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廣東電纜廠談供配電系統(tǒng)的節(jié)電技術(shù)措施

發(fā)布日期:2012-02-27 點擊數(shù):

廣東電纜廠談供配電系統(tǒng)的節(jié)電技術(shù)措施

廣東電纜廠有限公司  2012-02-27訊:

 

降低供配電系統(tǒng)的線損及配電損失,最大限度地減少無功功率,提高電能的利用率,是當(dāng)前建筑電氣節(jié)電的重要課題之一。選擇及合理使用節(jié)能干式變壓器、減少線路損耗、提高功率因數(shù)、平衡三相負(fù)荷、抑制諧波,同時采用高效節(jié)電的省電裝置來調(diào)整電壓幅值及穩(wěn)壓、平衡三相電壓,減少電動機的啟動電流、抑制諧波等技術(shù)措施,不僅節(jié)電10%~20%,而且安全可靠,綠色環(huán)保,改善了用電環(huán)境,凈化了電路,延長了用電設(shè)備的使用壽命。

  由于國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展以及國際加工產(chǎn)業(yè)新格局的形成,一些高能耗低效益的加工業(yè)逐步轉(zhuǎn)向國內(nèi),無疑加劇了我國能源緊張的矛盾。發(fā)生在我國許多省市的“電荒”已成為相當(dāng)嚴(yán)重的問題。盡管我國電力建設(shè)超常規(guī)增長,但電力供應(yīng)仍嚴(yán)重不足。為此,節(jié)省能源及節(jié)約用電引起了政府及全社會的高度重視。采取各種有效的節(jié)能技術(shù)措施就顯得尤為重要。

  降低供配電系統(tǒng)的線損及配電損失,最大限度地減少無功功率,提高電能的利用率,是當(dāng)前建筑電氣節(jié)電的重要課題之一。為了實現(xiàn)這個目標(biāo),我國采取了如下措施:選擇及合理使用節(jié)電干式變壓器、減少線路損耗、提高功率因數(shù)、平衡三相負(fù)荷、抑制諧波,同時采用高效節(jié)電的省電裝置來調(diào)整電壓幅值及穩(wěn)壓、平衡三相電壓,減少電動機的啟動電流、抑制諧波等技術(shù)措施,不僅可節(jié)電10%~20%或更多,同時安全可靠,綠色環(huán)保,改善了用電環(huán)境,凈化了電路,并延長了用電設(shè)備的使用壽命。

1 選擇及合理使用節(jié)電干式變壓器

  在工業(yè)與民用建筑中大都采用干式變壓器,因為干式變壓器具有許多優(yōu)點。特別是SG(B)11-R系列卷鐵芯干式配電變壓器具有高效節(jié)電、安全可靠、綠色環(huán)保等優(yōu)點?,F(xiàn)將該產(chǎn)品的主要特點介紹如下:

(1)其鐵芯為三相三柱環(huán)型卷繞,采用日本新日鐵0.23mm優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片,在鐵芯成型機上卷繞成型的。其特點是鐵芯不沖孔、無接縫,鐵芯是一個密封整體,其過載的抗短路沖擊能力比疊片式變壓器強很多。

(2)卷鐵芯無需消耗接縫的磁化容量,磁路分布均勻,大幅度減少了空載激磁電流,空載電流很小,比疊片式降低了約70%,提高了功率因數(shù),降低了電網(wǎng)的無功損耗。

(3)卷鐵芯充分利用了薄型硅鋼片的磁化特性,減少了渦流損耗,提高了變壓器的性能水平,降低了變壓器的空載損耗,比國家標(biāo)準(zhǔn)降低約35%~40%??蛰d電流降低了70%,負(fù)載損耗比國家標(biāo)準(zhǔn)低40%左右。
例:深圳市中泰雁南名庭,2005年2月10日安裝了4臺SGB11-R1000kVA變壓器,一年內(nèi)的(2005年2月10日~2006年2月10日)總耗電成本為38828元。通過相關(guān)公式計算,1臺SC(B)-10?。保埃埃埃耄郑磷儔浩饕荒昕偤碾姵杀緸椋担梗埃矗痹?。采用一臺SGB11-R1000kVA變壓器比采用一臺SC(B)-10 1000kVA變壓器一年節(jié)約電費20213元,耗電成本降低34.2%。

