节能供热水系统的制作

节能供热水系统的制作（精选八篇）

节能供热水系统的制作 篇1

1 供配电系统能耗

建筑物供配电系统能耗主要包括供配电线路、变压器的能耗。

1.1 供配电线路的能耗

供配电线损由以下几部分构成:1) 各级降压变压器损耗;2) 高、低压架空线损;3) 电缆线路的线损;4) 各用电设备配电线路的线损;5) 汇流排、高、低压开关柜、隔离开关、电力电容器及各种仪表元件等损耗。输电线路的导线每相电阻为R (Ω) , 则三相输电线路的功率损耗为:ΔP=3I2 R×10-3=P2 R/U2 cos2φ×10-3 (1) 式中:ΔP———三相输电线路的功率损耗, k W;P——电力线路输送的有功功率, k W;U———线电压, V;I———线电流, I;cosφ———电力线路的功率因数。

由式 (1) 可知, 线损的功率损耗 (ΔP) 受输电线路的负荷功率 (P) 、电阻 (R) 、设备端电压 (U) 、功率因数等影响。因此, 减少线损的措施可针对上述几个方面。

1.2 变压器损耗

变压器包括有功功率损耗和无功功率损耗两个部分。

1.2.1 变压器的有功损耗

包括铁损和铜损。铁损又称空载损耗, 其值与铁芯材料有关, 与负荷大小无关;铜损与负荷电流平方成正比, 负载电流为额定值的铜损又称短路损耗, 变压器的有功损耗可用下式计算:

ΔPb=P0+β2Pk (2) 式中:ΔPb———变压器有功功率损耗, k W;P0———变压器空载有功损耗, k W;Pk———变压器短路有功损耗, k W;β———变压器负荷率, %。

1.2.2 变压器的无功损耗

由两部分组成, 一部分是由空载电流造成的损耗Q0, 其值与铁芯有关, 与负荷大小无关, 可用下式求取:Q0=I0%SN/100 (3) 式中:I0%———空载电流百分数;SN———变压器额定容量, k VA。另一部分是一、二次绕组的漏磁电抗损耗, 其大小与负荷电流平方成正比, 又称变压器无功漏磁损耗Qk, 可用下式求取:Qk=uk%SN/100 (4) 式中:uk%———变压器阻抗电压。变压器总的无功损耗按下式计算:ΔQb=Q0+β2Qk (5) 式中:ΔQb———变压器无功功率损耗, kvar。

2 供配电系统设计中实现节能的方法和技术措施

2.1 配电系统节能设计

在工程设计中, 变电所的中心位置应尽量接近负荷中心, 同时还要兼顾电源的进出线方向。实际上对多数用户来说, 至少从有色金属消耗量及线路功率损失这两个原则出发选择变电站的位置, 得出的结果才能使用户在一次性投资、节能降耗及设施维护管理等方面产生直接的经济效益。根据负荷容量、供电距离及分布、用电设备的特点等因素合理设计供配电系统, 使系统尽量简单可靠, 操作方便, 变配电所应尽量靠近负荷中心, 以缩短配电半径, 减少线路损耗。根据规程规定, 要求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%, 这是因为在配电系统中, 有的相电流较小, 有的相电流接近甚至超过额定电流, 这种情况下, 不仅影响变压器的安全经济运行, 影响供电质量, 而且会成倍增加线损。在设计中应尽可能减小三相不平衡度。

2.2 减少线损节能设计

1) 配电干线在满足设计用电容量要求的情况下, 采取最优化的双电缆并联运行方案, 载流量提高25%。输送电流每安培*米造价反而降低14.1%。因此, 采用并列运行方案, 不仅安全可靠性提高一倍 (双电缆在紧急情况下可互为备用) , 而且符合设计容量, 同时每输送单位电流负荷, 用户的投资反而有较大下降, 性能却有所提高 (视容量大小不同, 投资幅度也不同, 工程中实际最大降幅高达34%;而输送功率反而提高15%~33%左右) 。尽量选用电阻率ρ较小的导线, 如铜芯导线较佳, 铝线次之。2) 尽可能减少导线长度, 在设计中线路应尽量走直线, 另外在低压配电中尽可能不走或少走回头路。3) 增大导线的截面积, 对于较长的线路, 在满足载流量、热稳定、保护配合及电压降要求的前提下, 在选定导线截面时加大一级线截面。尽管这样增加了线路费用, 但由于节约能耗而减少了年运行费用, 综合考虑节能, 增大导线截面积的投资还是值得的。

2.3 变压器节能设计

变压器节能的实质就是降低损耗, 提高运行效率。

2.3.1 正确选择变压器的容量和数量

设计中应根据负荷情况, 综合考虑投资和年运行费用, 合理分配负荷, 力求三相负荷平衡, 正确选择容量与负荷相匹配的变压器, 且变压器主接线设计应能在负荷变化时, 按经济运行原则灵活投切, 使其工作在高效区内。对停产后仍不能停电的负荷, 宜采用专用变压器。如大型厂房宜对照明负荷设置照明专用变压器。对分期投产负荷, 宜采用多台变压器方案, 避免轻载运行增大损耗。

2.3.2 选用节能型变压器

由式 (3) ~ (6) 可知, 变压器的参数P0、Pk、I0、Uk、能直接反映变压器空载和运行状态的损耗大小。在变压器选择时, 通过分类比较, 合理选择上述参数, 使用低损耗变压器, 可以实现节能。低损耗电力变压器选用高导磁的优质冷轧晶粒取向硅钢片和先进工艺制造, 具有低能耗、质量轻、效率高、抗冲击等优点, 其有应用广泛, 在节电和降低运行费用方面, 有着显著效果。

2.3.3 更多地选用D, yn11接线的变压器

民用建筑的照明单相荷较多, 加上电子镇流器、可控硅的大量使用, 三次谐波和三相不平衡的问题比较严重。而D, yn11接线变压器可用于:1) 三相不平衡负荷超过变压器每相额定功率15%;2) 需要提高单相短路电流值, 确保低压单相接地保护装置动作灵敏度;3) 需要限制三次谐波含量。

3 结语

降低损耗, 节约能源具有重大意义, 应引起人们的足够重视。除了从设计的角度采取节能措施外, 还可以通过加强用电管理, 合理的用电调度, 以及日常生活中节约用电等方面来达到用电节能的效果。

参考文献

[1]全国民用建筑工程设计技术措施电气/建设部工程质量安全监督与行业发展司, 中国建筑标准设计研究所编.-北京:中国计划出版社.2003.

