變配電系統節(jié)能技術資料

變配電系統節(jié)電

變配電系統節(jié)電一、電力供應現狀二、企業(yè)變配電系統三、配電變壓器四、供電線路五、無功功率補償六、企業(yè)用電費用的管理一、電力供應現狀1．我國電力供應由火電（煤）為主前年火電裝機占74.6％，發(fā)電量占79.7%;水力資源相對比較豐富，水電裝機占22.51％,發(fā)電量占16.2%。但水電開發(fā)需考慮綜合利用和生態(tài)保護。我國核電起步較晚，核電裝機僅占1.04%，發(fā)電量占1.8%;風電、地熱發(fā)電、潮汐發(fā)電、太陽能發(fā)電、再生能源發(fā)電等正在發(fā)展中。2010年風電裝機超過3000萬千瓦?；痣姙橹?水電為輔,其他次之2．煤電機組存在問題

（1）火電機組發(fā)電效率低（2）火電機組用煤需大量運力（3）煤電對大氣污染嚴重（4）煤電機組負荷適應性和調節(jié)性能較差（1）火電機組發(fā)電效率低

火電機組機組容量越大，運行參數越高、效率越高。而且只有長期處于滿負荷運行，效率才是最高的。低負荷效率趨降。

60萬kW機組效率不到40%

（2205kcal）

315g水蒸汽磁電860kcal-—煤--燃燒化學能—熱能—機械能—電能

kWh

kWh60萬kＷ火機組發(fā)電煤耗315g/1kWh860

η=————————=39%220560萬Ｋw火電機組效率分解表鍋爐汽輪發(fā)電機組廠用電機組煤電效率灰渣燃燒損失3%冷卻損失蒸汽→水（冷凝）軸承冷卻定于轉子冷卻給水泵冷卻等48%２％煙氣損失保溫損失７％機械損失１％綜合１０％49%２％39%（２）火電機組用煤需大量運力

一艘萬噸輪的運力僅夠60萬機組１天半的用煤量。運一萬噸煤需占用200節(jié)車皮，全國需用的煤占用的運力制約了交通運輸和國民經濟的發(fā)展。（３）煤電對大氣污染嚴重

上海每發(fā)10萬kwh電要排放：

CO2：14～15tSO2:：70～100kgNOX:：40kg煙塵：20kg上海一年排放SO250萬t，在大氣中形成酸雨ＰＨ值5.2全國一年排放SO2

2500萬t煙塵2000萬t由于空氣污染嚴重，呼吸道疾病已上升到城市疾病死亡的第二、三位。且CO2大量排放增加了溫室氣體效應。節(jié)約用電不僅降低生產成本，同時對提高環(huán)境質量減少溫室氣體效應對實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重大意義。（４）煤電機組負荷適應性和調節(jié)性能

較差

火電機組由于熱慣性不能說開就開、說降就降，電是瞬間平衡的，也就要求用戶保持高負荷率運行，以適應火電機組的要求。物價部門用經濟政策--實行分時段不同電價來調控社會用電負荷以適應火電、核電不能儲存可調性差的特性。二、企業(yè)變配電系統

１、變配電系統組成２、有關變配電系統的幾項指標變配系系統接線圖中型以上的企業(yè)、賓館、商住樓、商場等都有獨立的變配電系統。電網送電到用戶，經高壓分配到各車間，變電所降壓后輸送到各用電設備（如圖）。２、有關變配電系統的幾項指標（１）日負荷率k1（２）線損率α（3）企業(yè)負荷功率因數COSφ（１）日負荷率k1企業(yè)日負荷應不低于以下指標：定義:在正常生產條件下,日平均負荷Pcp與日最大負荷Pmax數值之比的百分數稱為日負荷率K１

PcpK１=---------100%Pmax指標:連續(xù)性生產，95%；三班制生產，85%；兩班制生產，60%；一班制生產，30%。

要求:企業(yè)調整用電設備的工作狀態(tài)和時間，合理分配與平衡負荷，使企業(yè)用電均衡，盡量提高企業(yè)負荷率。以適應火電機組運行特點。（２）線損率α線損的構成：

