浅谈供配电系统的节能设计 李红民（国网四川宣汉县供电有限责任公司，四川宣汉６３６１５０） 【摘 要】随着当今时代经济的快速发展，能源的消耗也日益增加，伴随而来的便是污染、雾霾，节能降损逐渐成为各行各业的￣ｌ＇－Ｉ词汇。电能 作为二次能源，已经深入千家万户且应用广泛，对供配电系统进行合理的节能设计具有必要性和可行性。 【关键词】供配电；节能设计 【中图分类号】ＴＭ９２ 【文献标识码】Ｂ 【文章编号】１００６—４２２２（２０１４）０２—０１０６—０２ １引蔷 电能由于方便、快捷在人们生活中始终占据能源使用的 重要地位．而随着社会发展，人们对生活质量的要求越来越 高，对电能的需求也逐渐增大。由于供配电系统点多面广，加 上我国科技降损的贡献率起步低（据估计．２０００年左右仅世 界平均水平的１，７），如果我们供配电工程师在设计中非常重 视节能设计，将为现代社会的低碳节能做出巨大贡献。 毋庸置疑．供配电系统的损耗重头戏是在配电变压器．在 广义的电力系统中．变压器的损耗约为发电量的１０％ 但线 路、电缆的截面的合理选择、低压无功补偿装置的使用、照明 变压器，根据规范，其终合功率运行区间划分如图１。 ＡＰｌ，‘ 系统合理设计等的节能作用也不能小觑。因此，变压器、线缆 截面、照明系统设计等选择。是供配电线路节能优化设计的关 键点。本文将从这几个方面对供配电系统节能设计进行探讨。 ｉｚ １．３３ 。 口０．＇／Ｓ １ 卢 图１双绕组变压器终合功率运行区间划分 图１中，△ＰＺ％＝ｆ（Ｂ）为变压器终合功率损耗率与平均负载 系数１３的函数特性曲线。变压器运行区间划分为．经济运行区 ２供配电系统节能设计 ２．１配电变压器 在整个供配电系统的节能设计中，配电变压器所占比重 为１３ ２≤Ｂ≤ｌ，最佳经济运行区为１．３３１３ ≤Ｂ≤Ｏ．７５，非经济 运行区为Ｏ≤１３≤ＢＪｚ２。据此，当我们进行负荷计算而得出计算 负荷的视在功率Ｓｃ后，不要粗糙的选用变压器容量Ｓ ≤Ｓ ，而 应该为了让变压器以后在最佳经济运行区运行。应将变压器 容量选用条件设定为：Ｓ ≤ＳｄＯ．７５。 较大，因此变压器的合理布置及选择对节能效果有很大贡献。 ２．１．１配电变压器的布置 由于变压器深入负荷中心布置．可以减少低压侧线路长 实际设计中，以往我们更注重变压器的容量利用率。考虑 度，从而降低损耗。因此，在对农村负荷设计时，我们考虑的重 到节能，我们则应该深入思考变压器的运行效率．即考虑变压 器运行时，有功功率损失和无功功率损失是最低的。总的来 点是变压器应位于负荷“平面”中心．而在城镇居民建筑特别 按经济运行选 是高层建筑中．则应该尽可能将是变压器置于负荷“立体”中 说，按变压器容量利用率来选择的容量要小些． 心：即如有可能，变压器不一定置于建筑楼的底层或ｌ层。在 择的容量要大些。考虑到变压器容量增大，需增加投资费用，满足安全和其他条件下。甚至可以考虑将变压器置于建筑楼 但同时由于运行更经济合理而减少运行生产费用．所以我们 的中间层位置 ２．１．２配电变压器的型号选择 应该以投资回收年限来决定变压器的容量 对于变压器台数．除了有一、二级负荷的情况下我们应该设 计２台或以上变压器外，大部分情况下．我们是认为变压器越少 虽然，国家公布淘汰落后的变压器，如ＳＬ７、Ｓ７型及其以 前的高能耗等产品，设计人员应牢记于心而不再采用，但也不 越利于节能。但如果考虑负荷有明显周期性变化时，考虑多台变 例如负荷存在明显的季节性变化。 要搞一刀切：全部选效率最高的变压器（如非晶态变压器），因 压器可能是明智的选择，为这些变压器的设备费用太高。正确的做法是．根据负载特性 进线选择。变压器在电网中长期运行则选技术特性优者、短期 运行则可以略次．备用变压器则可以更次之。