節(jié)電技術在農村電網(wǎng)建設中的應用

劉桂濤,白敬中

(1.孝感學院計算機與信息科學學院,湖北孝感432000;2.中國市政工程中南設計研究院,湖北武漢430010)

節(jié)電技術在農村電網(wǎng)建設中的應用

劉桂濤1,白敬中2

(1.孝感學院計算機與信息科學學院,湖北孝感432000;2.中國市政工程中南設計研究院,湖北武漢430010)

以湖北省云夢縣農村電網(wǎng)建設為例,從按經(jīng)濟電流密度選擇導線標準截面、提高農村電網(wǎng)功率因數(shù)、變壓器選型及變壓器布點方式等方面,介紹和探討了節(jié)電技術在農村電網(wǎng)建設中的應用。

節(jié)電技術;經(jīng)濟電流密度;功率因數(shù);變壓器布點方式

目前,我國正在進行社會主義新農村建設。農村電網(wǎng)建設是社會主義新農村建設中的一項重要內容,在農村電網(wǎng)建設中必須注重節(jié)電技術的應用,農村電網(wǎng)節(jié)電對提高農村經(jīng)濟效益和社會效益具有十分重要的意義。本文以湖北省云夢縣電網(wǎng)建設為例,從按經(jīng)濟電流密度選擇導線標準截面等方面對節(jié)電技術在農村電網(wǎng)建設中的應用作一些介紹和探討。

1 農村電網(wǎng)中應用的節(jié)電技術

1.1 按經(jīng)濟電流密度選擇導線標準截面

在農村電網(wǎng)建設中,導線截面的選擇是一項很重要的工作,它直接影響著農村電網(wǎng)的經(jīng)濟效益和節(jié)電效果。導線截面取決于經(jīng)濟電流密度Jn,經(jīng)濟電流密度用Jn以下方法確定。

導線的投資年金額與年電能損耗費、年綜合支出費的數(shù)學表達式如下[1]:

式中:F——導線年綜合支出費;

Fl——導線投資年金額;

Fs——導線年電能損耗費;

α——綜合系數(shù),相關手冊可查;

Z0——單位長度的第一項費用,單位為元/km;

b——線路造價與導線截面間的關系系數(shù);

A ——導線截面,單位為mm2;

l——線路長度,單位為km;

Imax——設計時求得的最大電流即 IC,單位為A;

ρ——導線的導電率,單位為Ω·m;

τ——最大負荷損耗時數(shù),單位為h;

β——電價,單位為元/(kW·h)。

式中:Jn——經(jīng)濟電流密度,單位為A/mm2;

由式(2)可以分析得到,經(jīng)濟電流密度 Jn與年最大負荷損耗時間τ成反比,而τ∝ Tmax;Jn∝若小時數(shù) Tmax越高,則 Jn應越小。這是因為在同樣的最大負荷電流 Imax下,Tmax越大就表示負荷曲線越平,最大負荷電流持續(xù)的時間越長,電能損耗費用所占的比重越大,Jn取得越小一些,就使導線的截面A大一些,從而電阻小,降低了在導線上的電能損耗。

在進行農村電網(wǎng)設計時,Jn可以通過導體材料及最大負荷利用時數(shù)Tmax兩個參數(shù)查表得到具體值,那么只要通過計算得到計算電流即Ic值,就可以利用式確定導線截面,但未必是標準截面,那么如何取標準截面呢 ?由下圖1可以看出,標準截面在直線 Fl和曲線 Fs交點對應處,同時也在曲線 F最低點對應處。導線取得標準截面后,既能滿足最小電能損耗的要求,又能使運行費用較小。

圖1 導線截面與年運行費的關系曲線

1.2 提高電網(wǎng)的功率因數(shù)

隨著社會主義新農村的建設不斷推進和中央的惠農政策不斷落實,農村的經(jīng)濟狀況和社會狀況有了很大改觀,家用電器進入普通百姓家庭,一些小型工廠也落戶到了農村,農村用電量快速增長。在農村供電電網(wǎng)中,許多用電設備具有電感的特性,這些設備不僅從電網(wǎng)吸收有功功率,還要吸收無功功率以產生這些設備正常工作所必需的交變磁場。然而在輸送有功功率一定的情況下,無功功率增大,就會降低供電電網(wǎng)的功率因數(shù),增加電網(wǎng)中的計算電流,從而加大電網(wǎng)電能的損耗。因此,功率因數(shù)是衡量農村電網(wǎng)電能利用程度及電能損耗的一個具在代表性的重要指標。

客觀上,農村電網(wǎng)處于電力系統(tǒng)的末端,農電負荷又大量消耗無功,農網(wǎng)電網(wǎng)的功率因數(shù)普遍較低,在0.65～0.75之間,農村線路功率因數(shù)普遍偏低是導致高低壓線路損耗大、局部地區(qū)末端用戶電壓低的原因之一,因此必須進行無功補償。無功補償?shù)哪康氖鞘闺娏ο到y(tǒng)中的用電設備所需的無功功率就地平衡,使電網(wǎng)的功率因數(shù)得以調節(jié)。由于農村供電線路長、負荷分散且供電點多,因此合理確定農網(wǎng)的無功補償方式、科學計算補償容量和提高自然功率因數(shù)是農村電網(wǎng)提高供電質量、減少損耗、合理經(jīng)濟運行的重要途徑。