A主變壓器及以下各配電變壓器的損耗；

B高低壓線路損耗；

C電氣元件損耗，包括：高低壓開關電器、測量互感器、母線、電力電容及儀表等損耗。線損率的定義:企業(yè)受電端經各變壓器至低壓配電線路末端所損耗的電量與總供給電量之比的百分數。線損率的標準規(guī)定：一次變壓，α<3.5%；二次變壓，α<5.5%；三次變壓，α<7%；（3）企業(yè)負荷功率因數COSφ

WpCOSφ＝—————————[（Wp）2＋（Wq）2]?Wp企業(yè)月累計有功電量；

Wq企業(yè)月累計無功電量。規(guī)定企業(yè)負荷月平均功率因數>

0.9有獎，低于0.9則要受罰。三、配電變壓器

1、變壓器主要參數

2、變壓器的發(fā)展歷程：

3、非晶態(tài)合金鐵芯變壓器

4、變壓器的負荷率βＢ

5、變壓器的損耗

6、變壓器的電能利用率ηＢ

7、提高變壓器能源利用率和降低損耗的措施1、變壓器主要參數型號：如S11，SCB10等；額定容量：Se(kVA)額定電壓：U1/U2(V)；額定電流：Ｉ1/Ｉ2(A)變壓器鐵損：Po，(kW)；變壓器銅耗：Pk，(kW)；變壓器空載電流百分數：Ｉ10

Ｉo%=————×100%

Ｉe

變壓器短路電壓百分數：

UdUd%=————×100%；

Ue變壓器結構主要分干式和油浸冷卻方式：自然冷卻、強迫風冷或水冷。2、變壓器的發(fā)展歷程：

建國以來變壓器分為四代產品第一代：鐵芯材料，用熱軋硅鋼片制造（64標準）參數和技術落后、損耗大，屬國家淘汰老舊變壓器類。型號：有TM、TN、SJ，SJI及SJⅡ型等。第二代：鐵芯硅鋼片，用冷軋硅鋼片制造（73標準）大大降低了變壓器的空載損耗。型號：SJ3-SJ5或S3-S5型等，屬國家公布的淘汰產品。第三代：低損耗節(jié)能型變壓器（86標準）產品結構改進，變壓器空載損耗下降了38%-46%。型號：S7、SL7、S9、SC9、S11、S12等。

（S7、SL7已列入淘汰目錄)S11變壓器性能優(yōu)于S9，噪聲下降7－10dB；

SCB10及S11是目前國家推薦的低損耗變壓器。第四代：非晶態(tài)合金鐵芯變壓器，九十年代末引進生產。非晶變壓器的空載損耗比硅鋼片的下降70-80%。國內變壓器效率水平‘64’

標準：1964年頒布。相應產品有SJ，SJ1－SJ4，SJL1型等。‘73’

標準：1973年頒布。相應產品有S，S1，S2，S5，SL,SL1,SL3型等。‘86’標準：80年代初期執(zhí)行。相應產品有SL7，S7，S8型等?，F期標準：SCB10，S11型等。

國內各系列配電變壓器的效率水平

以S--315kVA為例

空載損耗kW

負載損耗kW

1.02.0

2.0

4.0

6.064標準73標準S9S11S10S7AMT3、非晶態(tài)合金鐵芯變壓器（1）非晶合金的制造非晶合金鐵芯由鐵、硼、硅和碳（Fe78B13Si9）四種元素合成。非晶合金鐵芯是將合金金屬在感應爐內經特高溫熔解后，采用超急冷技術，以每秒100萬℃冷卻速度在幾微秒內經過高速旋轉的冷卻滾筒噴鑄成非晶帶狀薄膜（0.025mm），是非磁性材料。它根據不同用途進行磁化達到所需的磁通密度。非晶合金變壓器的鐵芯由不間斷合金帶卷繞而成，沒有間隙的卷鐵芯。鐵磁損失較?。?）、非晶合金的特點：