对长期稳定的大 ２．２供配电系统中线、缆的选择 我们知道，当电力线路电阻为ＲＩ．（Ｑ），线路通过的电流为 Ｉ （Ａ）时，线路会产生功率损耗△Ｐｔ（ｋＷ），其表达式为： ＡＰ￣＝３ｘＩ ＸＲＬＸｌ００ 负荷，其变压器应选技术特性优秀者，使节能效果明显，而负 荷小、变化大则可以考虑技术特性良者就可以了。 对于配电线路而言，配电网络输送电能的过程中，由于电阻 其次，在城市中我们应尽量选用接线组别为Ｄ．ｙｎｌ１的变 压器．以有利于对付日益严重的谐波 ２．１．３配电变压器的容量及台数选择 一的存在，将会在高、低压配电线路中产生有功损耗。不管是任何 导电材料，总是有电阻的存在，材料温度的变化．电阻值也在变 化，一般导电材料温度越高电阻越大；线路中只要有电流通过， 般设计手册都这样认为．根据负荷性质、地区供电条 就会有电能损耗，他们的关系是成正比的。因此．要降低供配电 中线缆的损耗，就需要从减小线路中电流和电阻两方面入手 ２．２．１减小供配电线路中的电阻 件、用电容量、运行方式以及负荷发展等因数综合考虑变压器 的容量和台数 一般我们在实际工作中，配电变压器绝大部分是双绕组 电阻的存在是造成电能消耗的最大元凶．但在输变电过 瓣 程中。必然会有电阻的存在。不过，配电线路设计合理也能减 少电阻．从而降低电能消耗。线路电阻公式为Ｒ＝ｐＬ／Ｓ，由公式 可知．线路电阻与线路长度Ｌ成正比，与电阻率Ｐ成正比，与 具效率即灯具的出射有效光通与光源总光通之比。灯具反射 面的反射比越高，设计越合理，灯具效率也就越高，当然也该 从灯具的寿命、能耗、维护性能等方面综合考量。现在上市的 大量节能灯具也要根据适用场所进行合理选择。如客厅场所 面积较为大．宜采用高效的ＬＥＤ灯或者紧凑型荧光灯作为照 导线截面Ｓ成反比，因此要降低配电线路电阻，减小有功损 耗．需要从以下三个方面考虑： （１）选用小电阻率的导线。目前大多数线缆材质为铝和铜， ２ａ℃时铜的ｐ＝１．７２×１ ｌ・ａｍ，相同温度下，铝的ｐ＝２．８２ｘｌ０－６￣・ｃｍ， 明光源，餐厅。居室、卫生间要逐渐淘汰白炽灯，可以选择紧凑 型荧光灯或三基色细管径直管荧光灯．居民区电柱则宜选用 电磁感应无极灯等适用于高大空间的灯具，对于住宅区室外 所以在设计中采用铜作为导线更加节能。在ＧＢ５００５４ ５《低压配 电设计规范》中，还在强调节约使用有色金属，合理选用铜、铝导 体．但在ＧＢ５００５４—２０１１中．已经取消了该条款。通常高压部分 配电线路采用铝质导线．低压配电部分就可以全部采用铜质导 照明，尽量采用高压钠灯、金卤灯等高强气体放电光源，不宜 采用白炽灯。卤钨灯、白镇流高压汞灯等高能耗光源。合理的 照明光源选择可以很好的避免浪费．达到综合效益。 单端荧光灯、三基色荧光灯、细管荧光灯等等为现在市面 流行的节能型灯具。单端荧光灯光色好，显色性强，光效为白 线，这种选配方案即节约又能达到节能目的。 （２）缩短配电线路的长度。要缩短居民供配电线路长度： ①应根据负荷分布情况，应将变配电所设置在居民分布密度 炽灯的５—７倍．寿命也是白炽灯的５倍左右。假如本来需要 较高，用电较多的地区，以此缩短供电半径；②配电线路应尽 １０００支每支为ＩＯＯＷ的白炽灯．现改用２０Ｗ单端节能荧光灯 若每天用６ｈ，则一年下来便可节约１７５２００ｋＷ／ｈ。所以， 可能走直线．少绕弯路，分季节架设线路时应尽量合理计算因 的话，气温而胀缩的程度，避免过长造成的浪费，或过短造成的损坏。 （３）据实际情况增大导线截面。设计时，先按一般在满足 温升、动稳定和热稳定、电压损失、经济电流密度等条件分别 进行计算，选择其中截面最大者为计算截面，再可根据长期发 选用高效的节能灯具可以在达到最高效果的照明基础上又最 大程度的节约电能 当然要做好灯具的维护工作．