高层建筑供配电系统节能设计探讨 篇2

【摘 要】高层建筑的结构比较复杂，高层建筑功能要求是要有完整的供应和分配系统，这些都需要在电气设计的内容中体现。本文从节能的角度，对变压器、照明系统、动力设备系统等功能单元进行了分析，并提出节能设计的方向，建议应该满足基本的使用条件下，重点使用新设计、新材料在高层建筑的供配电系统设计中进行应用。

【关键词】高层建筑；供配电系统；节能；设计；探讨

0.引言

高层建筑有很多电力设备、电气设备、复杂的照明系统和消防系统，对电气功能要求比较高。笔者结合自身经验，认为建筑节能这一紧急任务，应该在设计阶段就引起重点关注，在高层建筑的电气节能设计应遵循以下三个原则：

（1）应满足建筑物的电气功能。比如通风和空气调节系统，能够提供一个舒适的温度和适当的新鲜空气；电梯系统要做到运输的流畅运行；还要在有特殊需要的时候，如娱乐、展馆的照明和动力用电时保证电力电气设施的正常使用。

（2）应考虑实际经济效益。综合建筑运行长远的考虑，在操作过程中降低维护成本，提高投资收益率等，争取尽快回笼资金，还要使用节能措施，节约运行成本。

（3）综合建筑电气设计复杂，要求很高，从长期考虑开始实施节能，做到经济、合理的原则，采用国家最先进的技术和材料，仔细斟酌、仔细考虑具体的设计细节。

总之，要做好电气节能设计，就要通过详细的计算，利用设计分析，选择合理的电气设备，尽可能的让新材料、新技术得到了推广。在本文中，笔者以自己的实际工作经验，通过对高等建筑的电气设计研究，对供配电系统节能设计进行探讨。

1.选择适合的变压器进行节能设计

对变压器的选择，要进行高层建筑的电气设计， 通过参考电力负荷曲线详细地计算后确定设计的方法。

1.1变压器的类型选择

变压器的类型建议选取采用最新的非晶态磁性节能材料的非晶合金铁心变压器，可以有效降低空载电流，提高了功率因数， 降低了电网线损， 改善了电网的供电质量， 使空载损耗降低。

1.2变压器的容量选择

为了使变压器负载率接近最佳值，通过对多种变压器容量的比较，变压器的负荷率在50%左右时效率最高，在实际应用中，通常变压器负荷率在65%-80% 比较合适。因此， 在设计时就需要采取系数取值更趋合理， 符合节能的目的变压器。

1.3供电方式的最优选择

高层建筑对供电的可靠性有更高的要求， 采用除市电电源外的柴油发电机组供电是必备的设计要求。但是在设计供电方式时， 还要针对具体的情况来确定，以达到最好的节能效果。从长远节能和满足使用功能的角度分析，一般采用发电机组不设专用的母线， 和变压器共用一条母线方式是最优选择。

2.对照明系统进行节能设计

按照国家有关建筑物的照明量要求，照明系统的节能措施是评估建筑照明设计是否合理的一个重要指标。通常照明系统节能设计从充分利用自然光源和合理确定照明方式两方面进行。

2.1充分利用自然光源

照明控制系统除了在灯具上采取节能照明外，应最大限度地利用自然光，提高自然光的利用率，还要利用太阳能设备进行能源转换，节约能源。在没有自然光的情况下，就要考虑使用高效节能的灯具，即使初期购买灯具价格相对高一点，但是从节能的长远考虑，还是很有必要的。

2.2合理确定照明方式

室内照明可采取技术措施，以完成预定的低功率照明的功能，减少照明的损失。通常采取以下措施：使用适当的高反射系数完成，增加亮度；限制照明范围，由于照明范围的大小，可以极大地影响面照度，所以使用不同方向，不同用途的房间分区，合理安排照明。例如一般办公室可以使用高强度节能照明灯；走廊楼梯间灯，可以使用智能感应灯等。

3.对动力设备进行节能设计

在综合性建筑中，水泵和风机占能耗占近三分之一的总能耗， 因此对风机和水泵采取节能措施是十分必要的。

3.1变频调速的节能原理

电机速度被认为是影响电力设备能源效率的关键。例如，水泵的速度主要是由于减速的问题，按照风机的运行定律，流体流动的速度与转速是成正比例的，当转速降低时，电动机的功率会大幅度下降，可以看出速率对其功率频率控制节能效果很明显。如果流速降低一定量，相对应的转速也会降低相同的量，这时候，压力就会下降很多，电源的电极功率也大幅度下降，实现了非常显著的节省能源的效果。目前，变频技术应用于风机、水泵的设备驱动程序已经取得了显着的节能效果，是一种理想的方式，即节约了能源，也提高设备使用效率，大大降低了设备的维护和维修成本。

3.2通风空调系统

空调系统在现代建筑中的工作的性质是必要的设备，要求以满足建筑物内的温度控制和通风功能为目标。在考虑节约能源的前提下，通风和空调系统的设计要满足室内舒适度。在改变室内的温度和湿度条件下，根据需要采取最小通风换气系统，在冬季和夏季，利用仪器来检测室温成分进行过渡季节使用。在确定通风量的大小后，合理布置通风和空气调节设备的安装位置，以减少系统的阻力，使用智能控制系统，使通风和空调系统运行实现经济节约最大化，实现最大的节能效果。

4.结语

由于高层建筑结构复杂，线路和电气设备的数量很多，所以对电气节能进行设计是必要的。综上所述，笔者认为可以从以下几个方面进行设计：

4.1从设计方法上进行设计

从设计的角度，通过精确的计算，适当的估计，使整个电气系统在满足要求的前提下，不超过使用设计要求。

4.2从新技术方面进行设计

评估各部分的电气系统的初始投资和运营、维护成本的损失，尽可能引进新的和成熟的技术，并最终实现了节能降耗的目的。

4.3使用新材料进行节能

例如使用太阳能蓄电池进行照明电气使用等。

【参考文献】

[1]陈勇.关于高层建筑供配电系统设计的探讨[J].城市建设理论研究，2011（26）.

