡寿命减少。

电压的高低变化还会对附近通信系统产生干扰，影响通信质量。同时电压的不稳定也会使家庭用电因电压保护而不能正常工作。

要想减少或是尽量避免三相负荷不平衡带来的危害，就要合理调整各相的负荷，在初步规划与设计时就应做好客户端的用电负荷调查分析，考虑到平衡三相负荷的问题。除此之外，可使用省电装置平衡三相电压、电流以及采用滤波抑制的办法。同时可以采用调节单相电压及采用滤波器抑制谐波的方法。中性线截面选取时，尽量保证与相线的相同以减小接头电阻。日常维护工作也必不可少，做到实时检测与管理，分析三相电压和三相电流情况，从而做到及时地调整负荷，尽量使三相负荷平衡。

2 采用节能的变配电设备

由于实际变压器中，绕组的电阻不等于零，铁芯的磁阻和铁芯损耗也不等于零，一次和二次绕组也不可能完全耦合，所以在变压器上的点能量损耗也不容忽视。

要想提高变压器能源利用率以降低损耗就必须淘汰高能耗的旧式变压器，采用新型节能变压器，如非晶合金配电变压器和干式配电变压器。非晶合金材料采用先进的快速凝固技术，是同时拥有集制造节能和应用节能的一种高科技绿色材料。这种材料在制造过程中可节能80%左右，且无污染，绿色环保，然而高造价使其使用较少。干式配电变压器即铁心和绕组不浸在绝缘液体中的变压器。它的特点是结构简单、维护方便、防火阻燃、防尘，可直接运行于负荷中心。干式变压器采用国内先进技术，机械强度高，抗短路能力强，局部放电小，热稳定性好，可靠性高，使用寿命长，散热性能好，过负载能力强，强迫风冷时可提高容量运行，防潮性能好，适应高湿度和其他恶劣环境中运行，最重要的是它节能低噪，能够有效改善供配电系统的能量损耗。

3 改善系统的功率因数

在供电系统中输送的有功功率维持恒定的情况下，功率因数降低，无功功率将增大。无功功率对供配电系统的电压质量和供电容量有着较大的影响，而且增加了供配电网络的有功功率损耗和线路损耗。功率因数过低还将增加系统中流过的总电流增加，从而导致异步电机等设备不能正常运行，使电力系统内的电气设备容量不能充分利用。因此，对供配电网络实行无功功率补偿，提高系统的功率因数是电力系统节电的关键。功率因数由0.7提高到0.9时，线路损耗可减少约40%，也因此，用户的功率因数高低成为了供电局收缴电费的重要指标。

提高系统的功率因素最直接的方法就是进行无功补偿，无功补偿主要分为并联电容器、同步电动机补偿、调相机补偿和动态无功补偿等方法。电容器产生的是超前的无功，可以抵消系统电机产生的滞后无功，并联电容器补偿的方法由装设地点的区别又分为高压集中补偿和？低压集中补偿。其中高压集中补偿是指将高压电容器组集中装设在工厂变电所的6～10 kV母线上，这种补偿方式的运行维护比较方便，但补偿范围较小，投资少，利用率较高，所以在大中型企业中采用的较多。低压集中补偿是指将低压电容器集中装设在车间变电所的低压母线上。相比前者，这种方式的补偿范围大一些，经济效益高，多为用户采用。

除了补充无功功率，采用自然功率因数高的设备也可以减少对超前无功的需求。如采用电感镇流器的气体放电灯，单灯安装电容器等，都能够提高自然功率因数。

4 降低线损

根据输电线路的电能损失的计算公式：A=3I2RT可知，线损的大小与线路的半径及电压成正比，因此优化输电线路，提高电压质量是降低线损的有力途径。电能耗费在线路上，不经与我们倡导的节能背道而行还会给线路带来老化，发热等一系列问题。降低线路损耗具体可采用以下几种方式：

①换粗导线截面。在输送负荷与距离不变的情况下，增大导线截面，可以达到减少线路电阻以降低线路损耗的效果。对于输送距离较远的线路，合理增加导线截面，表面上是增加了线路成本的投入，长远来看，由于节约了电能运行费用，可在2～3 a内将投入收回，所以，增大导线截面以降低线路损耗的方案是可行的。

②合理减小导线长度。设计施工时，应尽量做到走直线，少迂回。负荷进行归类，变配电所应尽可能靠近负荷中心。除对特殊负荷（如消防负荷）外，普通负荷应尽量通过主干电缆供电，这样既可以保证安全用电，又可在用电低谷期通过大截面干线输送小电流，以降低线损。

③建筑电气中要求变配电室要靠近电气竖井，以使主干线数量和长度减小，以达到降低输电线路损耗的目的。对于大型的高层建筑物，要合理布置电气竖井的位置，以减少电缆水平敷设的长度

④变压器要位于用电负荷中心，在用电负荷分布情况变动不大的情况下，应尽量使变压器位于用电负荷的中心。实验表明，用电负荷在距变压器100 m处与距变压器300 m处，线路上电能损耗后者比前者增加2倍。如果变压器位于企业或用电负荷附近，在低压线路上的线损接近零。因此，在变压器选址或者在固定变压器位置后建设工厂和大型用电企业时我们应充分考虑这一点。

5 抑制谐波危害

在我国，谐波充斥着整个电网，供电系统中谐波使发电机和变压器的损耗增加，发热导致损坏，用电设备中谐波使敏感性负载受干扰，导致智能控制系统瘫痪，保护装置和开关等误动作，在电力输送过程中谐波使得电缆、电力电容器损耗增大，发热甚至破坏绝缘。严重时谐波可能引起交流电机产生振动，产生电磁干扰影响通信，使照明设备以及显示器产生闪烁导致其寿命缩短甚至损坏，增加电网负担，降低可用容量等。

谐波产生于电力的生产，传输、转换和使用各个环节，对人类的社会的生活和科技的进步有了不利的影响，抑制谐波的危害越来越受到人们的重视。抑制谐波最常用的方法是在变压器低压测或用电设备处添加有无功补偿装置，在供配电系统内存在非线性负载以及有谐波电流产生的场所，使补偿装置对特定频率的高次谐波电流呈现较低阻抗，从而起到就地吸收或部分吸收谐波电流的目的，抑制揩波。当然，还可以从谐波产生源、谐波传输途中与谐波接收端等方面来加以抑制。

6 结 语

尽管现在国内大大小小的发电厂不计其数，风电、水电、火电、核电甚至太阳能发电都初具规模，但“电荒”仍然存在。因此，如何节约电能引起了每个工厂、企业甚至国家的关注，供配电系统的节能更是任重道远，如何做到低能耗、高效益兼顾环保成为重要的研究方向。

参考文献：

[1] 汤蕴.电机学[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2] 朱成章.搞好无功补偿可以节约大量电能[J].节能，2005（12）

[3] JGJ16-2008，民用建筑电气设计规范[S].

[4] 陈爱琳.功率因数与节能降损的关系及补偿方法[J].品牌，2010，（11）.