变配电系统节能技术资料

变配电系统节电

变配电系统节电一、电力供应现状二、企业变配电系统三、配电变压器四、供电线路五、无功功率补偿六、企业用电费用的管理一、电力供应现状1．我国电力供应由火电（煤）为主前年火电装机占74.6％，发电量占79.7%;水力资源相对比较丰富，水电装机占22.51％,发电量占16.2%。但水电开发需考虑综合利用和生态保护。我国核电起步较晚，核电装机仅占1.04%，发电量占1.8%;风电、地热发电、潮汐发电、太阳能发电、再生能源发电等正在发展中。2010年风电装机超过3000万千瓦。火电为主,水电为辅,其他次之2．煤电机组存在问题

（1）火电机组发电效率低（2）火电机组用煤需大量运力（3）煤电对大气污染严重（4）煤电机组负荷适应性和调节性能较差（1）火电机组发电效率低

火电机组机组容量越大，运行参数越高、效率越高。而且只有长期处于满负荷运行，效率才是最高的。低负荷效率趋降。

60万kW机组效率不到40%

（2205kcal）

315g水蒸汽磁电860kcal­—煤­­燃烧化学能—热能—机械能—电能

kWh

kWh60万kＷ火机组发电煤耗315g/1kWh860

η=————————=39%220560万Ｋw火电机组效率分解表锅炉汽轮发电机组厂用电机组煤电效率灰渣燃烧损失3%冷却损失蒸汽→水（冷凝）轴承冷却定于转子冷却给水泵冷却等48%２％烟气损失保温损失７％机械损失１％综合１０％49%２％39%（２）火电机组用煤需大量运力

一艘万吨轮的运力仅够60万机组１天半的用煤量。运一万吨煤需占用200节车皮，全国需用的煤占用的运力制约了交通运输和国民经济的发展。（３）煤电对大气污染严重

上海每发10万kwh电要排放：

CO2：14～15tSO2:：70～100kgNOX:：40kg烟尘：20kg上海一年排放SO250万t，在大气中形成酸雨ＰＨ值5.2全国一年排放SO2

2500万t烟尘2000万t由于空气污染严重，呼吸道疾病已上升到城市疾病死亡的第二、三位。且CO2大量排放增加了温室气体效应。节约用电不仅降低生产成本，同时对提高环境质量减少温室气体效应对实施可持续发展战略具有重大意义。（４）煤电机组负荷适应性和调节性能

较差

火电机组由于热惯性不能说开就开、说降就降，电是瞬间平衡的，也就要求用户保持高负荷率运行，以适应火电机组的要求。物价部门用经济政策--实行分时段不同电价来调控社会用电负荷以适应火电、核电不能储存可调性差的特性。二、企业变配电系统

１、变配电系统组成２、有关变配电系统的几项指标变配系系统接线图中型以上的企业、宾馆、商住楼、商场等都有独立的变配电系统。电网送电到用户，经高压分配到各车间，变电所降压后输送到各用电设备（如图）。２、有关变配电系统的几项指标（１）日负荷率k1（２）线损率α（3）企业负荷功率因数COSφ（１）日负荷率k1企业日负荷应不低于以下指标：定义:在正常生产条件下,日平均负荷Pcp与日最大负荷Pmax数值之比的百分数称为日负荷率K１

PcpK１=---------100%Pmax指标:连续性生产，95%；三班制生产，85%；两班制生产，60%；一班制生产，30%。

要求:企业调整用电设备的工作状态和时间，合理分配与平衡负荷，使企业用电均衡，尽量提高企业负荷率。以适应火电机组运行特点。（２）线损率α线损的构成：

A主变压器及以下各配电变压器的损耗；

B高低压线路损耗；

C电气元件损耗，包括：高低压开关电器、测量互感器、母线、电力电容及仪表等损耗。线损率的定义:企业受电端经各变压器至低压配电线路末端所损耗的电量与总供给电量之比的百分数。线损率的标准规定：一次变压，α<3.5%；二次变压，α<5.5%；三次变压，α<7%；（3）企业负荷功率因数COSφ

WpCOSφ＝—————————[（Wp）2＋（Wq）2]½Wp企业月累计有功电量；

Wq企业月累计无功电量。规定企业负荷月平均功率因数>

0.9有奖，低于0.9则要受罚。三、配电变压器

1、变压器主要参数

2、变压器的发展历程：

3、非晶态合金铁芯变压器

4、变压器的负荷率βＢ

5、变压器的损耗

6、变压器的电能利用率ηＢ

7、提高变压器能源利用率和降低损耗的措施1、变压器主要参数型号：如S11，SCB10等；额定容量：Se(kVA)额定电压：U1/U2(V)；额定电流：Ｉ1/Ｉ2(A)变压器铁损：Po，(kW)；变压器铜耗：Pk，(kW)；变压器空载电流百分数：Ｉ10