[2]黄南飞.高层建筑供配电系统节能设计技术要点探讨[J].科技与企业，2012（12）.

[3]何裕坤.高层建筑供配电系统节能设计技术要点探讨[J].城市建设理论研究，2012（07）.

[4]操龙先.高层建筑供配电系统及电气节能设计分析[J].城市建设理论研究，2012（01）.

[5]许宁.高层复杂建筑供配电节能设计要点探讨[J].城市建设理论研究，2012（10）.

企业供配电系统的节能问题初探 篇3

1.1 企业供配电系统节能的必要性

节约能源是我国一项基本的方针政策, 在进入到工业时代的时候, 随着大量的工厂和企业兴起, 我国电力能源的使用数值和使用范围急剧扩大, 工业的生产离不开机器零部件的工作, 在重大型的器械操作中一般会消耗大量的功率, 这样一来, 不仅会造成电力能源的损失, 还会对环境形成不利的后果, 影响社会的可持续发展。从宏观方面来说, 这不符合国家的科学发展观的要求, 也不符合节约能源的基本方针, 因此, 身为企业一定要重视供配电系统的节能问题, 明白供配电系统节能的重要意义, 按照国家的方针政策来发展经济, 拓展业务。从微观方面来说, 如果一个企业忽视供配电系统的节能问题, 那么就会对企业的成本形成一定的影响, 过大的工作功率不仅会减少器械的使用时间, 还会对器械造成冲击, 这样一来, 企业用于维修的成本便会不断上涨, 阻碍企业经济效益的发展, 因此, 企业不管是从自身来看还是从国家来看, 都要提高供配电系统节能意识, 明确节能的必要性, 为企业和国家的发展贡献自己的力量。

1.2 企业供配电系统节能的重要性

企业供配电系统的节能对于社会的发展具有多方面的积极意义:第一, 节约企业供电系统的电力能源有利于缓解电力供需之间的矛盾, 促进资源的合理利用, 防止浪费社会资源、能源的现象出现, 为电力缺乏地区提供需要的能源, 促进国家国计民生的发展, 减少国家的资源压力, 满足人民生产生活的要求。第二, 企业注重供配电系统的节能有利于积累社会财富, 增加社会总财富的数值[1], 企业如果能够合理地安排电能的使用, 避免能源的浪费, 这样一来就会降低重大型器械运行的工作功率, 减少功率的损耗, 延长机器的使用时间, 同时也降低了成本的费用, 提高企业的经济效益, 增加企业的经济利润, 从而增加社会总财富值。第三, 节能本身就是一项科学技术, 企业供配电系统节能有利于研发新的机器, 促进器械设备的革新, 激发新技术的诞生, 从而降低功率损耗, 提高企业的生产水平。

2 企业供配电系统节能的有效措施

节约企业电能的一般措施包括以下几种, 分别为电机节能、变频节能、照明系统的节能、制定合理的用电单耗定额并设立奖惩方法以及其他的改善措施。

2.1 电机节能

电机机组的转速和机器用电的能耗有着密不可分的关系, 尤其是风机和泵之类的设施极为显著。一般来说, 在工作生产中只能用阀门的开度来控制流量, 从而就会有大量的电能损失, 如果不通过阀门来控制, 只能通过电机调速来进行工作, 这样一来, 当工作中要求的流量减少的时候, 电动机的转数也就会降低, 最终能量的损耗也会得到不同程度的降低。

2.2 变频节能

变频节能的方法一般有两种, 第一种是软启动, 第二种是合理利用冗余, 具体来说如下。

(1) 软启动:所有的器械设备在起初启动的时候会产生大量的能源损耗, 在这种情况下, 我们就可以通过变频器来进行调度, 改变频率, 从而对启动时的电流进行一定程度的约束, 最后使得机器的启动电流小于电动机的额定电流。 (2) 合理利用冗余:变频器在调速的时候, 可以把节约的电能进行小面积的转换, 使电动机的输出轴功率发生不同程度的改变。当风机水泵类负荷属于平方转矩负荷时, 即转矩M与转速N的平方成正比, 其电动机轴上的输出功率与转速的三次方也成正比[2]。所以, 当电动机转速下降时, 电动机的功率损耗就会大幅度下降, 其所耗电量也就大为减少。

2.3 照明系统的节能

(1) 众周所知, 在企业中用电量最大的地方就是照明系统, 照明系统的用电直接关系着企业的用电, 所以我们要做好照明节能的工作。但是, 我们也要注意在节能的同时也要保证工厂的照明质量, 满足工厂工人的工作照明需要, 在此基础上来减少电能的损耗, 合理地使用电力资源。最近几年来, 由于白炽灯的发光率比较低, 大部分已经被新光源替代了, 在生产的过程中, 一般工厂的路灯照明设备使用高压钠灯, 办公场所使用节能灯, 这样的配合能够有效地降低能源的损耗, 从而达到企业供配电系统节能的要求和标准。 (2) 节能灯的附件--镇流器。传统的电感型镇流器耗电量比较大, 但是电感型镇流器的功率因数只有0.4~0.5, 达不到0.9的要求, 因此本身损耗的功率较大, 造成电能浪费。随着科技的发展, 现在的电子镇流器本身的功率损耗很低, 功率因数远远大于0.9, 用电量也较低。所以, 在照明系统中要加以借鉴和使用, 提倡电子镇流器的运用, 加大电子镇流器的宣传[3]。 (3) 智能型的照明节能遥控器:智能型的照明节能控制器具有很强的技术性、电子性, 除此之外, 它在研发的过程中还用到微处理器, 所以此节能遥控器的性能很高, 具有可编程序管理的功能, 还能根据实际情况改变降压的幅度和限压的大小。不仅如此, 智能型遥控器的控制模式有多种, 震动控、手控、光控等等, 通过多种的调控模式和控制功能从而达到节能的标志和要求。 (4) 三相均衡供电。在企业用电、照明系统的时候要注意把电均衡地分布在每项任务中, 从而使线的电压和电流的不平衡减少百分之二左右, 使三相电压能基本平衡, 以及将电网过高的电压值调到合理的范围, 给三相照明系统带来明显的节电效果[4], 如果三相供电不均衡就会使电流不对称, 从而增加用电量。

