電氣設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式探討

李國(guó)芳

（中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司塔里木鉆井分公司，新疆庫(kù)爾勒841000）

1 引言

節(jié)約能源具有深遠(yuǎn)的社會(huì)意義和顯著的經(jīng)濟(jì)效益，為了節(jié)約能源，許多國(guó)家都采用了有效的節(jié)能措施，加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)研究，努力提高能源利用率。眾所周知，電氣設(shè)備和電氣線路在運(yùn)行過(guò)程中，必將產(chǎn)生功率損耗。功率損耗之大小與所選設(shè)備是否合理，運(yùn)行狀態(tài)是否合理等因素有關(guān)，電氣設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)的主體思想是：力求電氣設(shè)備和電力線路的功率損耗率最低。

2 異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

就目前情況看，要通過(guò)設(shè)計(jì)使電機(jī)運(yùn)行效率提高百分之幾已相當(dāng)困難，但由于運(yùn)行不當(dāng)而使電機(jī)運(yùn)行效率降低百分之幾卻是常見(jiàn)現(xiàn)象，下面將討論電機(jī)選擇、配置負(fù)荷等方面的運(yùn)行技術(shù)。

2.1 按經(jīng)濟(jì)原則選擇電動(dòng)機(jī)容量的方法

對(duì)同一系統(tǒng)中不同容量的電動(dòng)機(jī)而言，電動(dòng)機(jī)額定容量越大，其額定效率也就越高，反之亦然。兩種不同容量的電動(dòng)機(jī)效率曲線如圖1所示，對(duì)同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)而言，當(dāng)負(fù)載率小于0.4時(shí)，負(fù)載越小運(yùn)行效率也將越低，所以用很大容量的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)很小負(fù)載的運(yùn)行效率，反而會(huì)比小容量電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)此負(fù)載的運(yùn)行效率低。上述兩種因素是相互矛盾的，選擇電動(dòng)機(jī)容量時(shí)必須同時(shí)兼顧，既要避免大電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)很小負(fù)載引起的低效率運(yùn)行，又要避免大量使用小電機(jī)引起的低效率運(yùn)行。兼顧上述兩種因素，針對(duì)實(shí)際負(fù)載選擇運(yùn)行效率最高的電動(dòng)機(jī)：①根據(jù)需要確定所選擇電動(dòng)機(jī)級(jí)數(shù)；②以原來(lái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)實(shí)際負(fù)載，測(cè)定該電動(dòng)機(jī)的輸入功率P，根據(jù)其輸入功率曲線P1=f（P2）求出輸出功率P2；③選擇符合要求的各種規(guī)格的電動(dòng)機(jī)，并計(jì)算各電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)于實(shí)際負(fù)載的負(fù)載率；④根據(jù)各電機(jī)的負(fù)載率表查出運(yùn)行效率；⑤比較各電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率，運(yùn)行效率最高者就是被選電動(dòng)機(jī)。

圖1 兩種不同容量的電動(dòng)機(jī)效率曲線

2.2 讓峰附加線損計(jì)算與分析

所謂讓峰是將負(fù)荷限制在規(guī)定的數(shù)值之內(nèi)，在某一時(shí)間切除部分用電設(shè)備。讓峰將會(huì)產(chǎn)生負(fù)荷波動(dòng)進(jìn)而產(chǎn)生附加線損。下面分別介紹讓峰制運(yùn)行和負(fù)荷恒定不讓峰運(yùn)行兩種情況，分析讓峰引起的附加線損。

對(duì)電力線路按讓峰制運(yùn)行的情況做如下假設(shè)：在一路干線上枝接完全相同的n1臺(tái)電動(dòng)機(jī)，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的工作電流均為I（A），功率因數(shù)均為cosΦ，在規(guī)定讓峰的時(shí)間內(nèi)切除n臺(tái)電機(jī)，余下n2臺(tái)電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行；在一天中不讓峰的時(shí)間為t1（h），讓峰后的時(shí)間為t2（h）,如圖2所示，讓峰前后電源電壓不變,在（t1+t2）時(shí)間內(nèi),電力線路向電動(dòng)機(jī)輸送的電能為Wy（kWh）。

圖2

對(duì)電力線路負(fù)荷恒定而不讓峰的情況做如下假定：在一路干線上枝接np臺(tái)與上述假定完全相同的電動(dòng)機(jī)，在（t1+t2）時(shí)間內(nèi)向np臺(tái)電動(dòng)機(jī)輸送的電能為 Wh（kWh），且 Wh＝Wy。