A是一種各向同性的軟磁材料，磁化功率小。B

磁滯損耗比硅鋼片小。C

厚度薄20～30μm填充系數小。D

電阻率高，是硅鋼片的３～６倍，單位渦流損耗僅為硅鋼片的20～30%。E

硬和脆:硬度是硅鋼片的５倍，加工困難。F

須退火:成材過程中，急冷和卷繞時產生應力，要進行退火處理。退火溫度較低400℃,控溫要求高。退火溫度每上升２０℃單位損耗將增加一倍。且退火時必須施加一定磁場強度.退火處理后的鐵心空載損耗可下降2/3。G

避免應力再作用:非晶合金對應力特別敏感，因此退火后鐵心在裝配過程或保管期、運輸等均應避免應力再作用。（３）、非晶合金鐵芯變壓器存在問題：

A

非晶合金主要由美國（日本）制造，我國僅引進鐵芯制造技術，因此原材料掌握在別人手中，目前價格較高，是同類硅鋼片的1.5倍。鐵芯需退火處理（耗電）。B

帶寬200多mm，且硬易碎加工困難，目前容量僅限2500kVA以下C非晶合金磁通密度為1.55T、硅鋼片為2.05T，非晶合金材料用量多。D

非晶合金變壓器比常規(guī)變壓器貴40－50％非晶合金與硅鋼片變壓器空載損耗表

變壓器容量空載損耗Ｓ10型非晶型100kVA260W60W315kVA610W140W

500kVA890W200W4、變壓器的負荷率βＢ

定義:變壓器在運行期間（按日，月，年）平均輸出視在功率與其額定容量之比。Ｓcp(日)Ｉ２cp(日)

β(日)＝————x100%＝————x100%

SeＩ２e

由于變壓器的負荷是在不斷變化的，不能根據變壓器某一瞬時的負荷來計算其負荷率。所以，一般取企業(yè)典型的日負荷作為負荷變化周期，來計算變壓器負荷率βScp,Icp在n時間段內視在功率或和電流的均方根值，變壓器負荷率與負荷大小、運行時間、功率因數等有關，是判定變壓器運行是否經濟的重要判據。５、變壓器的損耗(1)變壓器的有功損耗變壓器(在某負荷下)的有功損耗△Ｐ(Ｂ)為：△Ｐ(Ｂ)＝△Ｐ(fe)+△Ｐ(cu)≈Po+(S2/Se)2xPk

=Po+β2Pk

△P(fe)……變壓器某負荷下的鐵耗，kW；△P(cu)……變壓器某負荷下的銅耗，kW；Ｓ2，Ｓe……變壓器的實際容量與額定容量kVA（2）變壓器的無功損耗變壓器的無功損耗△QBO≈激磁損耗△QBO

+漏磁損耗△QBd。激磁損耗△QBO＝ＩO％xSe（kVAR）。漏磁損耗△QBd＝β2xUd％xSe激磁無功損耗是用來產生主磁通,與負荷無關漏磁無功損耗與負荷電流的平方成正比。６、變壓器的電能利用率ηＢ

若以某典型的變壓器日負荷進行計算：

Ｓcp

△ＰＢ＝ＰＯ＋(----------)2PkSe

＝PO+β2Pk

則：典型日變壓器日電能損耗△ＷＢＷＢ＝△ＰＢ×24

kWh測得變壓器生產日輸入電量ＷＢ１或輸出電量ＷＢ2則電能利用率：ＷＢ１－△ＷＢ

ηＢ＝100%ＷＢ１

ＷＢ２ηＢ＝100%ＷＢ２＋△ＷＢ

若：測得變壓器輸入有功功率ＰＢ１或輸出有功功率ＰＢ２則：ＰＢ１－△ＰＢ

ηＢ＝100%

ＰＢ１

ηＢ＝100%

ＰＢ2＋△ＰＢＰＢ２

計算舉例：已知Ｓ10-1000kVA變壓器在正常生產日的輸入有功電量為7680kWh，該變壓器正常生產日負荷率β＝40%，求其電能利用率查得：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、提高變壓器能源利用率和降低損耗的措施

