第3节输配电系统节能技术

第三节输配电系统节能技术

输配电系统节能技术

概述电力系统的组成、基本要求，工厂供电系统简介减少输电线路的损耗减少输电线路运行中的损耗输电导线、电缆节能分析推广应用节能型变压器普及现代静止无功补偿研发新型输电导线供配电系统的节能措施供配电系统的节能发展趋势配电变压器的节能技术供电系统中无功补偿技术谐波的抑制技术谐波的危害知识结构：供配电系统的谐波抑制技术一、了解内容（一）电力系统的基本组成：电力系统是由发电机、变压器、电力线路、用户等组成的供电系统。发电机主要将其他能量转换成电能。升压变压器把发电机发出的低压电能变换为高压电能，输电线路输送电能，降压变压器再把电网的高压电能转换为低压电能，以方便用户使用。一般把输电及配电网络称为电力网络简称电网；输电的主要功能是大容量、远距离传送电能。（二）电力系统的基本要求

1.保证发供电的可靠性电力系统对用户系统供电的中断，将使工农业生产停顿，生活发生混乱，可能会造成严重的后果和无法挽回的经济损失。

2.保证电力系统运行的经济性在保证电力系统安全可靠发电、供电及电能质量达到一定指标的前提下，应当合理安排各类发电厂的负荷，力求降低能源消耗以及电网的配电功率损耗，以获得最大的经济效益。

3.最大限度地满足用户的用电需要。

4.保证良好的电能质量表征电能质量的主要指标是电压、频率和波形。我国电力系统的额定频率是50Hz，电网容量在300万kW以上的，规定的允许偏差为±0.2Hz；电网容量在300万kW及以下的，允许偏差±0.5Hz。我国电力系统的额定电压有：低压单相为220V，三相为380V；高压为10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV。为了保证用电设备的正常运行和最佳的经济性，必须要求电力系统的频率及电压值要稳定，不能超出允许偏差；电压波形的畸变要小，包含的谐波成分要低。

（三）工厂供电系统基本组成：

降压变电所的作用是把电力系统供给的高压电能，变成用电设备所需要的较低电能，工厂供电系统是指工厂所需的电力电源从进厂起到所有用电设备电源入端止的整个线路。工厂供电系统由工厂总降压变电所、高压配电线路、车间变配电所、低压配电线路及用电设备组成，然后经过配电装置和配电线路将电能输送到各车间。大型工厂和负荷较大的中型工厂一般采用35-110kV电源进线，中小型工厂一般采用6-10kV电源进线。

（四）供配电系统节能发展趋势

(3种)

1.研发新型输电导线，减少输电线路损耗

在铝制导线中加入其它微量元素，可以提高导线的性能。碳纤维复合导线具有重量轻、载流量大、强度高、耐高温、线损低等优点，是最具发展潜力的导线。

2.推广应用节能型电力变压器目前我国使用硅钢铁心变压器，其自身消耗的电能占全国发电量的5%以上，在配电网损耗中，变压器损耗占60%以上。非晶态合金是利用快速凝固技术制造的材料，具有优异的软磁材料，是硅钢片、坡莫合金以及铁氧体的换代产品。与同容量配电变压器的空载损耗相比较，非晶合金配电变压器空载损耗可下降50%～60%.

3.普及先进的现代静止无功补偿装置

目前，无功补偿装置主要是同步调相机和静止电容器。同步调相机动态响应速度慢，且成本高，安装复杂。静止电容器方法维护较方便，装设容量可大可小，在我国是主要的补偿装置。该方法的缺点是无功功率调节性能差。现代静止补偿装置主要包括静止无功补偿器和静止同步补偿器。静止无功补偿器具有性价比高、技术成熟、损耗很小、相应时间短，不会产生谐振，产生谐波含量少，所需电容器、电抗器容量小，能在一定范围内提供有功功率，运行过程中电磁噪声很低。二、理解要点

(一)供配电系统谐波产生的原因：电力电子装置的广泛应用，使得电力系统中电压和电流的波形发生较严重的畸变，产生严重的谐波问题，产生谐波的主要装置有：晶闸管整流设备、变频装置、电弧炉、电石炉、逆变电焊机、荧光灯、高压汞灯等气体放电灯等。