2.4 制定合理的用电单耗定额并设立奖惩方法

在企业管理中, 企业管理者可以依据以往的工作用电, 利用科学的计算方法计算出合理的用电单耗定额。除此之外, 企业要根据正常的工作经营状况, 并依据员工的表现设立合理的奖惩方法, 一旦制度出来, 每个人都要遵循并实践, 根据规定来进行奖惩。

2.5 其他的改善措施

除了上述用到的四种方法外, 我们还可以依据具体的情况运用合理措施去改善用电量, 如利用加装电容器来提高功率因素, 从而提高企业的经济效益等等。

摘要：电力能源是维持国民经济发展的重要能源, 直接影响着社会的生产和生活, 在整个国计民生中占据着重要的地位。为了促进资源能源的发展, 我国把节约能源作为一项基本方针, 并在此基础上提出了科学发展观和可持续发展的要求。因此, 企业在日后的发展中, 要提高供配电系统的节能意识, 降低大型器械的工作功率, 节约电能的使用, 提高企业的经济效益和社会效益。文章首先从企业供配电系统节能的必要性和重要性入手分析, 接着提出了一些企业供配电系统节能的有效措施, 以便为日后的工作提供借鉴和参考。

关键词：企业,供配电系统,节能,意义,措施

参考文献

[1]乔宝民.化工企业电气节能技术的应用分析[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2011, 12.

[2]赵亮.供配电系统节能相关要点分析[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2012, 22.

[3]陈新艺, 张茜媛.电气节能技术在工程设计中的研究与应用[J].中小企业管理与科技, 2011, 27.

论电力系统供配电的节能优化 篇4

1.1 供配电设计的内涵及设计原则

供配电设计是指在设计电能使用过程中, 为保证电能的高效使用, 合理、科学、具体地规划与设计电能供应与分配的过程。其包含的主要内容有:变压器的选择、导线与电缆的选择、无功功率的补偿、防雷与接地装置的设置与选择等。进行供配电设计的工作人员首先必须要具备专业的电力学知识和极强的实践经历, 其次必须在设计时综合保证系统的可操作性、完整性、可延续性、安全性、经济性等方面因素, 才能设计出高效、节能、可维护的实用系统。

1.2 电力系统供配电节能优化的意义

由于供配电系统对于企业的生产具有不可取代的作用, 因此无论从国家工业化发展层面还是企业自身发展层面, 电力系统的供配电节能优化都具有十分现实的意义与作用。从国家层面来看, 供配电系统节能化发展利于降低供配电系统的电能消耗, 能够有效调整中国电能供求之间的矛盾, 节约更多的电能用在更多的生产与运作之中。从企业和工厂自身发展的角度, 电力系统供配电的节能优化首先最直接的可以有效控制购电成本和用电费用;其次, 由于供配电系统的节能、方便化及其规范化节能标准相继提出, 企业也能够随之不断的优化其用电设备、改进其生产工艺, 进而促进企业产业结构的优化;最后供配电系统节能优化概念合理的运用到电力调度模式中也能对电网结构有一定的优化作用[1]。

2 影响电力系统供配电节能优化的因素

2.1 电压等级

电压等级是指根据电气系统总用电量的需求对其设计合理的额定电压级别。电力系统各点的实际运行电压允许在一定程度上偏离其额定电压, 在这一允许偏离范围内, 各种电力设备及电力系统本身仍然能正常运行。

2.2 变压器

配电变压器种类选择, 对于整个供配电系统的节能尤为重要。配电变压器运行过程中的空载损耗 (铁损) 主要发生在变压器铁心叠片内部, 是由于交变的磁力线经内部铁心产生磁滞及涡流进而产生损耗。

2.3 供配电线路选材及布线

供配电线路的选材与布线直接影响到供配电系统的外耗与节能功能。电路选材方面主要考虑的是供配电导线和电缆的选择上。电路的布线也包括了较多需要考虑的内容, 主要包括变电所选址、内部线路布线、负荷位置优化等过程。

3 实现供配电系统节能优化的方法探讨

3.1 合理选用科学、利于节电的变压器

在变压器材质选择方面, 非晶合金铁心变压器能够降低变压器空载损耗、具有更强的节能功能, 另外, S11、S13、S15等型号的节能型配电变压器, 其卷铁心结构改变常规S7、S9叠片式铁心结构, 在很大程度上降低了磁阻, 减小空耗。另一方面, 变压器的台数也需要经过科学的规划与分析, 结合不同变压器的负荷特性合理分配用电负荷, 使多台变压器实现交换运行、功能互补, 实现变压器的长时间高效运行、降低变压器运行总损耗。

3.2 科学设计供配电线路, 减少损耗与浪费

导线选择方面, 在实际工程优化节能设计过程中, 铜芯电缆其电能传输效率较其它材质优越, 但由于铜自身成本偏高, 因此在进行供配电线路综合布线优化设计过程中, 要充分考虑设计方案的经济效益特性, 合理选择铜、铝等材质导线。电路的设计方面应合理地避免迂回供电的问题, 布电时应纵观全局、系统考虑。不同的供电系统应根据供电场所单独设计出适合实际使用的配电电路, 例如在对低压电路进行设计时, 应注意将其供电半径控制在200 m范围内。对于供电距离大于常用范围时, 为降低损耗、实现节能, 可在稳定线路的动热、载流量、电压降等基本传输条件的基础上适当的考虑增大一级电路的电缆截面。

3.3 系统运行过程提高功率因数, 进行无功补偿

在电力系统的供配电过程中如何进行节电的控制也是我们需要考虑的问题。目前, 我们主要可以采用的方法是通过工作人员适当地提高功率因数来减小线路损耗, 该过程就是人工无功功率补偿的过程。根据功率耗损大小的不同, 选择的人工无功功率补偿方式也应根据实际情况相应变化, 主要的补偿方式有分散补偿、集中补偿等, 整个补偿过程应遵循节能最大化原则[2]。

4 结语

供配电系统在设计与使用过程中如何做到节能与优化是关系到其未来发展的关键, 也是实现中国可持续发展战略的基本措施。因此应该将节能技术与供配电系统的各个环节高效结合, 从全局的角度不断地在发展中改进原有系统, 实现供配电系统的高效、节能和可持续性。

参考文献

[1]吴乃进.高层建筑供配电系统节能设计技术要点探讨[J].科技创新与应用, 2012 (12) :218.