Ｉo%=————×100%

Ｉe

变压器短路电压百分数：

UdUd%=————×100%；

Ue变压器结构主要分干式和油浸冷却方式：自然冷却、强迫风冷或水冷。2、变压器的发展历程：

建国以来变压器分为四代产品第一代：铁芯材料，用热轧硅钢片制造（64标准）参数和技术落后、损耗大，属国家淘汰老旧变压器类。型号：有TM、TN、SJ，SJI及SJⅡ型等。第二代：铁芯硅钢片，用冷轧硅钢片制造（73标准）大大降低了变压器的空载损耗。型号：SJ3-SJ5或S3-S5型等，属国家公布的淘汰产品。第三代：低损耗节能型变压器（86标准）产品结构改进，变压器空载损耗下降了38%-46%。型号：S7、SL7、S9、SC9、S11、S12等。

（S7、SL7已列入淘汰目录)S11变压器性能优于S9，噪声下降7－10dB；

SCB10及S11是目前国家推荐的低损耗变压器。第四代：非晶态合金铁芯变压器，九十年代末引进生产。非晶变压器的空载损耗比硅钢片的下降70-80%。国内变压器效率水平‘64’

标准：1964年颁布。相应产品有SJ，SJ1－SJ4，SJL1型等。‘73’

标准：1973年颁布。相应产品有S，S1，S2，S5，SL,SL1,SL3型等。‘86’标准：80年代初期执行。相应产品有SL7，S7，S8型等。现期标准：SCB10，S11型等。

国内各系列配电变压器的效率水平

以S--315kVA为例

空载损耗kW

负载损耗kW

1.02.0

2.0

4.0

6.064标准73标准S9S11S10S7AMT3、非晶态合金铁芯变压器（1）非晶合金的制造非晶合金铁芯由铁、硼、硅和碳（Fe78B13Si9）四种元素合成。非晶合金铁芯是将合金金属在感应炉内经特高温熔解后，采用超急冷技术，以每秒100万℃冷却速度在几微秒内经过高速旋转的冷却滚筒喷铸成非晶带状薄膜（0.025mm），是非磁性材料。它根据不同用途进行磁化达到所需的磁通密度。非晶合金变压器的铁芯由不间断合金带卷绕而成，没有间隙的卷铁芯。铁磁损失较小（2）、非晶合金的特点：

A是一种各向同性的软磁材料，磁化功率小。B

磁滞损耗比硅钢片小。C

厚度薄20～30µm填充系数小。D

电阻率高，是硅钢片的３～６倍，单位涡流损耗仅为硅钢片的20～30%。E

硬和脆:硬度是硅钢片的５倍，加工困难。F

须退火:成材过程中，急冷和卷绕时产生应力，要进行退火处理。退火温度较低400℃,控温要求高。退火温度每上升２０℃单位损耗将增加一倍。且退火时必须施加一定磁场强度.退火处理后的铁心空载损耗可下降2/3。G

避免应力再作用:非晶合金对应力特别敏感，因此退火后铁心在装配过程或保管期、运输等均应避免应力再作用。（３）、非晶合金铁芯变压器存在问题：

A

非晶合金主要由美国（日本）制造，我国仅引进铁芯制造技术，因此原材料掌握在别人手中，目前价格较高，是同类硅钢片的1.5倍。铁芯需退火处理（耗电）。B

带宽200多mm，且硬易碎加工困难，目前容量仅限2500kVA以下C非晶合金磁通密度为1.55T、硅钢片为2.05T，非晶合金材料用量多。D

非晶合金变压器比常规变压器贵40－50％非晶合金与硅钢片变压器空载损耗表

变压器容量空载损耗Ｓ10型非晶型100kVA260W60W315kVA610W140W

500kVA890W200W4、变压器的负荷率βＢ

定义:变压器在运行期间（按日，月，年）平均输出视在功率与其额定容量之比。Ｓcp(日)Ｉ２cp(日)

β(日)＝————x100%＝————x100%

SeＩ２e

由于变压器的负荷是在不断变化的，不能根据变压器某一瞬时的负荷来计算其负荷率。所以，一般取企业典型的日负荷作为负荷变化周期，来计算变压器负荷率βScp,Icp在n时间段内视在功率或和电流的均方根值，变压器负荷率与负荷大小、运行时间、功率因数等有关，是判定变压器运行是否经济的重要判据。５、变压器的损耗(1)变压器的有功损耗变压器(在某负荷下)的有功损耗△Ｐ(Ｂ)为：△Ｐ(Ｂ)＝△Ｐ(fe)+△Ｐ(cu)≈Po+(S2/Se)2xPk

