工廠配電系統節能措施研究

陳吉

摘 要： 電能作為當今世界最主要的能源之一，在生產過程中消耗與浪費十分嚴重，各類工廠是電能利用的大戶。為了緩解的能源緊張的局勢，提高電能利用率，做好工廠供配電系統的節能措施是十分必要的。本文主要對工廠配電系統中提高電能利用率的節能措施進行探討，供相關人員參考。

關鍵詞： 工廠配電系統 節能措施 降低損耗

1.引言

提高電能的利用率和使用率，節約能源、節約資金，工廠的節電工作涉及面很廣，既包括配電系統的節能改造，又包括電動機、風機、水泵等用電設備的節能改造。其中，配電系統的電能損耗率是工廠一項重要的電氣綜合技術經濟指標，開展對工廠配電系統節能措施的研究具有非常重要的現實意義。

2.工廠配電系統損耗的組成

工廠的配電系統電能損耗與廠內的負荷分布、網絡結構、無功配量、運行方式、用電構成、電壓等級，以及一、二次設備的技術性能等因素有關。

配電網損耗理論上由三部分組成，即發生在線路導線電阻上的電能損失，發生在配電變壓器高低壓繞組電阻上的電能損失和發生在配電變壓器鐵芯上的電能損失。

3.降低配電系統的損耗的主要措施

3.1改造卡脖子線，增大導線截面。

隨著生產發展的需要，廠內線路有的增大了負荷，增加了大的用戶，有的由于電源的重新布點，使原來線路的末端變成了首端，形成了卡脖子線。改造時應增大這些導線的截面，既保證供電容量，又降低線路電阻，達到降損節能的目的。改造卡脖子線的標準是使線路導線截面在最大負荷時，其電流密度不大于1～1.5A/mm2。當線路的導線截面一定時，在條件允許時，采用已有的雙回路并聯工作和盡量利用備用線路供電，通過間接增大配電線路導線截面，降低導線電能損耗。

3.2改造導線的接續方法。

線路導線接續不好會使接續點發熱，并損耗能源。我們對導線的接續采取了如下措施：

3.2.1導線接續盡量避免纏繞法，改為炮接、有張力時的鉗接和無張力時的設備線夾連接。

3.2.2不同導線接續在耐張桿的引流或設備上完成，應該用鋁銅過渡線夾。

3.2.3導線或設備線夾在安裝前就處理好，無銹蝕，安裝時要緊固好。

3.3采用無功補償，提高功率因數。

工廠供配電系統中，功率因數的高低是衡量一個工廠電能質量高低的重要指標，功率因數偏低，就意味著系統中無功電源不足，會導致系統電壓降低而造成電能損耗增加，用電效率降低。一般要求工廠的月平均功率因素達到0.9以上，當企業的自然總平均功率因數較低，單靠提高用電設備的自然功率達不到要求時，應采用必要的無功功率補償設備進一步提高工廠的功率因數。在筆者合作的工廠中，主要采用電力電容器進行無功功率補償。

補償方式有兩類：

3.3.1高壓集中補償。

高壓集中補償是將并聯電容器集中裝設在高壓配電所的高壓母線上，這種補償方式只能補償高壓母線前邊所有線路上的無功功率，高壓母線后面的無功功率得不到補償，這種補償方式只適合于大中型企業。

3.3.2低壓集中補償。

低壓集中補償將并聯電容器裝設在變電所的低壓母線上，一般負荷較集中的小型企業用此補償方式比較經濟。

根據實際情況，考慮到合作工廠負荷多為高壓供電，故采用高壓集中補償的方式進行補償。

3.4抑制諧波電流的產生。

配電系統中的諧波不僅危害配電網絡本身，而且危害周邊的配電設施。隨著電子設備的不斷發展與應用及設備裝備水平的不斷提高，電力電子設備越來越多，諧波電流量逐步增加，諧波問題會越來越嚴重。因此，需要在工程設計中充分考率如何抑制諧波電流。

3.4.1電容補償使用帶電抗的補償系統。

（1）原理分析。如圖1串聯諧振電路的阻抗曲線所示，曲線①為電抗器電抗XL=ωL，曲線②為補償電容容抗Xc=1/ωc，曲線③為電抗器與電容器串聯后的阻抗Xo，fo為此諧振電路的諧振頻率，此處阻抗為零。由諧振條XL=Xc可得到f0=fe/2P，其中fe為系統額定頻率，P為電抗率。其中f0應低于電路中含量較多的最低次諧波。串聯諧振電路對于高于f0的諧波呈感性，消除了諧振現象。對于遠低于f0的基波呈容性，起到電容補償作用。

（2）應用分析。由負荷類型統計可知，工廠配電系統的非線性負荷產生的諧波主要為3次（150Hz）及5次（250Hz）諧波。如圖2所示，取電抗率P為12.5%，使fo=141Hz，得到曲線①，可見此曲線對于3次諧波呈現低阻抗，大量的3次諧波電流被它吸收。但此曲線對于5次諧波則呈現高阻抗，使其對于5次諧波的吸收幾乎為零。另取電抗率P為4.5%，使fo=236Hz，得到曲線②，此曲線對于5次諧波呈現低阻抗，兩條曲線相結合有效地抑制了3次及5次諧波。可見選用雙電抗系數（12.5%+4.5%）的非調諧濾波設備，對于工廠這樣主要以3、5次諧波為主的低壓配電網絡在技術上是可行的。將兩種電抗系數的電抗分別與步長一半容量的電容串聯，即12.5%電抗器+15 kvar電容與4.5%電抗器+15kvar電容作為一組（設電容步長為30kvar），在補償系統內根據負荷的變化情況，將若干組分組輪換投切。這樣帶電抗器的電容補償系統，既可實現提高功率因素的功能，又可發揮抑制諧波、凈化電網的功能。

3.4.2適當加大低壓電纜及低壓柜中母排的中性線。

工廠變配電室電容補償使用帶電抗器的補償裝置后，可以使變壓器的損耗減少，提高變壓器利用率，但低壓配電系統內為非線性負荷配電的電纜及低壓柜母排的中性線中還是有大量諧波電流的。

為了防止中性線過熱而引發事故，應適當加大中性線截面。例如給氣體放電燈供電的照明回路，在三相負荷分配平衡時，中性線截面與相線截面相同；在三相負荷分配不平衡時，為滿足中性線負荷在不過載的情況下運行，中性線截面可能會比相線截面大一級。對于為非線性負荷供電的電纜，其中性線截面宜與相線相等，或是選擇大一級的電纜。

4.結語

節約能源、降低損耗是企業實現可持續發展的前提和關鍵，也是企業不可推卸的社會責任。本文從工廠配電系統電能損耗的幾個方面進行了分析，就如何降低損耗，提高工廠配電系統的利用率，并結合合作工廠的具體情況進行了闡述，事實證明，本文提出的方法切實可行。

參考文獻：

[1]電力電纜線路設計施工手冊.北京：中國電力出版社，2007.

[2]高壓并聯電容器無功補償實用技術.北京：中國電力出版社，2006.

[3]線損管理手冊.北京：中國電力出版社，2007.

[4]配電系統故障處理自動化技術.北京：中國電力出版社，2006.

[5]劉介才.工廠供電.北京：機械工業出版社，2009.