基于节能需求的铁路供配电系统设计 篇5

铁路供配电系统的供电情况不仅直接影响铁路运输系统的安全运行,也关乎多个铁路职能部门正常工作。在铁路供配电系统中,损耗主要包括固定损耗和运行损耗。固定损耗与设计的电压有关,主要产生在线路、变压器上,所占比重较小。运行损耗主要产生在线路、变压器、铁路各种用电设备的串联阻抗上,与系统设置的功率密切相关,所占比重较大。因此,选用合理的变压器、线缆、照明工具等是实现供配电系统节能设计的关键内容。本文从铁路供配电系统的特点展开分析,介绍铁路供配电系统节能设计的要点。

1 铁路供配电系统主要特点

铁路供配电系统因其特殊性在系统构成及功能设计上有别于其它电力系统,主要表现如下。

(1)变(配)电所结构单一,电压等级较低。铁路负荷属于直接面向最终客户的终端负荷,因此铁路供配电系统内多设置10kV配电所、35kV变电所,个别用电枢纽设计110kV变电所。一般根据各地区电源情况和铁路负载要求,合理设计配电所电压等级。因为功能要求、应用范围基本一致,所以铁路供配电系统的主接线等构成基本相似,设备配置无明显变化。

(2)供电系统可靠性要求较高。铁路供配电系统虽然电压等级较低,但一、二级负荷所占比重较高,因此对系统供电可靠性要求较高。一般情况下,相邻配电所倒闸作业支持中断供电时间仅有0.6s。虽然铁路部门采用诸多措施确保供电的可靠性,但只局限在配电所范围内,因此重要的贯通线或自闭线发生永久性故障时,缺少恰当的隔离、定位和恢复措施,将致使贯通线或自闭线失电,严重影响系统的可靠性。同时,铁路供配电系统的特点决定其检修工作费时费力,缺少准确的故障定位,为检修工作带来极大不便。

(3)供配电系统接线形式简单。铁路供配电系统是一个沿铁路敷设的线状辐射网,通常沿着铁路两侧分别设置10kV的自动闭塞相邻和电力贯通线路,距离约40km~60km配备变(配)电所,各配电所间相互连接,互为备用。各配电装置的连接线包括自闭线和贯通线,具体系统设计时可能存在两种连接线,也可能只有两种连接线的一种形式。连接线不单完成相邻所之间的电气连接,也为铁路供电系统最重要的负荷提供所需电源。

2 节能设计原则

铁路供配电系统质量直接影响铁路运输系统运行效果,也关系到多个铁路部门的正常工作,因此要根据其特点、要求来设计满足铁路需求的节能系统。铁路供配电系统节能设计原则:基于充分满足铁路用电负载功能要求的环境,尽可能降低能源消耗,提升能源的利用效率;严格按照实用、经济可靠、技术先进的原则,综合考虑使用前、中、后的情况,不可因过分节能而增加投资和运行费用,因节能需求而加大的投资也必须及时回收;同时,密切结合电子专业与信号、建筑、设备等专业,共同做好节能设计工作。

3 节能设计要点

3.1 准确计算负荷

铁路负荷牵涉多个专业和种类,容量差别较大,以往设计过程中,为保障容量满足要求而使系统裕量过大,造成了不必要的浪费,因此准确计算负荷是设计供配电系统、设定变压器容量等的基础,也是对配电系统进行节能设计的关键内容。初步设计时期,负荷计算可通过需要系数法或单位面积功率法求解,施工图设计使用需要系数法,与通信、房建等专业紧密配合,分析负荷特点、用电要求等信息,并将不同负载持续率环境下的额定功率转换为统一持续率下的功率,从而准确计算负荷容量。

3.2 合理设计配电所及电源电压

铁路供配电系统设计的电源电压要依据负荷容量、地方电网情况、线路长度等因素综合确定,优先选用10kV电源。35kV或以上的电源供电能力较大,能有效降低运营成本,因此电源线路超过20km、负荷容量大于6 300kVA时,优先选用35kV及以上的电源。铁路负荷具有点多、线长的特点,合理选用变配电所位置,可对提升供电质量、减少线损产生重要影响。变配电所位置依据电源分布、方便检修等因素综合考虑设计,确保高压深入负荷中心,并达到电压偏差值要求。

3.3 选用合理的变压器

在铁路供配电系统内,变压器所占比重最大,因此选用最佳变压器能达到最佳节能效果。变压器损耗主要表现为线损和铁损。线损是因变压器绕组通过电流会消耗部分功率引起的,绕组的电阻值越大,消耗功率也越大,因此要选用绕组电阻小的变压器,如铜芯变压器。铁损又称作空载损耗,是因变压器初级线圈通电时铁心出现涡流消耗部分功率产生的,这部分损耗处于固定不变状态,由铁芯的性能、制造工艺决定,因此要优先选用S11、SC10等节能型干式或浸式变压器。S11变压器属于低损耗变压器,其空载损耗较SP系列低75%,负载损耗两者相当。

