我國供用電系統的技術改造節約電能分析

范婷霞 杜亞靜

國網冀北電力有限公司管理培訓中心 北京 102401

摘要：電能是生產和生活中的主要能源，在經濟發展中不可替代，并且工業生產的用電量在國民經濟的用電量中占據70%的比例，因此要采取經濟上合理、技術上可行的電力節約措施，有效解決供用電系統中的電能浪費。

關鍵詞：供用電系統；技術改造；節約電能

一、引言

能源既是實現經濟發展的基礎，又是阻礙經濟發展的因素，在經濟發展中扮演著雙刃劍的角色。由于我國是人口大國和能源大國，人均的資源占有量較低，主要表現為用電緊張。在這種用電緊張的大環境下，節約能源和低碳生活順勢而生，因此我國要不斷提高能源的利用率，并把能源節約作為社會發展的重點項目。目前，我國能源的使用中，工業生產的用電量占70%，因此電能節約中首先要對工業生產進行節能改造。

電能屬于二次能源，在利用電能時一般只消耗一次能源的30%。電能的利用率是指消耗的電能總量和利用的電能總量之比。消耗電能總量和利用電能總量的差值是損耗的電能，電能損耗主要有管理損耗和設備損耗兩種。管理損耗的增加形式表現在管理不完善、操作工藝較低、工序不協調、參數不合理等。設備損耗的增加形式表現在設備性能較差、電能的傳遞次數和轉換次數較多、設備的效率低等。在供用電系統中，電能損耗主要表現為變壓器對電能的損耗和線路對電能的損耗。

二、供用電系統

供用電系統是指發電、輸電、變電、配電、用電的系統和設備在供電過程中，根據技術需要和經濟需要，把能源轉成電能，再把電能輸送給用戶的控制系統。（一）供用電系統的設計標準

①保證用電的安全可靠，例如：人員安全、設備安全、供電不間斷；

②電能提供合格，頻率控制在0.2——0.5HZ之間，電壓控制在7%——10%之間，諧波含量符合國家規定標準；

③供用電系統的運行要遵循經濟性原則，并不斷進行技術更新和設備更新，實現降耗節能；

④供電要環保，供電過程中排放的噪音、電磁輻射、三廢等要符合規定標準。

（二）供用電系統節能設計的標準

1、節能設計供用電系統

①變配電所的位置要和負荷中心接近，通過配電半徑的縮短，來降低線路的電能損耗。

②對變壓器數量和變壓器容量進行合理選擇，使變壓器適應季節性產生的負荷變化，并實現變壓器的靈活投切，通過輕載運行的減少，來降低電能損耗和實現經濟運行。

2、減少線路的電能損耗

線路電阻的計算公式是r=pl/s，也就是線路電阻和導線的長度l，以及導線的電阻率p之間形成正比，而和導線的截面s之間形成反比。根據線路電阻的計算公式，可以從以下方面減少線路電阻：

①選擇電阻率小的導線，例如：銅芯導線的電阻率較小，鋁線次之。

②線路設計中少走彎路、多走直線，并且低壓配電中線路的設計要盡量少走回頭路，最好不走回頭路。

③加大線截面積和減小線路電阻。

三、供用電系統的節能改造

（一）科學管理供用電系統

1、建立能源管理系統

建立系統的能源管理和制定科學的管理制度，使供用電系統提高能源管理效率。能源管理過程中，不僅要加強能源使用的環節管理，還要加強供用電系統工作人員的責任意識，使每位工作人員積極參與電能節約，并積極落實節能工作。

確保供用電系統要有計劃的進行電力供用，根據用電的實際情況，對供用電的時間進行有效調整。由于供用電系統在高峰期一般是高負荷運行，供電能力有所降低，因此要了解用電規律，合理安排供用電時間。

2、加強人員管理

加強設備管理首先要加強工作人員管理，畢竟工作人員是把設備管理有效落實的重要因素。設備管理主要包括設備檢修和設備保養。例如：電動機檢修中，通過減小定子和轉子的摩擦實現電能節約；檢查設備的接頭是否接觸良好、檢查設備是否散熱正常等。設備的運行不正常現象不僅會造成設備不安全，損壞設備，還會嚴重耗能，因此要加強設備管理，并把設備管理落實到具體的工作人員頭上，通過責任制加強設備管理。

（二）科學改造供用電系統

1、更新先進設備

供用電的設備要隨著科學技術的發展不斷更新，在設備更新中要有意識、有目的的進行更新，例如：高壓斷路器的更新。高壓斷路器承擔著負荷電流合關、線路重合閘、故障電流開斷的功能，在電網系統中屬于重要的高壓設備，并且高壓斷路器的性能直接影響著電網安全。在6～10kV的配電網絡中，一般使用的高壓斷路器是SN型的少油斷路器，這種高壓斷路器的分閘時間長、遮斷容量小、維護量大，不僅不能進行頻繁的操作，還會潛藏火災隱患和爆炸隱患。隨著科學技術的發展，使用ZN型的真空斷路器取代SN型的少油斷路器是供電網系統的發展趨勢。

