关于供配电系统的节能设计的探讨摘要：目前，供配电系统普遍存在线路损耗大,系统整体节能效果不佳的情况，因此，加强供配电系统的节能设计势在必行。
本文分析当前供配电系统的节能设计的重要性，提出了切实可行节能措施，取得了很好的节能效果。
关键词：供配电；线路损耗；节能；措施
随着经济建设的发展，我国能源相对短缺，能源浪费严重的情况将更为突出。
因此，节能是势在必行的，特别是在电力工程建设方面，存在着巨大的节能潜力。
在供配电系统中的，通过加强节能实际，有效减少低压配电线路长度,降低线路损耗,从而提高系统整体节能效果，具有重要意义。
1 配电系统节能分析
供配电系统的节能主要体现为在满足使用功能的前提下,尽量减少设备本身的能源消耗以及减小系统损耗。
目前在世界性的能源问题影响下,各种高效节能的设备成出不穷。
作为电气设计人员应认真了解积极采用新的节能设备,减少系统中设备的能源消耗(本文不作深入讨论)但作为整个工程供电系统的设计人员只考虑采用节能设备是不够的。
还应认真考虑整个供配电系统的合理性。
采取有效的设计方案尽可能减小系统损耗。
从供配电系统损耗的分析以及有关规范及节能措施的规定,我们应该认识到在供配电系统的设计中,采取有效措施降低系统的线路损耗是供配电系统节能设计的重要原则。
2 供配电系统的节能措施
供配电系统的节能设计应从以下几个方面进行考虑,并采取有
效的节能措施。
提高变压器的技术经济效益,减少系统的固定损耗。
2.1 通过负荷计算合理配置系统变压器容量和台数,使变压器
的实际负荷接近设计的最佳负荷
负荷计算是供电系统设计中确定变压器容量及台数的重要依据。
通常在方案设计阶段采用单位指标法。
根据目前我国的用电水平和装备标准,各种建筑类别的用电指标及变压器装置指标不宜超出《全国民用建筑工程设计技术措施一节能专篇》中规定的指标。
见表1
表1 变压器装置指标
在施工图设计阶段通常采用需要系统法进行负荷计算。
民用建筑中用电设备主要为照明(含插座)、空调、动力(水泵、风机、电梯等)以及与各类建筑物配套的专用设备如:厨房设备、洗衣设备、舞台机械设备、舞台照明设备,医用ct及×光设备等。
各类建筑物都有各自的运行方式和特点。
虽然在负荷计算中需要系数的取值要根据其运行方式和特点确定,但在通常情况下,可参照表2范围取值。
表2 用电设备组的需用系数及功率因数
注:表中数值摘自《全国民用建筑工程设计技术一节能专篇》、《民用建筑电气设计规范》及《工业与民用配电设计手册》第三版。
在负荷计算中应注意以下几点:
(1)用电设备组中的备用设备容量不计入设备容量。
(2)消防的专用设备(仅在火灾发生时使用的设备)容量不计入设备容量。
(3)配电干线和变压器的计算容量除了考虑需要系数kx处,还应根据各用电设备之间的同期运行情况再乘以一个同时系数kt。
kt 值一般取0.8～0.9,力求使变压器的实际负荷接近设计的最佳负荷。
负荷计算是供配电系统的设计依据。
也是电气节能设计中减少固定损耗和减少设备投资不可缺少的内容和措施。
2.2 合理选定供电中心
即将变压器设置在负荷中心,采用较高电压线路深入负荷中心,尽量减少低压线路长度,降低系统的线路损耗。
在民用建筑工程选择供电中心时,工程的设计人员、使用人员及管理人员往往从减少设备房面积,设计简单,管理方便及节省投资等方面考虑,仅按满足低圧线路供电半径及末端电压质量的要求确定变电所的位置,其结果往往选择变压器容量大,台数多而集中的供电中心。
而对采用较高电压线路深入负荷中心,合理选择配电变压器的设置,缩短低压配电线路,降低系统的线路损耗,提高系统的整体节能效果的节能措施考虑不足。
笔者通过下面一个实例的粗略计算与比较来说明采用高电压线路深入负荷中心是降低线路损耗,提高供配电系统整体节能效果最有效的措施。
例如:由三幢建筑面