農村電網(wǎng)無功補償方式主要有如下幾種[2]:

1)集中補償。將電容器組集中裝設在農村降壓變電所的6～10 kV母線上,用來提高整個變電所的功率因數(shù),使該變電所在供電范圍內無功功率基本平衡,可減少高壓線路的無功損耗,而且能夠提高本變電所的供電電壓質量。

2)分組補償。將電容器組分別裝設在功率因數(shù)較低的村鎮(zhèn)終端變配電所高壓或低壓母線上,也稱為分散補償。

3)就地補償。將電容器或電容器組裝設在異步電動機或電感性用電設備附近,就地進行無功補償,也稱為單獨補償或個別補償方式。其優(yōu)點是可使低壓干線和分支線上電流減小,電壓降和線路損耗相應降低;缺點是投資較高。

由于農村電網(wǎng)用電負荷分散,因此一般采用集中補償?shù)姆椒?即無功補償裝置設置于各 35 kV終端變電所。當有較大供電負荷10 kV時,可考慮采用分組補償或就地補償。若將3種補償方式統(tǒng)籌考慮、合理布局,將可能取得很好的技術經(jīng)濟效益。提高功率因數(shù)和降低線損見表1。

表1 功率因數(shù)下降與損耗增加的關系表

1.3 變壓器的選型和布點方式

1.3.1 變壓器的選型

在農村電網(wǎng)中,變壓器自身要產生有功功率損耗與無功功率消耗。一個變電所一般需要2臺大容量的變壓器,每兩到三個小自然村莊就需要1臺小容量配電變壓器,所以變壓器的臺數(shù)較多,農村電網(wǎng)中變壓器總的電能損耗約占農村電網(wǎng)電量的10%。在農村電網(wǎng)中,目前用得較多的是S9、S7、SL7型等幾種型號變壓器,但這種類型變壓器在低負荷或空載運行時損耗較高,而農村電網(wǎng)的用電特點是常年低負荷或空載運行,因此,在農村電網(wǎng)建設中變壓器選型時,應選擇非晶態(tài)變壓器SH系列,非晶態(tài)變壓器 SH系列與 S9相比,盡管價格高出40%左右,但空載損耗平均下降80%,空載電流下降50%,運行效益顯著。因此,在當前農村電網(wǎng)建設應大力提倡采用SH系列非晶態(tài)變壓器。

1.3.2 變壓器的布點方式

配電變壓器的合理布置是農村電網(wǎng)建設的重要內容之一,隨著配電變壓器布點方式的不同,電能損失率有很大的差異。配電變壓器一般有3種布點方式:一是配電變壓器布置在線路一端;二是配電變壓器布置在線路長度的1/2處;三是將配電變壓器改為兩臺,分別布置在1/4處和3/4處。這3種布點方式的節(jié)電效益對比如表2所示[3]。

表2 配電變壓器布點不同方式下的線路損失率

從電能降損來,將配電變壓器變伸入負荷中心和采用小容量配電變壓器進行兩點或多點布置具有顯著的降損節(jié)電效果。

2 節(jié)電技術在農村電網(wǎng)中的應用

云夢縣境位于湖北省中部偏東,現(xiàn)有12個鄉(xiāng)鎮(zhèn),供電公司下轄14個農村供電所,擔負著15.66萬客戶,49.66多萬人口的供用電管理任務,全縣農網(wǎng)共有44條10 kV線路,總長1115.4 km;0.4 kV及以下等級的低壓線路6317.9 km;配電變壓器1653臺,總容量168.1 M VA,其中客戶專用變壓器540臺,總容量86.33 M VA,公用配電變壓器1113臺,總容量81.77 MVA。

2.1 電網(wǎng)導線標準截面的選擇

云夢縣在農村電網(wǎng)建設中,大力推廣用經(jīng)濟電流密度選擇導線標準截面,取得了良好的節(jié)電效果。例如,從伍洛鎮(zhèn)變電所至黃渡村的一條10 kV(裸鋁絞線)線路長13.7 km,經(jīng)統(tǒng)計,線路的視在功率為1704.3kVA,最大負荷損耗小時數(shù)為2300 h,電價為0.65元/(kW·h),線路中 KQ取0.1,KP取0.235。

