浅谈供配电系统设计中的部分节能

2022-10-31

我国能源和发展之间的矛盾一直是社会普遍关注的问题, 要缓解能源资源和社会经济发展之间的矛盾, 必须大力推广节能产品和节能减耗的新技术, 更新淘汰高能耗高物耗的产品和设备, 建设节约型社会。电能是社会经济发展的主要能源之一, 随着工业用电和生活用电的迅猛增长, 供需矛盾越来越严重。节约电能是每一个电气设计人员应该考虑的问题, 首先从设计角度考虑节约电能, 可以做到未雨绸缪。本文欲对供配电系统设计中涉及节能的部分做一点谈讨。

1 负荷计算

在利用需要系数法计算负荷时, 需要注意:用电设备同时运行台数的影响和设备容量的动态变化, 将导致计算结果较实际偏大, 因此需要正确选择同时系数 (同时系数可按负荷高峰期较大的用电设备组考虑) ;用电设备容量不包括备用设备容量;季节性用电设备应该择其大者计入总设备容量;单相负荷应均匀分配到三相上, 当单相负荷总容量小于三相对称负荷总容量的15%时, 应按最大相负荷的3倍作为三相对称负荷计算;不同类用电设备的总容量应按有功功率和无功功率负荷分别相加。需要系数不仅与用电设备组的工作性质、设备台数、设备效率和线路损耗等因素有关, 还与操作者的技术熟练程度和生产组织等多种因素有关, 需要尽可能通过实测分析确定, 尽量接近实际。

计算负荷确定得是否合理, 直接关系到电气设备得选择是否合理, 如果计算负荷确定过大, 会造成投资和有色金属的浪费;如果计算负荷确定得过低, 又会造成电气设备和导线长期过热, 增加电能损耗, 影响设备使用寿命和用电安全。

2 功率因数补偿

提高功率因数有两种方法:改善自然功率因数和安装人工补偿装置。

提高自然功率因数主要是通过正确选择电动机、变压器容量, 加强电气设备的检修, 减少空载消耗以及正确选择照明灯具启动器, 降低线路感抗等措施来提高自然功率因数。异步电动机在工业和民用用电中占有很大的比重, 当异步电动机在额定功率的75%~100%运行时效率最高, 所以负荷率宜在0.8~0.9范围内。当功率保持在额定值时功率因数为0.85~0.89;而在空载和轻载运行时功率因数和效率都很低, 空载时功率因数只有0.2~0.3。正确选择异步电动机容量, 使其与所带负载相匹配, 可以改善功率因数, 达到节能效果。变压器二次侧负荷功率因数一定的情况下, 一次功率因数高低与其负荷率相关, 负荷率高, 功率因数高。空载时, 功率因数最低。变压器即要满足全部用电负载的需要, 又不应使变压器长期处于过负载状态下运行, 一般在额定容量的60%运行比较经济。

在电力系统中, 电力用户因为采用大量感应电动机和其它感性用电设备, 其不仅需要吸收有功功率, 还需要电力系统提供大量无功功率。功率因数数值应满足当地供电部门的要求。当无明确要求时, 应满足:高压用户功率因数为0.9以上, 低压用户功率因数应为0.85以上。当提高自然功率因数仍达不到电网合理运行要求时, 应采用并联电力电容器作为无功补偿装置。为了有效降低线损, 必须做到无功功率在哪里发生, 就在哪里补偿。中低压配电网应以分散补偿为主, 如在配电线路、配电变压器和用户用电设备等处进行无功补偿。如技术经济论证, 也可采用同步电动机作为无功功率补偿装置。

3 谐波治理

图1所示是某家公司因为其供配电系统功率因数太差不符合电力部门要求, 设置了400kvar电容器组来改善功率因数。当电容器投入前, 测量得知基波电流为772A, 五次谐波电流是62A, 是基波电流的9%, 总电压畸变率为5.6%;当电容器投入后, 基波电流降到492A, 可是五次谐波电流却放大到456A, 是基波电流的93%, 总电压畸变率增加到16.2%, 这种供电品质是负载不能接受的。最后将电容器组切除, 订购了调谐式电容器组进行替换。

随着各类电力电子设备在工业与民用中的广泛应用, 所产生的大量谐波电流和谐波电压影响了供电系统。谐波电流的存在不仅增加了供配电系统的电能损耗, 降低了送电线路的载流量, 还使电气设备温度升高, 产生较高幅值的电压畸变, 影响了整个电网的电能品质。

有效抑制谐波的方法通常是在变压器低压侧或者用电设备处设置有源滤波器、无源滤波器或无源有源复合滤波器 (由无源滤波器吸收一个或数个功率较大且稳定的特定频率的谐波, 再由有源滤波器消除其余谐波) 。当配电系统中具有相对集中的大容量非线性长期稳定运行的负载时, 宜选用无源滤波器;当配电系统中具有大容量非线性负载, 且变化较大, 无源滤波器不能有效工作时, 宜选用有源滤波器;当配电系统中既具有相对集中且长期运行的大容量非线性负载, 又具有大容量的经常变化的非线性负载时, 宜选用有源无源组合型滤波器。