=Po+β2Pk

△P(fe)……变压器某负荷下的铁耗，kW；△P(cu)……变压器某负荷下的铜耗，kW；Ｓ2，Ｓe……变压器的实际容量与额定容量kVA（2）变压器的无功损耗变压器的无功损耗△QBO≈激磁损耗△QBO

+漏磁损耗△QBd。激磁损耗△QBO＝ＩO％xSe（kVAR）。漏磁损耗△QBd＝β2xUd％xSe激磁无功损耗是用来产生主磁通,与负荷无关漏磁无功损耗与负荷电流的平方成正比。６、变压器的电能利用率ηＢ

若以某典型的变压器日负荷进行计算：

Ｓcp

△ＰＢ＝ＰＯ＋(----------)2PkSe

＝PO+β2Pk

则：典型日变压器日电能损耗△ＷＢＷＢ＝△ＰＢ×24

kWh测得变压器生产日输入电量ＷＢ１或输出电量ＷＢ2则电能利用率：ＷＢ１－△ＷＢ

ηＢ＝100%ＷＢ１

ＷＢ２ηＢ＝100%ＷＢ２＋△ＷＢ

若：测得变压器输入有功功率ＰＢ１或输出有功功率ＰＢ２则：ＰＢ１－△ＰＢ

ηＢ＝100%

ＰＢ１

ηＢ＝100%

ＰＢ2＋△ＰＢＰＢ２

计算举例：已知Ｓ10-1000kVA变压器在正常生产日的输入有功电量为7680kWh，该变压器正常生产日负荷率β＝40%，求其电能利用率查得：其Ｐo＝1.7kWＰk=10.3kWＰＢ=Ｐo+β2Pk=1.7+(0.4)2×10.3＝3.35kW7680－3.35×24

ηＢ=＝98.9％

7680

７、提高变压器能源利用率和降低损耗的措施

A

淘汰高能耗变压器。早在1998年国家明令淘汰如ＳＪ、ＳＪＬ、ＳＬ７和Ｓ７等系列高能耗变压器据调查，目前运行变压器中约有10%是役龄在20年以上的高能耗变压器。未淘汰的理由是资金紧张、尚能用、一次投资大、回收期长等。其实老旧产品损耗较大，增加了企业的运行成本。以淘汰产品Ｓ７系列变压器与推荐的Ｓ11系列相比，Ｓ７系列的主要原材料消耗量平均多10％以上，空载损耗平均高16%，负载损耗平均高28%，所以Ｓ10系列变压器平均运行成本较Ｓ７系列下降25%。企业应从提高能源利用率、降低损耗、减少污染、改善环境的高度将高能耗产品淘汰掉，加速采用节能型变压器。

B

推荐用总费用最低原则来选购变压器国际上评价变压器能效和经济性的方法，一般采用总拥有费用法TOC(ＴotalOwningCost)该法1981年成为美国标准。它是一种评价变压器能效比较全面的方法。所谓总拥有费用法，就是用变压器的初始投资和其在使用期内的损耗费用之和，通过比较不同效率和不同价格的变压器的总拥有费用，按总拥有费用最低来配择变压器。如用TOC法来评价Ｓ11和Ｓ７经济效益：

Ｓ11系列变压器价格虽比Ｓ７高许多，但损耗指标比Ｓ７低25％，Ｓ11多支付的投资费用可在几年内从节约的电费中得到回收。

C改善负荷功率因数变压器因负荷功率因数不同输送的有功功率是不同的，所以要提高用电设备负荷率，以提高设备的自然功率因数。另一方面对存在的无功进行补偿。表中显示变压器输送相同容量1000kVA时，因负荷功因数不同，在cosΦ＝0.9时，变压器可以输送900kW，所以提高负荷功率因数提高了变压器输送能力，提高了设备的利用率。D合理选择变压器容量减少变压器运行台数，对负荷进行削峰填谷均匀负荷。E

适当改变变压器分接头位置提高运行电压，降低线路损耗。

变压器容量负荷功率因数变压器输送有功功率变压器输出电流1000kVA0.9900kW1519A1000kVA0.8800kW1519A1000kVA0.7700kW1519A变压器在不同的负荷功率因数时

输送不同的有功功率四、供电线路企业配电网可分成高压３５kV或6～10kV和低压380伏两大网络，以低压网为主。网络一般包括架空线、电缆、母线以及补偿电容器等。1、供电线路的损耗2、供电线路的线路损耗测试3、减少线路损耗的措施1、供电线路的损耗：三相供电线路导线电阻上的损耗为△ＰL△ＰＬ＝3×Ｉ２Ｒ×10－３（kW）线路电流是变化的，应算出某一时间段（如一天）内线路电阻的损耗电量，则实际负荷电流Icp是该时段内电流的均方根值，即：

