摘要:目前城乡配电网节能改造面临不少难点,因此,需根据不同配网实际情况,选择适合本地配网降损的综合方案,以取得更高的社会效益和经济效益。作者分析了配电网络降低有功损耗的各种技术措施并提出了自己的建议。
关键词:电力;配电网;措施;建议;节能降耗
前言
在电力网的组成中,10kV供电线路是连接电力网和电力用户的桥梁。线路长度在电力网中占60%以上,其线损在电力网的总线损中占80%以上。由于电力网的线损主要是变压器损耗和线路损耗,所以配电网的降损节能,也就是对电网中所有的变压器和电力线路进行优化和节能降耗。
1 降低变压器损耗
在电力系统中,变压器是生产过程中的主要设备。一般来说,从发电、供电一直到用电,需要经过三至五次变压器的变压过程,特别是配电变压器,其数量多、容量大,总损耗很大。据有关资料,在10kV线路的损耗中配电变压器的损耗占80%以上,10kV线路的损失不到20%。因此,配电变压器的损耗是配电网损耗的主要组成部分,降低配电变压器损耗对于降低整个配电网的损耗效果非常明显。降低配电变压器损耗的主要方法有:使用低损耗的新型变压器、合理配置配电变压器容量等。在整个配电网所装接的变压器中,尤以用户所安装的配电变压器台数多且总量大;因此,配电变压器的节能是用户及设计者首先应注意的课题。
1.1 合理调整运行电压
1.1.1 通过调整变压器调压分接头、在母线上投切电力电容器等手段,在保证电压质量的基础上适度地调整运行电压。因有功损耗与电压的平方成正比关系,所以合理调整运行电压可以达到降损效果。
1.1.2 自动调压器(SVR)是一种可以自动跟踪输入电压变化而保证恒定输出电压的三相自耦式变压器,它可以在20%的范围内对输入电压进行自动调节。自动调压器(SVR)能够在资金不足的情况下,投资较少的资金,改善用户电压质量,获得较大的效益,自动调压器和自动无功补偿装置配合使用,能够达到降损的目的,提高企业经济效益。
1.1.3 由于自动调压器这一新设备目前还未得到广泛的认识,在选择和使用维护中存在一些不当的地方,例如,调压范围不符合实际、安装地点不合适以及运行维护不到位等。需要制造厂家定期回访,征求使用单位意见,及时处理使用中出现新问题。
1.2 平衡三相负荷
如果三相负荷不平衡,会增加线路、配电变压器的损耗。
1.2.1 变压器的损耗包括空载损耗和负荷损耗 正常情况下变压器运行电压基本不变,即空载损耗是一个恒量。而负荷损耗则随变压器运行负荷的变化而变化,且与负荷电流的平方成正比。当三相负荷不平衡时,变压器的负荷损耗可看成3只单相变压器的负荷损耗之和。当三相负荷达到平衡时,变压器的损耗最小;当变压器处于三相负荷最大不平衡运行状态时的变损是处于平衡时的3倍。因此调整台区三相负荷分配,使其达到平衡,是降低变压器损耗的一个重要的措施。
1.2.2 变压器三相负荷不平衡将增加高压线路损耗。低压侧三相负荷平衡时,高压侧也平衡;低压电网三相负荷不平衡也将反映到高压侧,在最大不平衡时,高压线路上电能损耗将增加约12.5%。电力变压器运行规程规定,配电变压器出口处的电流不平衡度不大于10,干线及分支线首端的电流不平衡度不大于20%,中性线的电流不超过额定电流的25%。这是由于在配电系统中,有的相电流较大,有的相电流接近甚至超过额定电流,使得变压器三相负荷出现不平衡,导致线损大幅增加并影响到供电安全性。改善三相负荷不平衡的方法:一是定期测量三相接线户的负载,检查三相负荷是否平衡,如不平衡,应及时调整;二是3组单相接户线,应尽量虫一根电杆上分别从U、V、w三相引下,以减少中性线电流;三是减少单相接户线的总长,如线路较长,应重新架设三相四线制线路;四是在单相接户线回路中,如果功率因数较低,应加装低压电容器;五是在配电室或大电力用户内加装三相断相保护,使任一导线断线、或任一保险器熔断时,能及时发出信号或功断电源,及时消除故障。
1.3 推广节能变压器
非晶合金变压器节能效果明显,比普通S9型硅钢片变压器的空载损耗降低80%左右,且对输电系统无特殊要求,无论是电力使用高峰时时段或是低谷时段它都可连续节能, 长期处于负荷低时段或季节的城市电网和农村电网节能降耗效果尤为重要。由于非晶合金变压器相对于传统硅钢型变压器在其寿命期间持续节能效果十分明显。因此,国家和各地电网公司对使用非晶合金变压器的认识已趋于统一,并正加大对非晶合金变压器的推广力度。目前,我国每年新增配电变压器5O～60万台,配电网每年更新变压器35万台。根据测算,至2010年,如果10KV的配电变压器改用非晶材料,我国对非晶合金带材的需求量将高达6.5×10t以上。