如果铁路系统选用较大容量的变压器,其区域负荷分布较少,多数负荷主要分布在车站,那么设计时要依据负荷大小和分布情况,尽量选用较大容量变压器。如,某火车站需安装1 000kVA容量的变压器,设计中根据车站具体情况选用2台500kVA变压器,而不选用4台250kVA的变压器。如果选用S11型号的油浸式变压器,那么2台500kVA变压器的负载损耗为10.25kW,4台250kVA变压器的负载损耗值为12.12kW。设计铁路电力系统时,要根据汇总的负荷计算结果选用所需的变压器数量及容量,确保变压器经常性负载控制在变压器额定容量的60%,负荷率为75%~85%为最佳状态。如果选用容量过大的变压器,那么变压器必在轻载状态下运行,长期运行会增加铁路电力系统的固定和无功损耗。如果选用的变压器容量过小,那么变压器处于过载状态,长期运行将导致其负载损耗增加,会在不同程度上损坏变压器等设备,严重影响铁路供电安全。由此可知,设计时应合理选用变压器容量,使其长期在经济负荷状态下运行,并在合理分配负荷基础上尽可能缩减变压器数量,选用大容量变压器。

3.4 节能线缆设计

铁路系统低压供电半径较大,线路总损耗非常可观,因此线缆设计时要采用以下措施来实现降耗。

(1)合理选用导线截面。在满足允许载流量基础上,选用电缆的电流密度会因截面增大而减小,因此不可只选用大规格电缆。

(2)重要线路选用铜材电缆。供配电系统重要线路应选用电导率较小的铜材,特别是固定安装较大规格的配电母线或电缆。在满足机械强度及动、热稳定条件基础上,必须按照导体载流量、经济电流的要求,选用铝导体,做好铜线、铝线间的连接工作。必须注意的是,设计的线路应尽可能短捷,减少迂回配线。

(3)减少配电等级。电缆截面规格受到保护断路器设定的电流值约束,保护选用性规定上、下级之间的断路器整定值最少相差一级。如果配电级数过多,那么其整定值会快速升高,导致该系统电缆截面不断增加而不经济,因此应尽可能减少配电等级。

3.5 选用节能照明灯具

基于不降低工作区视觉要求、照明质量的前提,照明节能设计时应尽可能减少照明系统产生的光能损失,最大限度运用光能,实现最佳的节能效果。铁路供配电系统中照明线路损耗约占整个输入电能的4%左右,影响因素包括供电方式和导线截面。通常情况下,供配电系统照明电压设定为220V,主要采用单相二线、两相三线、三相四线的方式实现供电。相比较而言,三相四线式比前两种方式的损耗小,因此照明系统应尽量选用三相四线式。

选用合理的控制开关并充分利用天然光进行供电,能有效节省电能,达到经济、安全供电的效果;同时,选用各类节能型开关或装置也是一种高效的节电方法。根据铁路供配电系统照明特点可使用分区控制灯光或合理增设照明开关点。由于车站等营运时间几乎从不间歇,因此必须充分运用自然光、高光效光源,设计时尽量减少白炽灯、高压汞等数量。通常情况下,室内照明选用T8、T5紧凑型荧光灯,并合理运用节能型镇流器;站场照明使用金属卤化物或高压钠等,适当采用发光二极管LED。

自然光属于免费的资源,因此要充分利用自然光,选用正确的采光方法,从而改变铁路工作区的环境,在一定程度上提升光的利用率。必须注意的是,铁路供配电系统照明设计应严格按照相关规范标准选用照度,由合理的照明质量、照度值组成优良的光环境,从而提升照明系统的工作效果。

4 结束语

供配电系统节能措施探讨 篇6

随着各种新能源的开发, 对供电企业构成了极大的威胁, 为了减少供电企业的经营成本, 提高供电企业的经济效益, 进行节能降耗是供电企业发展的根本。在供配电运行的过程中, 线路损耗直接影响到供电企业的经济效益, 是造成浪费的主要因素。所以应该不断的开发新技术, 提高配电运行管理, 实现集约化经营的手段, 为我国供电企业的发展创造有利的条件。

1 当前电网供配电的现状

现阶段, 我国的10kv供配电系统中普遍采用放射式和树干式的配电系统, 除了一些大型企业、重要用户等是以单独回路放射式供电外, 其余多数企业是以树干式供电为主。这种系统模式存在缺点是一旦发生故障需要检修时, 影响范围较广, 停电时间较长, 严重的影响到生产生活用电。其中的开关设备主要是以断路器为主, 还没有大范围的使用负荷开关, 增加了变电所的投资。随着城市化进程的加快, 建筑物兴建的速度不断提高, 此时对于敷设新的电网具有一定的难度, 并且很多的一·二级负荷已经无法保证双回路供电, 所以说这种配电系统模式以及无法适应城市发展的现状。为了保证城市用电需求, 需要对配电系统模式进行改革, 采用环形供配电模式。这种模式减少了线路走廊, 使之更加简便, 并且便于系统改造, 操作简便, 投入成本低, 安全可靠, 具有众多的优点, 是城市供配电系统发展的必然趋势。

2 选择及合理使用节电干式变压器

干式变压器以其节约能源、可靠性高、容量可大可小、功能可以随意组合、应用领域广泛而逐渐得到了越来越多的供配电企业的认可, 被应用到越来越多的供配电系统中。与传统的油浸式变压器相比更安全、更可靠、更节能、更绿色、更环保。其主要的特点兹说明如下:

2.1 抗短路性、抗冲击性、抗过载性好。

其铁芯的优质硅钢片为45度角卷绕一体成型, 因此其抗短路、抗冲击、抗过载的有力比以前的油浸式要好得多。

2.2 降低无功损耗, 节能性好。

干式变压器的降低无功损耗与节能性是由其制造方式决定的。在制造干式变压器的过程中。其卷成一体的优质硅钢片比传统的油浸式层叠硅钢片式的变压器降低能耗70%, 这真是一个可怕的数字。

2.3 噪声低, 环保性好。

传统的油浸式变压器的噪声很高, 其噪声来自于硅钢片的接缝片。但是由于干式变压器的无缝卷绕一体成型的方式, 致使干式变压器的噪音极低, 并且还没有有害气体产生, 故此这种干式变压器的环保性极好。