(4)由于卷鐵芯無接縫,在運行中噪聲極低(不超過50分貝),比疊片式低30%,因此,被稱為環(huán)保型變壓器。在高層建筑室內(nèi)安裝無噪音污染。同時,該產(chǎn)品在運行中無有害(有毒)氣體產(chǎn)生。變壓器線圈可分解回收處理,不會對環(huán)境造成任何污染。

(5)該產(chǎn)品的層間和匝間全部采用美國杜邦NOMEX做絕緣材料,使產(chǎn)品的安全可靠性有了進(jìn)一步提高。該產(chǎn)品熱穩(wěn)定性好,在180℃溫度下可在120%過負(fù)荷下長期安全可靠運行;在150%過負(fù)荷下可以連續(xù)運行3小時,比SC(B)9、SC(B)10環(huán)氧樹脂變壓器的過負(fù)荷能力提高了20%以上。同時還能承受熱沖擊,在冷熱急劇變化的情況下,無絕緣“開裂”的情況發(fā)生。

(6)該產(chǎn)品絕緣材料有接近于空氣的介電常數(shù),產(chǎn)品運行時,局部放電極低(小于5Pc),達(dá)到優(yōu)級標(biāo)準(zhǔn),使產(chǎn)品的運行安全可靠性進(jìn)一步提高。同時,該產(chǎn)品無可燃樹脂,不助燃并能防火。

(7)較高的產(chǎn)品性價比。如2007年1月26日,有12家變壓器廠參加某電路板廠11臺干式變壓器的招標(biāo)。11家變壓器廠參加SC(B)10系列干式變壓器的報價。1家變壓器廠參加SG(B)11-R系列干式變壓器的報價。招標(biāo)價格揭曉:前11家變壓器廠的價格均超過200萬元,只有一家變壓器廠的價格低于200萬元。由此可見,SG(B)11-R系列干式變壓器不僅性能好,而且價格便宜。

(8)由于SG(B)11-R系列產(chǎn)品與SC(B)9系列產(chǎn)品的耐熱等級不一樣,國家制定的標(biāo)準(zhǔn)也不一樣,SC(B)產(chǎn)品負(fù)載損耗比S(B)產(chǎn)品負(fù)載損耗標(biāo)準(zhǔn)低很多,SG(B)系列產(chǎn)品耐熱等級為H級(180℃),而SC(B)系列產(chǎn)品耐熱等級只達(dá)到F級(155℃)。SG(B)11、SG(B)10、SC(B)9三種系列變壓器的主要技術(shù)參數(shù)對比見表1。


  中國的配電變壓器由20世紀(jì)50年代SJ1平均每1kVA空載損耗5.2W,負(fù)載損耗17.8W。到90年代,S9平均每1kVA空載損耗為1.82W,負(fù)載損耗為10.4W。而卷鐵芯變壓器平均每1kVA空載損耗為1.08W,負(fù)載損耗為9.6W。如果中國全部使用11系列變壓器,就目前發(fā)電裝機容量來說,每年將節(jié)約空載損耗40.71億千瓦時,干式配電變壓器占全部配電變壓器的15%。如全部使用SG(B)11-R系列產(chǎn)品,每年將節(jié)約6億千瓦時的電能,社會效益顯著。
SGB11-R系列節(jié)能型配電變壓器是高效節(jié)電,安全可靠、綠色環(huán)保、壽命期后可回收的真空浸漬,H級絕緣非包封線圈卷鐵芯變壓器。該產(chǎn)品被中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會授予
  “綠色之星”產(chǎn)品稱號,中國節(jié)能協(xié)會將其作為“新型節(jié)能產(chǎn)品”在行業(yè)重點推廣。受珠海某公司的委托,深圳市節(jié)能聯(lián)合委員會一行5人組成評委組,對該公司生產(chǎn)的SGB11-R系列干式變壓器進(jìn)行了論證。參加論證會的專家一致認(rèn)為:“該產(chǎn)品符合電力安全要求,具有節(jié)能環(huán)保的特點和較高的產(chǎn)品性價比,可在節(jié)能改造和新上項目中作為優(yōu)選產(chǎn)品。”由此可見,SG(B)11-R系列卷鐵芯干式變壓器在技術(shù)性能、社會經(jīng)濟效益方面具有許多優(yōu)越性,是目前全國干式變壓器的優(yōu)選產(chǎn)品。