1

Icp

＝（——ΣIn

2）½×100%

n

2.线路损耗测试方法3、减少线路损耗的措施A

变压器应位于车间的负荷中心，使低压线路长度最短，线路损耗最小．（深入中心）B

适当提高配电线路运行电压，改变变压器分接头位置。(合理调压)C

按导线经济电流密度分配负荷.（经济选型）D三相均衡负荷，提高负荷率。E

进行负荷无功功率就地同步补偿，减少线路无功电流，从而减少线路损耗。

经济电流密度是按节省投资、年运行费用及有色金属消耗等因素，综合考虑制定导线材料最大负荷使用时间（h）3000以下3000～50005000以上铜裸导线和母线3.02.251.75铝裸导线，钢芯铝线1.651.150.9铜芯电缆2.52.252.0铝芯电缆1.921.731.54经济电流密度（Ａ／mm2）

五、无功功率补偿

1、无功功率的概念2、功率因数3、无功功率的主要类型4、无功引起的电网品质恶化的表现5、无功补偿问题的讨论

１、无功功率的概念

在交流电路里，电压呈正弦波形，反复循环。在电路里有电感以及电容储能元件。上半周电源向电容充电，电源提供的能量储存在电容的电场里；在下半周时电容开始放电，电流方向相反并增大至峰值，电容器上电压降至零，电容器储存的电场能量又返回给电源。所以在交流电路里电容的电场能量和电源之间存在着能量交换，它占用了一部份能量而没有消耗能量，这就是交流电路中的容性无功功率。电源发出的这部份能量就构成了无功功率，使发电设备的容量利用率下降。电容负载及电压电流波形2、功率因数

功率因数就是表证了这种利用率的高低。交流电路中，电压和电流的乘积，反映了电源或电器做功的能力，称为视在功率。由于电感和电容的存在，电源实际只有一部份电能作了功，另一部份又被送回了电源，没有发挥作用的这部份称为无功功率。无功功率的存在，使电源发电容量的利用率下降。

感性无功与容性无功相差180Ｏ，它们之间可以互相补偿。补偿得合适则总无功为零，达到最佳效果。所以功率因数是度量电力设备利用率的重要参数。而无功补偿则是改善电力品质的重要手段。

有功功率(kW)功率因数ＣＯＳφ＝―――――――

视在功率(kVA)3、无功功率的主要类型

Ａ相移无功--(L-C所致)Ｂ畸变无功--(谐波所致)

工频电网里存在着大量感性负荷，因此造成基波电流同基波电压之间出现相位差，所形成的无功称为相移无功。是企业主要存在的现象，自然功率因数低。也是我们下面要主要讨论的问题。相移无功

工业上许多设备都是采用晶闸管等控制的电子设备。如轧钢用的晶闸管整流装置，为了限制启动电流，实施软启动，降低启动电压，致使启动电压相位与启动电流相位差很大，所以基波功率因数很低，加上电流畸变有相当多的谐波，致使谐波功率因数也很低。所以系统的启动功率因数非常低，这就形成了谐波危害，形成畸变无功。这种畸变无功不能靠补偿位移无功的办法解决，要同时抑制谐波才行。另外这些装置还要冲击有功功率，同时发生冲击无功，必须采用比较迅速的动态无功补偿装置和滤波措施才能解决。畸变无功

4、无功引起的电网品质恶化的表现

Ａ功率因数低Ｂ谐波超标Ｃ频率波动Ｄ电压波动Ｅ三相不平衡5、无功补偿问题的讨论

由于电网中存在着大量的感性负荷，它们是感性无功产生的根源。因此补偿原则自然应该是哪里有感性无功源，就应该在哪里进行就地同步的补偿。这是最理想的办法。这种办法在技术上经济上实现有一定困难。无功补偿方法Ａ集中补偿Ｂ就地补偿：Ｃ无功补偿用的电力电容器Ｄ节假日双休日的无功补偿Ｅ无功就地补偿应注意的问题Ａ集中补偿

供电部门功率因数奖罚办法，其中之一规定容量为100kVＡ及以上用户月平均功率因数低于0.90要罚，高于0.90的则有奖。以鼓励用户采取无功补偿措施。这就导致用户采用集中补偿的方式加以应对。无功集中补偿

目前执行的功率因数奖惩表（部分）企业功率因数0.810.820.830.840.850.860.870.880.89加价收费＋4.5%＋4.0%＋3.5%＋3.0%＋2.5%＋2.0%＋1.5%＋1.0%＋0.5%企业功率因数0.90.910.920.930.940.95及以上减收费用0－0.15%－0.3%－0.45%－0.6%－0.75%

国务院2008年8月1日《关于进一步加强节电节油的通知》已明确，变压器总容量在100千伏安以上的高电压等级用电企业的功率因数要达到0.95以上，其他用电企业的功率因数要达到0.90以上。Ｂ就地补偿：有关标准规定，50k