二理解要点

（二）

谐波的危害有四个方面：

1.增加了输、供和用电设备的电能损耗，降低了设备的运行效率。

2.影响电力测量的准确性，增加电能的计量误差。

3.影响继电保护和自动装置的工作可靠性，容易造成系统事故。

4.造成通讯混乱、计算机数据处理产生错误。三、掌握重点（一）减少输电线路的损耗（4个方面P64)在供电系统中减少线路损耗是提高输电效率的重要途径，

1.采用高压或超高压输电。对于相同的功率，电压升高一倍，则电流减少一半，电流在导线中产生的热量只有原来的四分之一，电压越高线路损耗就越少。

2.减少变压级数。输电电压每经一次电压变换，大约要消耗1%～2%的有功功率，所以减少输电电压等级可减少损耗。

3.合理配置变压器。避免变压器长期轻载、满载、超载运行，一般变压器容量的选择保证负荷在65%～75%时效率最高。

4.安装无功补偿设备，可以提高输、配电系统的功率因数，降低系统的电能损耗，改善电网质量；补偿原则是分级补偿，就地平衡；补偿方式有变电所高压集中补偿、线路补偿、随器补偿三种方式。

（二）减少输电线路运行中的损耗(4个方面)

1.调整电压。在保证二次电压的前提下，应尽量提高变压器的电压分接档位，以减小铁损。

2.三相负载要平衡。如果三相负载不平衡，将增加线路损耗。

3.处理好导线接头，减少导线接头的接触电阻，降低线路损耗。措施有在接头处加涂导电膏及将点与点的接触变成面与面的接触。

4.实施经济调度。应制定各变电所变压器的经济运行曲线，对变压器及时投切，使变压器保持最佳运行状态，合理分配调度有功、无功负荷，使电网的线损进一步降低。（三）配电变压器的节能技术

1、变压器的能耗分析变压器的损耗主要有铜损和铁损两部分组成，为了计算每台变压器的损耗，引入了空载损耗和短路损耗。（1）空载损耗：指变压器没有外接负载时，变压器从电源吸取的功率。空载损耗的绝大部分是铁芯损耗（即铁损），只有极少部分是变压器原边绕组电阻产生的铜损，一般变压器在空载时铜损占空载损耗的比例相对较小，一般不超过2%。当电源电压一定时，铁损是个恒定值，基本上等于空载损耗，与负载的性质、大小无关。（2）短路损耗变压器短路损耗是变压器在额定运行下，其原边产生的功率损耗（即铜损）,变压器的铜损主要取决于负载电流的大小，变压器在额定负载下的铜损，近似等于变压器的短路损耗。变压器的铜损与负载的大小和性质有关，若知道负载电流的大小，即可算出任意负载时变压器的铜损。2、变压器的选择和经济运行（1）采用节能型变压器，如S10、S11、S13型。

(2)合理选择并联变压器的运行台数，变压器单位容量的有功损耗最小时的负荷称为变压器的经济负荷，变压器经济负荷与变压器额定容量之比称为变压器的经济负荷率。多台变压器并联运行时，合理选择变压器的运行台数，可使变压器处于经济运行状态。假如是n台变压器，判别运行n台经济还是运行n-1台经济的临界负荷计算公式为:式中:SN-单台变压器的额定容量；n-变压器台数；△P0——变压器空载有功功率；△Q0——变压器空载无功功率；Kq——无功经济当量；△Pk——变压器额定负载损耗；△QN——变压器额定负载时的无功损耗。

计算步骤是首先根据实际运行状况计算出用电总负荷S，然后查阅变压器有关参数，根据公式求出n台变压器的临界负荷Scr。如果S＞Scr，则运行n台变压器，如果S＜Scr，则运行n-1台变压器。

例题：某厂变电所装有两台S9-250/10型变压器。已知变压器参数为：△P0=0.56kW，空载电流百分值I0(%)=2.6，△Pk=3.05kW，短路电压百分值Uk

（%）=4.0，Kq取0.1。试决定当总负荷S=160kVA时，应采用几台变压器运行比较经济?解：根据变压器参数可求得：

由于有两台变压器，n=2。经济运行的临界负荷为：由于经济运行的临界负荷大于实际总负荷160kVA，所以选用一台变压器运行较为经济.（四）供电系统无功补偿容量的选择

对电网进行无功补偿，提高系统的功率因数，可以减少线路损耗。假设配电网年中最大负荷月份平均有功负荷为Ppj，补偿前的功率因数为补偿后的功率因数提高到，则补偿容量为：

例题(P69)：某用户为两班制生产，最大负荷月份有功用电量为75000kWh，无功电量为68170kvar.h，求该户的月平均功率因数是多少？若将功率因数提高到0.9，需装电容器组的补偿容量是多少？解：根据月无功和有功用电量，其功率因数为：

因为用户为两班制生产，即每日生产16小时，其有功功率为：（kW）总的无功补偿容量为：所以该用户（五）抑制谐波的措施(3方面)

谐波抑制就是限制谐波源注入电网的谐波电流，将系统谐波电压控制在允许的范围内。1.采用无源滤波器原理是为谐波提供一条低阻抗路径，保留基波分量，而谐波通过滤波器短路；优点是结构简单设备投资少，运行可靠性高，可以改善电网功率因数。缺点是频带窄、体积大、损耗大。

2.有源