A

淘汰高能耗變壓器。早在1998年國家明令淘汰如ＳＪ、ＳＪＬ、ＳＬ７和Ｓ７等系列高能耗變壓器據調查，目前運行變壓器中約有10%是役齡在20年以上的高能耗變壓器。未淘汰的理由是資金緊張、尚能用、一次投資大、回收期長等。其實老舊產品損耗較大，增加了企業(yè)的運行成本。以淘汰產品Ｓ７系列變壓器與推薦的Ｓ11系列相比，Ｓ７系列的主要原材料消耗量平均多10％以上，空載損耗平均高16%，負載損耗平均高28%，所以Ｓ10系列變壓器平均運行成本較Ｓ７系列下降25%。企業(yè)應從提高能源利用率、降低損耗、減少污染、改善環(huán)境的高度將高能耗產品淘汰掉，加速采用節(jié)能型變壓器。

B

推薦用總費用最低原則來選購變壓器國際上評價變壓器能效和經濟性的方法，一般采用總擁有費用法TOC(ＴotalOwningCost)該法1981年成為美國標準。它是一種評價變壓器能效比較全面的方法。所謂總擁有費用法，就是用變壓器的初始投資和其在使用期內的損耗費用之和，通過比較不同效率和不同價格的變壓器的總擁有費用，按總擁有費用最低來配擇變壓器。如用TOC法來評價Ｓ11和Ｓ７經濟效益：

Ｓ11系列變壓器價格雖比Ｓ７高許多，但損耗指標比Ｓ７低25％，Ｓ11多支付的投資費用可在幾年內從節(jié)約的電費中得到回收。

C改善負荷功率因數變壓器因負荷功率因數不同輸送的有功功率是不同的，所以要提高用電設備負荷率，以提高設備的自然功率因數。另一方面對存在的無功進行補償。表中顯示變壓器輸送相同容量1000kVA時，因負荷功因數不同，在cosΦ＝0.9時，變壓器可以輸送900kW，所以提高負荷功率因數提高了變壓器輸送能力，提高了設備的利用率。D合理選擇變壓器容量減少變壓器運行臺數，對負荷進行削峰填谷均勻負荷。E

適當改變變壓器分接頭位置提高運行電壓，降低線路損耗。

變壓器容量負荷功率因數變壓器輸送有功功率變壓器輸出電流1000kVA0.9900kW1519A1000kVA0.8800kW1519A1000kVA0.7700kW1519A變壓器在不同的負荷功率因數時

輸送不同的有功功率四、供電線路企業(yè)配電網可分成高壓３５kV或6～10kV和低壓380伏兩大網絡，以低壓網為主。網絡一般包括架空線、電纜、母線以及補償電容器等。1、供電線路的損耗2、供電線路的線路損耗測試3、減少線路損耗的措施1、供電線路的損耗：三相供電線路導線電阻上的損耗為△ＰL△ＰＬ＝3×Ｉ２Ｒ×10－３（kW）線路電流是變化的，應算出某一時間段（如一天）內線路電阻的損耗電量，則實際負荷電流Icp是該時段內電流的均方根值，即：

1

Icp

＝（——ΣIn

2）?×100%

n

2.線路損耗測試方法3、減少線路損耗的措施A

變壓器應位于車間的負荷中心，使低壓線路長度最短，線路損耗最?。ㄉ钊胫行模〣

適當提高配電線路運行電壓，改變變壓器分接頭位置。(合理調壓)C

按導線經濟電流密度分配負荷.（經濟選型）D三相均衡負荷，提高負荷率。E

進行負荷無功功率就地同步補償，減少線路無功電流，從而減少線路損耗。

經濟電流密度是按節(jié)省投資、年運行費用及有色金屬消耗等因素，綜合考慮制定導線材料最大負荷使用時間（h）3000以下3000～50005000以上銅裸導線和母線3.02.251.75鋁裸導線，鋼芯鋁線1.651.150.9銅芯電纜2.52.252.0鋁芯電纜1.921.731.54經濟電流密度（Ａ／mm2）