在更新設備中，要保留斷路器的操動機構和傳動，更新斷路器的本體，這就需要使CD型的電磁機構和ZN型的真空斷路器相互配合。而CD型的電磁機構由于關合功能較大，可以有效滿足SN型的少油斷路器需要高關合的要求。在對傳動機構的主拐臂進行轉角減小時，要根據傳動機構和斷路器的主拐臂來選擇比例，在1.2：1的比例下，把傳動機構和斷路器兩者主拐臂的垂直距離進行相應縮短，并且對斷路器的分閘彈簧長度進行相應調整，從而使斷路器本體的合閘速度符合真空斷路器的關合需求。這種技術改造能降低斷路器的機械振動和機械應力，能減小波紋管沖擊和提高波紋管壽命，能減輕觸頭熔焊和減小觸頭彈跳。

2、淘汰低效率設備

淘汰供用電系統中效率較低的設備，用效率較高的設備代替效率較低的設備。例如：和熱軋硅鋼片變壓器相比較，冷軋硅鋼片變壓器的空載損耗要比前者小一倍。在變壓器都是1000kVA時，冷軋硅鋼片SL7型的變壓器，其空載損耗是1.8kW，而熱軋硅鋼片SL7型的變壓器，其空載損耗是3.9kW。當把SL7型的變壓器更新為SJL型的變壓器時，變壓器在一年中空載損耗的節約電能如下：（3.9-1.8）kW×8760h=18396kW.h。由此可見，用效率低的設備代替效率高的設備，其電能節約的經濟效益十分顯著，因此，在供用電系統中要大量使用電能節約效果更好的S9型變壓器和S11型變壓器。.

改造或者更新高耗能低效率的產品，使用節能設備。節能設備的經濟效益非常顯著，例如：10000萬個家庭中，假設每個家庭都使用節能燈，每天平均亮4h，那么一年可省電（60-9）×10‐ 3kW×4h×365×10000×104≈7.45×109 kW·h（74.5億kW·h），如果每千瓦時的電價是0.56元人民幣，一年中可省41.7億元人民幣。

3、維修保養設備

新的供電設備投入使用后，要在使用一年內進行預試和小范圍的維修，待檢查指標合格和運行穩定之后，才把供電設備轉入預試周期和正常檢修。在檢修供用電設備的過程中，檢修的周期表不僅要對應檢修設備的質量報告和質量驗收，還要把周期表根據時間和地點進行分類，并裝訂成冊，以備日后檔案調查。在對供用電設備檢修試驗的內容進行設置時，要建立和健全各項設備檢修試驗的數據趨勢圖，依照變化的趨勢和規律，分析供用電設備的試驗數據，例如：短路阻抗、油色譜、繞組絕緣的電阻、油檢化等數據趨勢，如果發現試驗數據有異常，要及時進行維修，并進行設備維修的動態跟蹤。

（三）技術改造供用電系統

1、改造供用電系統

對供用電系統中不合理的地方進行技術改造，通過降低設備線路的電能損耗來節約電能。例如：把小截面的導線改造成大截面的導線；把迂回的配電線路改造成直線的配電線路；更新漏電和絕緣破損的導線；在經濟指標和技術指標合理的基礎上，升壓配電系統；把變配電所的所址進行改造，通過變壓器的分散裝置，使變壓器和負荷中心更接近，從而降低線路的電能損耗等。這些技術改造的措施都可以有效降低電能損耗，實現電能節約的良好效果。

把大耗能的供電設備進行技術改造，例如：1000kVA的變壓器，在技術改造前使用的是熱軋硅的鋼片鐵心，其空載損耗是6.5kW，技術改造后使用的是冷軋硅的鋼片鐵心，其空載損耗是2.5kW，由于進行技術改造后，變壓器在一年中可以節約如下電能：（6.5-2.5）kW×8760h=35000kW.h。在交流弧焊機上安裝自停裝置，由于技術改造，交流弧焊機在一年可以節約1000kW.h的有功電能和3500kvar的無功電能，大大提高了設備的功率因數。根據上述舉例，可以發現對設備進行技術改造可以節約大量電能。