因此可得np與n1和n2的關(guān)系式，然后求得這兩種情況線路的電能損耗。

讓峰制運(yùn)行時(shí)，在（t1+t2）時(shí)間內(nèi)輸送的有功電能為：

負(fù)荷恒定且不讓峰時(shí)，在（t1+t2）時(shí)間內(nèi)輸送的有功電能為：

令 Wh＝Wy即：

經(jīng)整理得

在（t1+t2）時(shí)內(nèi)按讓峰制運(yùn)行時(shí)干線上的電能損耗為：

在（t1+t2）時(shí)內(nèi)負(fù)荷恒定而不讓峰時(shí)，干線上電能損耗Wh和讓峰引起附加電能損耗Wfi1分別為：

上式表明讓峰將引起附加線損，這個(gè)附加線損的大小與切除設(shè)備的總電流的平方成正比，因此避免讓峰運(yùn)行制。

3 電力線路的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

3.1 按經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原則選擇導(dǎo)線截面規(guī)格

在導(dǎo)體材料和敷設(shè)方式相同的情況下，單位長(zhǎng)度的導(dǎo)線電阻r與導(dǎo)線截面A成反比，因此導(dǎo)線截面越大，單位長(zhǎng)度的電阻r越小，同時(shí)導(dǎo)線截面越大，單位長(zhǎng)度的電阻抗也略有減少。因此在負(fù)荷一定的情況下，導(dǎo)線截面越大，線損率將越小，但用銅(鋁)量將隨之增加；當(dāng)敷設(shè)方式不同時(shí)，線損率也將不同，而且大截面導(dǎo)線線損率隨敷設(shè)方式而變的差異更加顯著，當(dāng)cosΦ＜1時(shí)，導(dǎo)線的標(biāo)稱截面越大，線損率系數(shù)也將越大，線損率隨標(biāo)稱截面增大而增大的規(guī)律接近于直線。負(fù)荷的功率因數(shù)越低，這條直線的斜率也將越大；負(fù)荷的功率因數(shù)越高，這條直線的斜率越小；負(fù)荷的功率因數(shù)等于1時(shí)，這條直線的斜率接近等于零。在功率因數(shù)相同的情況下，線損率隨標(biāo)稱截面增大而增大的速率以架空線最高，室內(nèi)明敷線次之，電纜和穿管線最低。

總之，同一種型號(hào)同一種敷設(shè)方式的導(dǎo)線，標(biāo)稱截面越大，線損率系數(shù)也越大，標(biāo)稱截面越小，線損率系數(shù)也將越小；采用大截面導(dǎo)線集中配電的線損率高，采用小截面導(dǎo)線分散配電的線損率低，用小截面導(dǎo)線并聯(lián)起來(lái)代替大截面導(dǎo)線集中配電，線損率也低。

3.2 減少接線不對(duì)稱附加線損

用一路單相二線制線路作為照明干線，會(huì)引起較大的接線不對(duì)稱附加線損，為了減少這種線損，應(yīng)做到：①將單相二線制照明干線改為三相四線制干線；②盡量擴(kuò)大三相四線制干線的配電區(qū)域；③不僅要使各相的照明負(fù)荷相同，而且還應(yīng)使各相的負(fù)荷力矩相等。

現(xiàn)在計(jì)算用三相四線制功率損耗與單相二線制功率損耗的關(guān)系。

單相二線制線路的功率損耗為：

三相四線制中將上述電流均勻地分配到三相線路上，故每相導(dǎo)線的電流將變?yōu)椋使β蕮p耗為：

由上式可以看出三相四線制的功率損耗是單相二線制的六分之一。

4 電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償容量

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，僅靠提高功率因數(shù)達(dá)不到功率因數(shù)規(guī)定值的標(biāo)準(zhǔn)，為了使功率因數(shù)達(dá)到規(guī)定值，必須進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。根據(jù)無(wú)功補(bǔ)償裝置在各級(jí)電網(wǎng)的分布情況，分為縱向一次補(bǔ)償和縱向分級(jí)補(bǔ)償方案。縱向一次補(bǔ)償方案是將供電系統(tǒng)的全部無(wú)功補(bǔ)償裝置分布于各級(jí)電網(wǎng)中，縱向分級(jí)補(bǔ)償方案是裝置分布于各級(jí)電網(wǎng)中，通常采用縱向一次補(bǔ)償方案。

供電系統(tǒng)縱向補(bǔ)償方案不同，功率損耗也將不同。相比之下，縱向一次補(bǔ)償方案中，變壓器、電力線路、補(bǔ)償裝置的總功率損耗最大；縱向分級(jí)補(bǔ)償方案中，變壓器、電力線路、補(bǔ)償裝置的總功率損耗較小。

在縱向分級(jí)補(bǔ)償方案中，如果各級(jí)電網(wǎng)的補(bǔ)償容量恰當(dāng)，能使變壓器、電力線路、無(wú)功補(bǔ)償裝置的總功率損耗最小。

5 結(jié)論

通過(guò)優(yōu)選電氣設(shè)備及運(yùn)行方式、運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)等方法，可以充分提高電氣設(shè)備的運(yùn)行效率，是一種投資少效果顯著的節(jié)電技術(shù)。

［1] 徐玉琦.工廠電氣設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行.

［2] 呂如良,沈漢昌,陸慧君,郭文華.電工手冊(cè).