五、無功功率補償

1、無功功率的概念2、功率因數3、無功功率的主要類型4、無功引起的電網品質惡化的表現5、無功補償問題的討論

１、無功功率的概念

在交流電路里，電壓呈正弦波形，反復循環(huán)。在電路里有電感以及電容儲能元件。上半周電源向電容充電，電源提供的能量儲存在電容的電場里；在下半周時電容開始放電，電流方向相反并增大至峰值，電容器上電壓降至零，電容器儲存的電場能量又返回給電源。所以在交流電路里電容的電場能量和電源之間存在著能量交換，它占用了一部份能量而沒有消耗能量，這就是交流電路中的容性無功功率。電源發(fā)出的這部份能量就構成了無功功率，使發(fā)電設備的容量利用率下降。電容負載及電壓電流波形2、功率因數

功率因數就是表證了這種利用率的高低。交流電路中，電壓和電流的乘積，反映了電源或電器做功的能力，稱為視在功率。由于電感和電容的存在，電源實際只有一部份電能作了功，另一部份又被送回了電源，沒有發(fā)揮作用的這部份稱為無功功率。無功功率的存在，使電源發(fā)電容量的利用率下降。

感性無功與容性無功相差180Ｏ，它們之間可以互相補償。補償得合適則總無功為零，達到最佳效果。所以功率因數是度量電力設備利用率的重要參數。而無功補償則是改善電力品質的重要手段。

有功功率(kW)功率因數ＣＯＳφ＝―――――――

視在功率(kVA)3、無功功率的主要類型

Ａ相移無功--(L-C所致)Ｂ畸變無功--(諧波所致)

工頻電網里存在著大量感性負荷，因此造成基波電流同基波電壓之間出現相位差，所形成的無功稱為相移無功。是企業(yè)主要存在的現象，自然功率因數低。也是我們下面要主要討論的問題。相移無功

工業(yè)上許多設備都是采用晶閘管等控制的電子設備。如軋鋼用的晶閘管整流裝置，為了限制啟動電流，實施軟啟動，降低啟動電壓，致使啟動電壓相位與啟動電流相位差很大，所以基波功率因數很低，加上電流畸變有相當多的諧波，致使諧波功率因數也很低。所以系統的啟動功率因數非常低，這就形成了諧波危害，形成畸變無功。這種畸變無功不能靠補償位移無功的辦法解決，要同時抑制諧波才行。另外這些裝置還要沖擊有功功率，同時發(fā)生沖擊無功，必須采用比較迅速的動態(tài)無功補償裝置和濾波措施才能解決?；儫o功

4、無功引起的電網品質惡化的表現

Ａ功率因數低Ｂ諧波超標Ｃ頻率波動Ｄ電壓波動Ｅ三相不平衡5、無功補償問題的討論

由于電網中存在著大量的感性負荷，它們是感性無功產生的根源。因此補償原則自然應該是哪里有感性無功源，就應該在哪里進行就地同步的補償。這是最理想的辦法。這種辦法在技術上經濟上實現有一定困難。無功補償方法Ａ集中補償Ｂ就地補償：Ｃ無功補償用的電力電容器Ｄ節(jié)假日雙休日的無功補償Ｅ無功就地補償應注意的問題Ａ集中補償

供電部門功率因數獎罰辦法，其中之一規(guī)定容量為100kVＡ及以上用戶月平均功率因數低于0.90要罰，高于0.90的則有獎。以鼓勵用戶采取無功補償措施。這就導致用戶采用集中補償的方式加以應對。無功集中補償

目前執(zhí)行的功率因數獎懲表（部分）企業(yè)功率因數0.810.820.830.840.850.860.870.880.89加價收費＋4.5%＋4.0%＋3.5%＋3.0%＋2.5%＋2.0%＋1.5%＋1.0%＋0.5%企業(yè)功率因數0.90.910.920.930.940.95及以上減收費用0－0.15%－0.3%－0.45%－0.6%－0.75%

國務院2008年8月1日《關于進一步加強節(jié)電節(jié)油的通知》已明確，變壓器總容量在100千伏安以上的高電壓等級用電企業(yè)的功率因數要達到0.95以上，其他用電企業(yè)的功率因數要達到0.90以上。Ｂ就地補償：有關標準規(guī)定，50k