2.4 阻燃抗裂的芳族取酰胺纤维的应用增加的干式变压器的可靠性。

干式变压器由于在其每一层之间、每一匝之间都使用了最先进的阻燃抗裂的芳族聚酰胺纤维, 因此极大的保证了干式变压器的可靠、稳定、安全的运行。

3 有效减少线损

线路损耗是供配电系统产生浪费的主要因素, 所以在节能降损方面可以针对线路传输中的浪费进行改造。由于输电线的覆盖面积大, 延伸里程长, 所以产生的浪费直接影响到供电企业的经济效益。在输电线路中, 进行科学合理的节能设计, 提高用电效率, 是目前供配电系统节能的有效措施之一。减少线路损耗主要有以下几方面的措施。

3.1线路损耗与线路的长短是成正比的, 所以说线路越长, 所产生的浪费就越大。针对这方面可以在设计阶段, 缩短线路的总长度, 将变压器等集线设备放置在距离所有用户相等的位置, 此时可以减少总线路的长度, 不仅在资金投入上有所减少, 并且降低了线路损耗, 节约大量的成本。

3.2线路在运行的过程中, 会产生一定的阻抗, 而阻抗与导线的截面积成反比关系, 所以在线路缩短的基础上, 适当的增加导线的截面积, 将会大大的降低损耗。大线径的导线在初期需要较大的投资, 对于有些供电企业来讲是一笔巨大的开支, 但是在后期运行的过程中所节省的电能, 将会超出初期的投资。从这个角度来讲, 增加导线截面积是降损节能的有效措施之一。

3.3在供配电系统运行中, 根据不同的用电需求, 对于用电负荷有不同的分类, 根据用电负荷不同对其进行分类。因为消防设备具有特殊性, 所以要提供专缆供电。对于其他不同的用电设备, 根据分类, 将具有相同属性的电缆归类, 共用一条电缆。在出现消防危险时, 消防人员可以一次性关闭无用的用电设备, 操作简便。而将多条电缆并用, 减少了线路的损耗。

4 提高功率因数

提高用电设备功率因数, 实现变电设备的无功功率补偿, 是改善电能传输质量, 进一步提高供电能力是完成供配电系统节电任务的又一有效手段, 当功率因数由0.7上升到0.9时, 线路损耗可减少大约40%。提升功率因数的方式主要有改进提高变压设备, 减少供变电设备自身对电网功率因数的影响, 同时保障电气设备的满载运行, 运用集中补偿与就地补偿的方式对供配电系统进行无功功率补偿, 是提高功率因数的主要方式。

5 平衡三相负荷

在低压线路中, 由于存在单相以及高次谐波的影响, 使三相负荷不平衡。三相电压或三相电流不平衡会对供配电网络造成一系列的危害。主要有:a.引起供配电网络相线及零线电能损耗加大。b.影响计算机正常工作。引起照明灯寿命缩短 (电压过高) 或照度偏低 (电压过低1以及电视机的损坏等。c.增大对通信系统的干扰, 影响正常的通信质量。为了减少三相负荷不平衡造成的能耗, 应及时调整三相负荷。要解决三相电压或三相电流的不平衡度, 首先设计时尽量使三相负荷平衡;同时可以采用调节单相电压及采用滤波器抑制谐波的方法。最好的方法是采用省电装置来平衡三相电压或三相电流。

6 结束语

供配电系统是保证工业生产和居民生活用电的基础, 是保证经济建设稳定发展必要条件, 降低供配电系统运行成本, 提高运行效率是目前供电企业发展的根本理念。在供配电系统中, 有多项因素影响到电能的损耗, 所以要对其进行科学的分析, 然后有针对性的提出解决的对策, 文中对此已经作出了相关阐述。除了在技术性方面有所改革外, 还要加强工作人员的管理, 提高节能意识, 不断学习新的技术和理论知识, 在供配电运行中不断的总结经验, 改革创新, 为节能降耗贡献更大的力量, 提高供电企业的经济效益。加大对供配电系统的科学管理, 依据科学的方法计算供配电系统电能浪费情况, 不断探索新的合理的解决供配电系统电能浪费现象的方法, 是当前供配电系统节电工作的重要内容。

参考文献

[1]周杰.浅析供配电系统节电技术措施[J].民营科技, 2009 (4) :196.

[2]傅经纬.供配电系统的电能浪费的计算和节电[J].应用能源技术2007, 7

[3]王英, 曹志平, 富春, 等.电力用户供配电系统的节能及功率因数的改善[J].江苏电机工程, 2010, 5.

工厂供配电系统中的节能措施探究 篇7

一、工厂实施供配电系统节能措施的意义

随着我国工业的发展, 能源的消耗也是逐渐的增大, 对环境产生了严重的破坏与污染, 为了确保经济与环境的持续发展, 降低能源的耗损, 更好的保护好生态环境, 实现生产的有效持续发展, 对工厂供配电系统实行节能措施具有重要的意义。1) 由于工业的迅速发展, 对电能的需求量也是逐渐的增大, 使供应与需求之间出现了比较大的矛盾, 对工厂进行节能措施能有效的缓解电能需求与供应之间的矛盾, 减轻电力供应部门的压力。2) 可以增加经济效益。工厂实行节能措施, 可以有效的减少电能的耗损与浪费, 提高能源的利用率, 增加工厂的财富累积, 同时也能提高社会效益。3) 可以提高生产设备的生产与使用, 促进科技的进步。在进行工厂节能措施的过程中势必引进新的设备与技术, 采取新工艺, 能够很好的促进生产设备行业技术的发展, 提高企业生产的工艺。

二、工矿企业供配电采取的节电措施

(一) 无功补偿提高工厂的节能增效

1. 工厂供电系统无功功率补偿问题

许多企业通过集中补偿的方法实现无功功率的补偿, 而多个车间变电站与用户端却未进行有效的无功补偿, 把重点放在了生产用电上, 因此就导致补偿后的功率不是很高, 甚至系统仍保持在自然功率因数范围内。根据国家的规定, 工厂必须达到0.9功率因数, 因此就通过许多高压补偿装置来促使功率因素达到国家规定的数值。