  變壓器的鐵損不隨負(fù)荷變化,而銅損則與通過電流的平方成正比。在變壓器運行中,我們通常以空載損耗和負(fù)載損耗為衡量變壓器損耗的兩個重要參數(shù)。變壓器制造廠設(shè)計負(fù)載系數(shù)在40%~60%范圍內(nèi)處于經(jīng)濟運行區(qū);額定容量30%以下的輕載或空載時經(jīng)濟性最差;50%的負(fù)載率不是節(jié)能的最佳狀態(tài),考慮到初裝費、變壓器、低壓柜、土建投資及各項運行費用,又要考慮變壓器在使用期間內(nèi)預(yù)留適當(dāng)?shù)娜萘?,變壓器的?fù)載率在75%~85%之間較為合理。這樣既充分利用了變壓器容量,又減少了其它投資。在設(shè)計中,計算負(fù)荷一般偏大,負(fù)荷系數(shù)偏小。如深圳市某寫字樓原采用4臺變壓器,其中3臺1250kVA變壓器,1臺630kVA變壓器。整改后,減了1臺1250kVA變壓器,每月節(jié)省變壓器初裝費30000元(1250×24=30000),一年節(jié)約變壓器初裝費360000元,同時還減少了一臺變壓器的空載損耗。又如深圳某小區(qū),原采用6臺1000kVA變壓器,整改后為4臺。6臺變壓器的損耗為6×13kW=78kW,減少2臺后為52kW,減少有功損耗26kW。經(jīng)過計算,年節(jié)約費用為150000元,同時還節(jié)省了兩臺變壓器的投資費用。在上述兩個案例中,整改前變壓器的負(fù)荷率均小于60%,整改后變壓器的負(fù)荷率均約為85%。除選用節(jié)能變壓器外,在變配電所設(shè)計時選用兩臺或兩臺以上變壓器,中間增加聯(lián)絡(luò)柜,這樣既提高了供電的可靠性,又可以根據(jù)電氣設(shè)備的負(fù)荷情況及非空調(diào)季節(jié)的實際情況決定,投入變壓器的運行臺數(shù)。上述設(shè)計理念,降低了變壓器的電能損耗。

2 減少線路損耗

(1)盡量減少導(dǎo)線長度。在設(shè)計及施工中,低壓柜出線回路及配電箱出線回路盡量走直線,少走彎路,不走或少走回頭線。變配電所應(yīng)盡可能靠近負(fù)荷中心。低壓線路的供電半徑不宜超過200m;負(fù)荷密集地區(qū)不宜超過100m;負(fù)荷中等密集地區(qū)不宜超過150m;少負(fù)荷地區(qū)不宜超過250m。這樣可以減少電纜(線)長度,實現(xiàn)供電距離最短。如某工程為政府投資的大型工程,該工程為空調(diào)冷凍站專門設(shè)置了10/0.4kV變電所,內(nèi)裝3×2000kVA+2×1600kVA變壓器,變壓器負(fù)荷率為80%,由4000A、3200A銅質(zhì)密閉母線饋電。某外資設(shè)計公司進(jìn)行最初設(shè)計時,變電所低壓配電室距冷凍站的控制室55m,為節(jié)約電能,對初步設(shè)計進(jìn)行了調(diào)整,把變電所和空調(diào)控制室合并設(shè)置,使低壓饋電距離縮短了55m。經(jīng)計算,在密閉母線上的線路損耗可節(jié)?。矗担耄?。以每天冷凍站運行10小時,年運行100天計算,總耗電量為45000kWh,以每kWh0.68元計算,年節(jié)約電費3萬余元。該工程按70年使用期計算,共可節(jié)約電費210萬元。