由式(1)及式(3)可以算出按新舊兩種方法選擇導線標準截面及投資和節(jié)電效益,計算結果如表3所示。

云夢縣共有44條10 kV線路,總長1115.4 km,若全部按經(jīng)濟電流密度選擇導線標準截面,其年節(jié)資效益和年節(jié)電效益十分可觀。

表3 導線標準截面選擇與投資和節(jié)電效益比較表

2.2 電網(wǎng)的無功補償

云夢縣進行農村電網(wǎng)無功補償?shù)木唧w做法包括:一是對10 kV線路進行集中補償,這類補償總容量達到2971.96 kvar。二是對各類配電變壓器進行分組補償,補償總容量達到1694.6 kvar。三是對大容量負荷臺區(qū)的變壓器(如城關鎮(zhèn)),在低壓側進行自動補償,補償總容量達到2266.4 kvar,四是對客戶端低壓電動機進行就地補償,補償容量為5175.7 kvar。五是對專用變壓器客戶進行分組補償,這類補償容量為27440 kvar。截止2006年底,云夢縣共安裝各類無功補償容量達到108.6 M var,無功補償裝置安裝和投運率已達87%,起步較早的伍洛、義堂、隔蒲潭等鄉(xiāng)鎮(zhèn),無功補償?shù)目側萘恳殉^420.2 kvar,其中義堂鎮(zhèn)的覆蓋率高達96%以上。云夢縣對農村電網(wǎng)進行無功補償后,節(jié)電效果顯著。如伍洛鎮(zhèn)2005年5月對1#、2#變壓器實施并聯(lián)電容器進行無功補償后,7月按規(guī)定周期抄表,低壓線損率由4～5月份的9.4%降低到5.58%,下降了3.82個百分點,盡管供電量只有64278 kW h,節(jié)電卻多達2517 kWh。進行無功補償后,云夢縣農村電網(wǎng)中的電壓質量、功率因數(shù)、電動機啟動運行狀態(tài)、電網(wǎng)及用電設備安全等方面都得到了顯著改善。

2.3 變壓器的選型和布點方式

云夢縣農村電網(wǎng)經(jīng)20世紀末改造后,變壓器的型號由原來的64型、73型、S7型基本上改為S9型節(jié)能變壓器,其節(jié)電效果如表4所示[4]。

表4 S9型變壓器的節(jié)電效果

隨著技術的不斷進步,SH型非晶態(tài)變壓器是目前最節(jié)能的變壓器,其空載損耗和負載損耗均較S9型節(jié)能變壓器低,但鑒于當前云夢縣農村的技術經(jīng)濟狀況,S9仍是主體,隨著農村經(jīng)濟的不斷發(fā)展,SH型非晶態(tài)變壓器將會逐步代替S9型節(jié)能變壓器。

云夢縣農村電網(wǎng)建設中配電變壓器的布點也逐步趨于合理。上世紀90年代中期以前,配電變壓器的布點以布置在一端為主,以布置在負荷中心為輔,經(jīng)農村電網(wǎng)改造后,云夢縣農村電網(wǎng)的布點方式中配電變壓器布置在負荷中心的方式較多,配電變壓器布置在兩端的方式比重也有較大提高。雖然配電變壓器布置在負荷中心的方式在節(jié)電方面的比不上兩點布置方式,但相對于以前的一端布置方式節(jié)電效果還是十分顯著的,由前面表2可知,配電變壓器布置在負荷中心與布置在一端相比,線路損耗下降了73.75%。隨著農村經(jīng)濟的發(fā)展和節(jié)電技術的進步,云夢縣農村電網(wǎng)中的變壓器布點方式一定會越來越合理。

3 結束語

通過按經(jīng)濟電流密度選擇導線標準截面、提高農村電網(wǎng)功率因數(shù)、選擇高效節(jié)能變壓器及合理進行變壓器布點來減少損失,是降低農村電網(wǎng)損耗、節(jié)約電能的主要技術措施。實踐證明:節(jié)電技術在農村電網(wǎng)建設中技術上是可行的,經(jīng)濟上是合理的,并且具有廣闊的應用前景和良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1] 蘇文成.工廠供電[M].北京:機械工業(yè)出版社,1994.

[2] 嚴雪萍,韓慶福,成立,等.農村電網(wǎng)的無功補償探討[J].農機化研究,2007(8):46-48.

[3] 樸在林,楊濤,南俊星.農村電網(wǎng)改造中若干技術經(jīng)濟問題的研究[J].農業(yè)工程學報,2001(2):119-122.

[4] 胡景生.變壓器能效與節(jié)電技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007.

Application of Power Saving Technology in Rural Electric Network Construction

Liu Guitao1,Bai Jingzhong2
(1.School of Computer and Information Science,Xiaogan University,Xiaogan,Hubei 432000,China;2.Central South Municipa l Engineering Design Institute,Wuhan,Hubei 430010,China)

This article takes the electric network construction in Yunmeng county as an example to introduce and discuss the power saving technology in rural electric network construction from the aspects of selecting leading wire section according to economical current density,enhancing power factors of rural electric network and selecting types and arrangement of transformers.

power saving technology;economical current density;power facto rs;arrangement of transformers

TM 727.1

A

1671-2544(2010)06-0009-04

2010-04-26

劉桂濤(1972— ),男,湖北云夢人,孝感學院計算機與信息科學學院講師,碩士。白敬中(1976— ),男,安徽臨泉人,中國市政工程中南設計研究院高級工程師。

(責任編輯:陳錦華)