积为10000m2的高层主楼及其连体裙房和地下室构成总建筑面积为30000m2的一个公共建筑。
各幢高层建筑间的配电距离(s)约为100米。
每幢高层建筑用电设备计算容量约为8000kw。
供电方案一:采用集中设置一处10kv变电所,内设二台1600kva、10/0.4kv干式变压器,经低圧总配电室分别采用低压电缆对三幢主楼供电。
变电所及总配电室设置在其中一幢主楼地下室。
若一个工作电流(i)为100a、三相380/220v的负荷回路,采用截面为50mm2铜芯交联电缆配电。
查《工业与民用配电设计手册》得出电缆的电阻r为0.435ω/km,感抗x为0.079ω/km。
粗略计算中忽略感抗,则正常运行中此段线路(仅计算变电所低压配电室到一幢主楼的配电竖井)上的损耗功率为δp=i2rs=1002(a) ×0.435(ω) ×
0.1(km)=435w。
一幢用电设备计算容量为800kw的主楼,其正常运行中低压线路总电流约为1350a～1730a,按15条100a供电线路作粗略计算,则一幢主楼在变电所(变压器)到其负荷中心(配电竖井)这一段线路上总损耗功率约为15δp=15δ435(w)=6525w×6.53kw。
供电方案二:采用在三幢主楼筒芯附近分别设置一处10kv变电所,内设二台500kva、10/0.4kv干式变压器,其中一个变电所兼作区域高压配电室,采用10kv截面为95mm2铜芯交联电缆对三个变电所供电。
从高压配电室到另两幢主楼变电所的配电距离仍为100m。
查《工业与民用配电设计手册》得出电缆电阻r为0.229ω/km。
感抗x为0.096ω/km,同样忽略感抗,按二台变压器运行负荷率85%计算,由高压配电室对变电所供电线路的工作电流为i=0.85×2×
500(kva)/ √3×10(kv)=49.1(a)。
则在正常运行情况下,此段(仅计算高压配电室到一幢主楼的变电所)线路上的总损耗功率为: δp=i2rs=49.12(a) ×0.229(ω) ×0.1(km)=55.2w≈0.055kw 通过以上粗略计算可以看出,在同样满足一幢10000m2用电设备计算容量为800kw的民用建筑正常运行情况下,采用集中设置一个变电所方案时,在配电线路上总损耗功率约6.53kw。
而采用分散设置变电所,变压器设置在负荷中心,即高压线路供电到楼的方案时,在配电线路上总损耗功率约为0.055kw。
两种方案结果相比,后者比前者节能效果提高了120倍,线路损耗减小了6.48kw。
按年平均负荷利用率17.3%约1500小时计(全年360×24=8641小时)。
每年减少电能损耗6.48(kw) ×1500(小时)=9720kwh(度)。
在本案例中还应乘以2,因为有两幢主楼情况相同。
从以上的分析和粗略的实例比较,笔者认为在确定一个工程供配电方案时,设计人员应认真分析建筑物用电负荷的分布,在满足使用要求的的情况下,应尽量避免采用集中设置大容量的变电所而采用小容量变压器靠近负荷中心,即高压供电到楼的方案。
采用分散设置方案虽然增加了变压器的台数及高压配装置,但减小单台变压器的容量,降低了对高、低压配电装置对系统短路条件下的通断能力和动、热稳定要求。
虽然增多了变电所的用房,但合理配置高,低压配电装置采用占地面积小的紧凑型开关柜减少变电所的使用面积。
虽然增加少量的高压线路,但大大减少了低压线缆的用量。
3 结语
综上所述，供配电系统的节能效果是非常明显的，对国家能源利用、环境保护、资源优化配置极为有利。
应当引起供、用电部门的高度重视。
在节能设计中应精心考虑，在采用传统降损节能措施的同时，加大科技投入，使设计满足功能需求的同时，又能行之有效地节约能源。
参考文献
[1] 王忠勇，高层建筑供配电系统节能设计分析[j]低压电器，2009.22
注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。