(2)增大導(dǎo)線截面積。對于較長的線路,在滿足載流量熱穩(wěn)定,保護(hù)配合及電壓降要求的前提下,應(yīng)加大一級導(dǎo)線截面。盡管增加了線路費用,但由于節(jié)約了電能,因而也減少了年運行費用。根據(jù)估算,在2~3年內(nèi)即可回收因增加導(dǎo)線截面而增加的費用。所以,加大導(dǎo)線截面的投資是值得的。

(3)在高層建筑中,變配電室應(yīng)靠近電氣豎井,以便減少主干線(電纜或插接母線)的長度。對于面積大的高層建筑物,應(yīng)將電氣豎井盡可能設(shè)在建筑物中部(或兩端),以便減少水平電纜的敷設(shè)長度。

(4)要將負(fù)荷進(jìn)行歸類。除對計費有要求的負(fù)荷及消防負(fù)荷外,普通負(fù)荷(如空調(diào)機、風(fēng)機盤管、照明、新風(fēng)機、電熱水器等)改由一條主干電纜供電,這樣既便于消防切除非消防電源,又可在非空調(diào)季節(jié)使同樣大的干線截面?zhèn)鬏斴^小的電流,從而減少線路的損耗。

3 提高功率因數(shù)

  提高供配電網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù),實行無功補償是建筑電氣節(jié)能的又一課題,正在受到越來越多人的關(guān)注。無功功率既影響供配電網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量,也限制了變配電系統(tǒng)的供電容量,更增加了供配電網(wǎng)絡(luò)的線損。對供配電網(wǎng)絡(luò)實行無功功率補償,既可改善電能質(zhì)量,提高供電能力,更能節(jié)電降耗。

  在供配電系統(tǒng)中許多用電設(shè)備,如電動機、變壓器、燈具的鎮(zhèn)流器以及很多家用電器等均為電感性負(fù)荷,會產(chǎn)生滯后的無功電流,它要從系統(tǒng)中經(jīng)過高低壓線路傳輸?shù)接秒娫O(shè)備末端,無形中又增加了線路的功率損耗。為此,必須在供配電系統(tǒng)中安裝電容器柜(箱)。通過電容器柜(箱)內(nèi)的靜電容器進(jìn)行無功補償,電容器可產(chǎn)生超前無功電流抵消用電設(shè)備的滯后無功電流,從而達(dá)到減少整體無功電流,同時又提高功率因數(shù)的目的。當(dāng)功率因數(shù)由0.7提高到0.9時,線路損耗可減少約40%。功率因數(shù)值的大小應(yīng)滿足當(dāng)?shù)毓╇娋值囊?。?dāng)無明確要求時,建議功率因數(shù)值高壓用戶為0.9以上,低壓用戶為0.85以上。
無功功率補償有兩種方法:

(1)集中補償。將電容器柜設(shè)置在變配電所低壓側(cè)集中補償。集中補償時,宜采用自動調(diào)節(jié)式補償裝置,這樣可以防止過補償時使無功負(fù)荷倒送。同時電容器組宜采用自動循環(huán)投切的方式。

(2)就地補償。容量較大,負(fù)荷平穩(wěn),其經(jīng)常使用的用電設(shè)備的無功負(fù)荷宜單獨就地補償。同時,在設(shè)計中盡可能采用功率因數(shù)高的用電設(shè)備。如同步電動機及配有電子式或節(jié)能電感鎮(zhèn)流器的熒光燈等。
在具體工程設(shè)計中可采用高低柜集中補償及就地補償?shù)葍煞N方式。究竟采用何種補償方式較為合理,可根據(jù)工程的具體情況來確定。

4 平衡三相負(fù)荷

在低壓線路中,由于存在單相以及高次諧波的影響,使三相負(fù)荷不平衡。三相電壓或三相電流不平衡會對供配電網(wǎng)絡(luò)造成一系列的危害。主要有:

(1)影響變壓器、電機的安全經(jīng)濟運行;

(2)引起供配電網(wǎng)絡(luò)相線及零線電能損耗加大;

(3)影響計算機正常工作。引起照明燈壽命縮短(電壓過高)或照度偏低(電壓過低)以及電視機的損壞等;