目前国内已经开发出各种节能型变压器,主要是显著降低了变压器的空载损耗,但因其造价比传统配电变压器高出30%～80%,而将健康的高能耗配电变压器更换为节能变压器的经济回收期一般达到20年左右。因此,出于经济成本的考虑,无论是专变用户还是供电企业,要放弃现在尚能运行的S7、D9系列改用S11、S13等系列的配电变压器的主观愿望基本上是没有的,这在很大程度上影响了配电变压器节能降耗改造工作的进度。
1.4 开展无功补偿
1.4.1 10kV供电线路损耗大的主要原因是线路的功率因数低,由于供电线路点多、线长、面广、负荷季节性强,加之大马拉小车等多种因素,致使功率因数有的竟低于0.4以下。由于线路损耗同功率因数的平方成反比,故提高功率因数对于降低线路损耗的效果特别显著。实践证明,在受电端加装电力电容器是提高功率因数降损节电的行之有效的方法。在加装电力电容器时还要使无功分散补偿、就地平衡,使无功补偿更接近于负荷末端,从而把电能损耗降到最低限度。
1.4.2 在对l0kV线路进行无功补偿时,主要是对配电变压器进行补偿。由于变压器的空载电流一般占其额定电流的10%左右,功率因数为0.2左右,故按变压器容量的10%进行补偿,就能将空载时的功率因数提高到0.8以上,在降损节电方面的效果十分显著。
1.4.3 10kV配电线路存在电压过低或偏高问题,其原因除了配电网结构不合理和导线过细外,主要是无功功率不足或过剩。系统的无功功率对电压影响极大,无功功率不足,将引起电网电压下降,而无功过剩将引起电网电压偏高。在电网运行中,因大量非线性负载的投运,它们除要消耗有功功率外,还要消耗一定的无功功率,负荷电流通过线路、变压器将会产生功率与电能损耗。要维持整个系统的电压水平,就必需有足够的无功补偿容量,实行无功分区分压就是平衡,同时要求有足够的无功调节能力,在允许的电压偏差范围内,采用调压与补偿电容器相结合的措施,实现高峰负荷时较高电压运行和低谷负荷时较低电压运行的逆调压要求。
1.4.4 l0kV柱上无功自动补偿装置中设置了完善的保护功能,以控制各种故障的发生,更好地提高功率因数、降低电能损失、减少设备损坏,提高电网的可靠性。当无功补偿系统处于独立工作状态时,补偿点的选取直接影响到补偿效果。尤其在距离较长的线路上进行集中补偿,如农电网线路,补偿点的影响更加明显。一些距离很长或带有特殊负荷的线路(如电气化铁路的机车牵引电力线)为保证补偿效果,往往在一条线路上安装多台补偿设备。
2 降低导线损耗
l0kV配电线路的实际线损包括技术线损和管理线损二部分。技术线损主要是指供电企业从进网的关口电能表到客户的终端贸易结算电能表之间输、变、酏电过程中所产生的电能损失,主要是由电流通过导线电阻产生的热损失、变压器在运行过程中铁心产生的铁损等组成。管理线损是指供电企业在安全生产、合理调度及市场营销过程中造成的电能损失,如计量设备误差以及抄表核算过程中漏抄、错抄、错算及窃电等产生的损失。线损率指标是一个综合性的指标,它的高低反映出企业的技术、设备和管理等多方面的水平。降低线损不但直接提高了企业的经济效益,而且可增加对用户的供电量,有一定的社会效益。
2.1 合理选择导线截面线路的能量损耗同导线的电阻成正比,增大导线截面可以减少能量损耗。在满足载流量、保证电压质量的前提下,应按经济电流密度选择导线截面。根据对线路理论线损的计算实例发现,l0kV线路线损主要发生在主干线的前1～2段上,低压线损主要发生在大负荷的回路上。所以对电流较大的回路一定要注意供电距离尽量短,线径适当增大。
2.2 合理布局网络结构
在供出同样负荷功率的前提下,供电半径越小出线越多,线损越低。电源设在负荷中心(负荷中心是指负荷矩即输送容量与输送距离的乘积的中心,不是负荷位置的中心,计算负荷中心时应使负荷中心两端的负荷矩相等),在网络总电阻相等、供电容量相同的条件下,分支线越多损耗越小,而且损耗随分支线平方在下降。所以应尽量避免向单侧供电,同时从规划方面考虑,提倡三侧或四侧出线供电为主,因为太多出线也会增加投资和维修工作量。在城乡配电网中还存在着一些迂回供电情况,应尽快加以整改,以减少由于供电方式不合理造成的网络损失。
3 结束语
城市配电网是电力系统能量损耗的主体部分,实现配电网的节能降耗是“十一五”期间我国的GDP能耗要比“十五”期间降低20%的重要组成部分,将对供电企业提高经济效益、实现目标利润起着举足轻重的作用。
参考文献
[1]汤丹菁.配电网节能降损的研究.能源工程.2009-06-20.