2、降低電網損耗

電網損耗是輸電網絡和配電網絡電量損耗的總稱，主要包括技術損耗和管理損耗。技術損耗是電網中元件電能的損耗，主要有固定損耗和可變損耗兩種形式；管理損耗是人為因素和管理因素造成的線路損耗，可以通過管理的加強有效避免管理損耗。高壓配電網絡一般使用環形供電模式，環形供電主要有兩種方式，一種是所有斷路器閉合的閉環運行；另一種是開環運行，也就是說斷路器QF1、QF4、QF5、QF8是閉合的，斷路器QF2、QF3、QF6、QF7是斷開的。正常情況下開環運行時，負荷從一個電源處受電，由于某個電源因故障切除，例如：1T故障和QF1跳閘時，斷路器QF3合上，而負荷從電源3T處送電，獲得備用電源。由此可見，變壓器和線路要考慮備用容量。正常情況下閉環運行時，負荷從多個方向受電，這樣不僅可以有效加強供電的可靠性和良好優化電能的質量，還能減少備用容量和降低電網損耗。

降低電網損耗，可以在降低電費和提高效益的同時，使配電設備的供電能力得到充分發揮，并且還能促進環境保護、資源優化、能源利用。例如：最大負荷500萬kW的電力系統中，當有功損耗占比15%，損耗的有功率是75萬kW；當年最大負荷的利用時間是4000h，年損耗的電能是30億kW·h，如果每千瓦時的電價是0.56元人民幣，一年可節省16.8億元人民幣。由此可見，降低電網損耗是提高經濟效益的運行方式。

3、改進變壓器供電

目前，我國供電系統中的電壓器主要是10kV類型和35kV類型兩種，變壓器的容量為10億kVA。由于變壓器的容量大、運行時間長，在選擇和使用變壓器的過程中，蘊藏著的巨大的節能空間，因此要對供電系統的設備進行合理選擇和合理搭配，在降低變壓器電力消耗的同時，減少運行成本，從而使能源節約和經濟發展兼顧統一。陳舊和破壞的變壓器在供電系統中較為普遍，由于沒有跟上科學技術的發展，導致電能損耗和資源浪費嚴重，因此要進一步改造變壓器，并開發變壓器巨大的節能空間，在供用電系統中用節能型變壓器取代耗能型變壓器。

（四）提高設備的電能利用

1、合理選擇設備容量

對供用電設備的容量進行合理選擇，使設備能夠充分發揮潛力。功率因數是對供用電設備的使用狀況和電能利用程序進行衡量的代表性指標，要提高設備的功率因數，可以通過提高設備的使用率和負荷率，來降低設備的電能損耗。在不添加補償設備的基礎上，提高設備的功率因數，例如：在電力變壓器的運行中，合理選用變壓器容量，使電力變壓器和經濟運行狀態相接近。如果變壓器負荷較低，就根據經濟運行的條件，更換容量小的變壓器。電容器的電路和線路的電感、電阻之間形成了R-L-C的串聯電路，而串聯電路和諧波電流之間出現諧振，會導致諧波放大。要有效選擇設備容量，就要考慮以下方面：

①在電力變壓器和感應電動機的合理選擇中，有效防止設備的低負荷運行；

②同步運行繞線型的感應電動機；

③用容量相等的同步電動機取代感應電動機；

④把感應電動機的繞組結線進行合理改變，例如：把由聯改造成為聯；

⑤對低效率的設備更新和改造，進行經濟分析和技術分析，使用能耗低、效率高的設備取代耗能高、效率低的設備。

2、使用無功補償的設備

國家提高功率因數的標準中，規定企業要提高設備的功率因數，通過安裝無功補償的設備，使功率因數至少提高到0.9（一般規定cosФ≥0.9）。根據P=UIcosФ的公式，P和U不變時，提高cosФ可以減小線路I，實現電能節約。如果提高設備負荷率和降低無功率消耗后，cosФ仍然不能滿足規定要求，則要使用無功補償的設備，并提高功率因數cosФ。

無功補償的設備有并聯電容器和同步補償機兩種。并聯電容器是專門改善功率因數的，其安裝簡便、組裝靈活、維護便捷、擴建方便、功損較小。同步補償機是對勵磁電流進行調節的設備，可以補償無功功率。工廠生產中要優先使用提高功率因數的并聯電容器。在工廠供用電系統中并聯電容器的裝設位置主要如下：

①高壓的集中補償。高壓的集中補償是指把高壓的電容器組在6～10kV的母線上進行集中裝設，這種集中補償的面比較小。

②低壓的集中補償。低壓的集中補償是指把低壓的電容器組在低壓母線上進行集中裝設，這種集中補償是對低壓母線上的無功功率進行補償，經濟性良好。

③就地補償。就地補償是指把補償的電容器組在需要無功補償的設備附近單獨裝設，這種就地補償對設備需要的無功功率進行單獨補償，補償效果顯著。

三種無功功率的補償方式，要根據具體情況進行選擇，選用最適宜無功補償和最經濟可行的方式。

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