(4)增大對通信系統(tǒng)的干擾,影響正常的通信質(zhì)量。為了減少三相負(fù)荷不平衡造成的能耗,應(yīng)及時調(diào)整三相負(fù)荷,使三相負(fù)荷不平衡度符合以下規(guī)程規(guī)定:“要求配電變壓器出口處的電流不平衡度小于等于10%,干線及支線首端的不平衡度小于等于20%,中性線的電流不超過額定電流的25%”以及“三相配電干線的各項負(fù)荷宜分配平衡,最大相負(fù)荷不宜超過三相負(fù)荷平均值的115%,最小相負(fù)荷大于三相負(fù)荷平均值的85%”。
要解決三相電壓或三相電流的不平衡度,首先設(shè)計時盡量使三相負(fù)荷平衡;同時可以采用調(diào)節(jié)單相電壓及采用濾波器抑制諧波的方法。最好的方法是采用省電裝置來平衡三相電壓或三相電流。該省電裝置能使線電壓或線電流的不平衡度小于2%,零線上電流極小,使三相電壓或三相電流基本平衡,從而大大減少了相線及零線上的電能損耗。

5 抑制諧波危害

  供配電系統(tǒng)中的電能質(zhì)量是指電壓頻率和波形的質(zhì)量。電壓波形是衡量電能質(zhì)量的三個主要指標(biāo)之一。隨著各類電力電子設(shè)備在工業(yè)與民用建筑中日益廣泛地應(yīng)用,由此產(chǎn)生的諧波電流對供配電系統(tǒng)的巨大影響已引起了人們的高度關(guān)注及重視。諧波電流的存在不僅增加了供配電系統(tǒng)的電能損耗,而且對供配電線路及電氣設(shè)備也會產(chǎn)生危害,因而人們意識到抑制諧波的重要性及迫切性。為了抑制諧波,通常在變壓器低壓測或用電設(shè)備處設(shè)置有源濾波器、無源濾波器,或?qū)⒂性礊V波器及無源濾波器混合使用,或采用節(jié)電裝置。通過上述措施有效濾除中性線和相線的諧波電流,這樣不僅凈化了電路,而且降低了電能損耗,提高了供電質(zhì)量,保證系統(tǒng)安全可靠地運行。

案例1:深圳某公司采用ABB公司生產(chǎn)的三次諧波濾波器進(jìn)行技術(shù)改造后,相電流由1063A減少到637A。零線中的三次諧波由1000A減少到50A。
案例2:上述公司老化實驗室采用三次諧波過濾器技術(shù)后,在11個月的時間內(nèi)累計節(jié)電142032kWh,節(jié)約電費1.072萬元(按平均工業(yè)用電電價0.83元/kWh計算)。

6 高效節(jié)電的省電裝置

  在供配電系統(tǒng)中,電壓不穩(wěn)定、三相電壓不平衡、電動機沖擊電流過大和高次諧波干擾等已成為“隱形殺手”,不僅造成了較大的電能損耗,而且縮短了電氣設(shè)備的使用壽命。日本生產(chǎn)的省電裝置就是針對上述問題的節(jié)電科技產(chǎn)品。

  該裝置采用一種特殊的電磁結(jié)構(gòu),它的內(nèi)部是一個串聯(lián)電抗器并聯(lián)接入自耦調(diào)壓器和外加獨立相位調(diào)整兼消除高次諧波線圈,一起固定在一個三柱式鐵芯上的綜合型節(jié)電裝置。該裝置具有以下功能和特點:

(1)調(diào)整電壓幅值及穩(wěn)壓
有些用電單位供電電壓偏高,導(dǎo)致電氣設(shè)備用電量增加,使用壽命縮短,同時加大了線路損耗。由于該裝置采用了最新的電磁平衡原理來調(diào)整用電設(shè)備電壓的平衡度和穩(wěn)定性,即在它內(nèi)部并聯(lián)了一個自耦固定式調(diào)壓器,因此,該調(diào)壓器具有調(diào)節(jié)電壓幅值的功能,可以將較高的電壓值調(diào)整到合理的范圍內(nèi)。