以增加使用寿命和效果，避 免人为造成的不必要消耗 ３．２照明控制 展的需要．将配电干线在计算截面的基础上加大一级，这样的 ２．合理高效的照明控制也属于照明节能的一部分。现在的 设计既可满足远期发展需要．又可以达到近期节能的目的。 ２．２．２减小供配电线路中的电流 照明控制方式有很多，如单灯控制、多灯控制、双控开关控制、 （１）室外照明适合采用三相供电．隔盏换相，以便根据不 （１）提高供电电压，使供电线路中的电流大幅降低。由公 楼宇自控系统控制、总线控制、探测器控制等等。式Ｉ＝Ｐ／Ｕｃｏｓ６可知．当电压提升一个档次时，在传送相同功率 负荷时电流大幅下降。一般我们的思路是采用ｌＯｋＶ为供电电 同的需要配置合适的照度，起到节能目的，室内照明可以适当 增加开关的数量，如近窗地方可以单设开关，当关照充足时， 可以关掉照明 压，但在用电负荷集中、容量较大的情况下，我们应该进行技术 经济计算．有时采用３５ｋＶ为供电电压还更加经济合理，而这 时．供电电源线路因为电压等级的提升而损耗大幅度降低了。 （２）提高功率因数．使配电线路中的电流减小。同样由公 （２）居民住宅区的公共场所地域较大，浪费较大，所以，可 以采用声控系统、光控系统或感应系统进行控制．需要时便提 不需要时则减少浪费。 式Ｉ＝Ｐ／Ｕｃｏｓ＋可知，当电压既定时．提高功率因数能使线路电 供照明，（３）高档居民区的公共场所，可采用照明自动调光系统，根 流下降．因此可以减少线路损耗。提高功率的途径可通过两方 面：提高自然功率因数及人工补偿无功功率。 电力系统中无功功率的消耗．异步电动机约为７０％，变压 器约为２０％。线路约为１０％。设计中．正确选用电动机的容量 对提高自然功率因数很重要的部分。 据环境的光亮程度自动调整照明亮度．达到进一步节约目的。 ３结束语 供配电线路的节能设计是一个复杂的、系统的、高科技的 过程．本文仅结合现有材料及物理原理作出了较浅分析设计 合理选择异步电动机的注意事项：①一般来说．异步电动 和阐述，还有许多内容，如供配电系统的保护配合、谐波的治 机额定负荷时功率因数在０．８以上．而空载时在０．１—０．２左 理、动态补偿及照度光度自动调节等先进设备系统，需要不断 右，由此可见功率因数与负荷关系密不可分，电动机负载应与 容量相匹配．防止“大马拉小车”现象：如实际负载只是电动机 负载的３０％左右时，启动、运行时应采用减压启动、运行，如三 工艺流程．改善机电设备的运行状况。在生产工艺允许条件 探索和研究。综上所述，供配电系统的设计应结合当代先进技 术．统一调配，根据具体情况合理安排线路设计，还要合理选 用节能材料，灵活运用，达到最大程度的节能，即可保障人民 角形与星形切换等；避免变压器空载运行。②合理安排和调整 生活质量，又可保护环境，紧跟时代和经济发展需要。 下，采用同步电动机代替异步电动机。 补偿，如电容器（通常影响功率因数的原因都是感性负荷），可 ２００５． 参考文献 （３）人工补偿无功功率。设计无功功率补偿设备进行人工 【１］任元会，等．工业与民用配电设计手册（第三版）．中国电力出版社 以有就地补偿、分散补偿、集中补偿。 【２１￣Ｙｌ景生，等．电网经济运行与能源标准化．中国标准出版社，２００１． ［３］姚家伟，徐华，任元会．照明设计手册（第二版）．中国电力出版社 ２００６． ２．３照明系统节能设计 ２３．１照明灯具及光源选择 灯具的选择对节能来说至关重要，居民用电工具多为灯 具用电．所以选择高效节能的灯具至关重要。 采用高效灯具。照明设计中应注意使用高效节能灯具，灯 ［４］《电力变压器经济／ｇ４５＂）（ＧＢ／Ｔ１３４６２－２００８）． 收稿日期：２０１４—１—１５ 簪