(2)平衡三相電壓
該裝置以電磁平衡為基本原理,通過調(diào)節(jié)該裝置的相序電感量,利用磁電交換、磁勢再分配來大量減少三相電壓的不平衡度,能使線電壓、線電流的不平衡度減少2%,從而使三相電壓基本平衡。

  由于市電三相電壓不平衡,配電系統(tǒng)三相負(fù)荷分配不均等高次諧波的影響,致使三相電流不對稱,三相電壓不平衡。在這種情況下,會使變壓器內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流、線圈過熱,并可使電動機的效率降低,繼而加大用電量(如三相電動機會產(chǎn)生負(fù)序電壓和零序電壓分量,這時電動機會產(chǎn)生附加相反的制動力矩使電動機反轉(zhuǎn),如果電動機要克服相反方向的制動力矩維持正方向保持原速度運行,就要額外增加相當(dāng)于一倍負(fù)序分量的正序能量;由于三相電壓不平衡產(chǎn)生電壓中心點偏移導(dǎo)致的零序電壓及電流分量,它使電動機產(chǎn)生振蕩力矩和增大線圈漏磁通損耗)。由于該裝置能平衡三相電壓,同時又可將電網(wǎng)過高的電壓值調(diào)整到合理的范圍,不僅給動力設(shè)備,而且給三相照明系統(tǒng)帶來了顯著的節(jié)電效果。

(3)減少電動機的啟動電流
通過磁力作用及節(jié)電裝置內(nèi)部串聯(lián)電抗器,可對電動機啟動電流起到一定的抑制作用,一般可將啟動電流減少到2~3倍的額定電流。如果有很多臺小型電機或群控多臺小型電機,其節(jié)電效果更為明顯。同時還可減少電動機啟動時出現(xiàn)的沖擊電流對其它電氣設(shè)備的影響。

(4)抑制高次諧波
電源中的高次諧波一部分是由市電產(chǎn)生,另一部分是低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的。上述諧波不僅造成電能的浪費,而且造成變壓器因渦流及損耗的加大而過熱、電動機過熱及轉(zhuǎn)矩下降,還會造成低壓電容器柜中電容器過熱、中性線電流增大等結(jié)果。為抑制高次諧波,該裝置內(nèi)部并聯(lián)了一個消除線圈,它可以阻止市電送來的高次諧波,同時能抑制低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流。通??梢种疲常埃ァ担埃セ蚋嗟母叽沃C波,上述措施也獲得了一定的節(jié)電效果。

(5)降低了線路、變壓器及電機繞組的銅耗
諧波高頻率上升,高頻電流增大,導(dǎo)致交流電阻增大,線損增加。由于該裝置平衡了三相電壓,抑制了高次諧波,由此降低了線路、變壓器及電機繞組等的銅耗。按銅耗公式P=I2R計算,減少電流值及電阻值對銅耗有明顯的減少。特別是長線路及電流值較大的線路,其節(jié)電效果更為理想。

(6)改善功率因數(shù)
該裝置依靠線圈移相的方式提高用電設(shè)備的功率因數(shù),采用了調(diào)整組別結(jié)線的方式來調(diào)整各相輸出電流與電壓相位,從而提高了功率因數(shù),降低了用戶的線路損耗。

(7)平衡電流或電壓的瞬間變動
由于該裝置采用了較理想的磁性材料和特殊的結(jié)線來平穩(wěn)電流或電壓的瞬間變動,為此對用電設(shè)備起到了保護(hù)作用,使用電設(shè)備免受電網(wǎng)電壓波動的侵害,確保機電設(shè)備及電子設(shè)備的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。同時保證了工廠產(chǎn)品的合格率,將用電設(shè)備的使用壽命延長了2~3倍。
該裝置是一套綜合性的節(jié)能設(shè)備。綜合上述各部分的節(jié)電功能,總體可節(jié)電約10%~20%,改善了用電環(huán)境,凈化了電路,延長了用電設(shè)備的使用壽命。該節(jié)電裝置已在我國許多單位安裝并投入運行,效果良好。該裝置產(chǎn)品節(jié)電情況見表2。

來源: 廣東電纜廠    http://www.lvkh.cn