2. 无功补偿的潜力

工厂内存在数量较多的无功环流由于厂内变电站与用户端比较低的功率因数而进行不断循环, 致使输电线路与变压器上的电流不断增大, 而用户端的供电质量因供电耗损的增大而下降, 工厂的电动机转矩下降。在工厂中产生无功耗损的主要设备是变压器与电动机, 电网提供较多的无功负荷, 因而导致电网的供电能力降低。一般20%以上的无功总耗是变压器产生出来的, 而异步电机则能产生高达60%的无功总耗。

3. 提高功率因数的方法

1) 充分利用移相电容器产生的超前电网电压容性的电流特点和电动机变压器上产生的滞后电网电压感性电流进行补偿, 在用户端的线路上适当的并联移相电容器, 使电网无功电流较大的降低。原则上应从源头对无功消耗进行补偿, 移相电容器是一种补偿的设备, 比较适宜安装在用电设备的分厂车间变电所的低压母线处。对于一些容量比较大且运行较稳定的异步电动机宜采取就近安装无功补偿设备的办法, 各总降较适合适量补充高压的集中补偿设备, 对供电入口处的功率因数进行调整, 进而达到相关电力部门的规定要求。

2) 为了使车间内安装于电压母线侧的移相电容器很好的适应工厂生产中的负荷变化, 可将其进行适当的分组, 并且运用投切的方法。这种方法可以确保工厂在不同的工作状态下都能将功率因数的数值控制在比较高的水平上。

3) 对变压器的选择要依据工厂的实际生产状况进行, 确定一个合适的容量, 保证变压器的负荷量, 既有效的对无功补偿设备容量进行了降低, 又大大降低了成本。

4) 可以运用同步电机进行无功补偿。大多的大型机械无需调速, 可依据实际运行情况, 运用同步电机进行无功补偿。

(二) 变压器经济运行的节电技术

在工厂内有较多的变压器时, 可选用性能比较好的, 将性能比较差的作为备用变压器。为了变压器运行的经济稳定性, 可使变压器进行并列运行, 使其组合起来更经济。同时也可根据工厂的用电负荷来确定变压器的实际运行数量, 选用较少数量的变压器来满足工厂运行的最大负荷量, 能有效地提高经济效益。

对于一些负荷波动范围较大的工厂, 可以运用小容量变压器对常用变压器进行辅助调节, 或者运行两个不同容量的变压器, 在负荷不足的情况下共同运行。

(三) 减小线路的输电损失

1. 尽量的减少线路的长度

在线路的设计过程中, 配电箱与低压箱的输出线端避免走弯路。在低压线路中, 供电半径小于200m范围内, 对于负荷较多的地区小于100m范围内, 中等的负荷区小于150m范围内, 较少的负荷区小于250m。在实际供电中, 可以根据供电半径进行最优化的电路设计。

2. 有效的增大导线截面

在输电线路比较长且负载稳定的情况下, 可对导线截面增加。短期内增加了经济投入, 长期使用可有效的节约电能。

3. 将用电负荷分类

考虑到工矿企业的特殊性, 将用电负荷根据不同的用途实行分类, 可以有效的控制送电量, 避免资源的浪费, 同时也保障了工业用电的稳定性与可靠性。

(四) 确定一定的用电单耗定额

根据实际运行情况, 确定合适的用电消耗额度, 并根据企业经营状况建立有效的管理制度和奖罚措施。

三、结语

随着经济的飞速发展, 电力的供应也逐渐紧张, 企业想进行生存与发展, 必须建立起比较完善的节能机构和措施。能有效的减少生产成本, 降低了相关电力部门的工作压力, 减少环境的污染, 在发展企业经济的同时提高了环境的生态效益, 对可持续发展有重要的意义。

摘要：随着我国工业生产的不断发展, 电能作为现今主要能源之一, 在生产过程中消耗与浪费十分严重, 为了缓解能源紧张的局势, 提高电能的利用率, 做好供电系统的节能措施是十分必要的, 可以减少企业和工厂等用电单位的电费支出, 也能有效地提高能源利用率, 保护现有资源, 对长期发展有十分积极的作用。本文主要对工厂供配电系统中提高电能利用率的节能措施进行探讨, 供相关人员参考。

关键词：工厂,供配电系统,节能措施,探究

参考文献

[1]魏小新.工厂供配电系统设计中提高功率因素补偿措施的确定[J].智能建筑与城市信息, 2003.

[2]曾庆武, 郑少伟.功率因数和工厂供配电系统中的无功功率补偿[J].机电工程技术, 2002.

[3]薛冰艳.企业供配电系统节电措施[J].宁夏机械, 2006.

[4]乔宝民.刍议工厂供配电系统中的节能措施[J].中国新技术新产品, 2011.

[5]要俊琴.浅谈工厂供配电系统中的节能措施[J].科技情报开发与经济, 2007.

浅议供配电系统设计节能 篇8

1供配电系统的节能

供配电系统设计应在满足可靠性、经济性及合理性的基础上, 提高整个供配电系统的运行效率, 并尽量降低建筑物的单位能耗和系统损耗。根据负荷容量、供电距离及分布、用电设备特点等因素合理设计供配电系统, 做到系统尽量简单可靠、操作方便, 同一电压供电系统变配电级数不宜多于两级。变配电所应尽量靠近负荷中心, 以缩短配电半径减少线路损耗。合理选择变压器的容量和台数, 以适应由于季节变缓造成负荷变化时能够灵活投切变压器, 实现经济运行, 减少由于轻载运行造成的不必要电能损耗。

1.1供电方案

针对电气系统构成做全方位的节能分析, 在安全、可靠的前提下, 供配电系统设计应将节能作为主要技术经济指标进行多方案比较, 优化设计方案, 改进机电设备经济运行方式, 提高变配电系统节能运行的实效性。

图1和图2所示是一个住宅小区的供配电方案比较。第一方案是采用两台1 000k VA的变压器集中设置变电所, 变电所距用电负荷较远, 外部低压电缆出线回路多, 线路长, 投资高, 运行费用大, 高低压设备一次投资较小;第二方案是将两台大容量的变压器分解为若干容量较小的变压器, 以箱式变电站的型式供电, 使变配电设施尽可能地接近负荷中心。该方案高低压设备一次投资大, 供电可靠性高, 且运行费用低。其运行时间越长, 节能效果就越明显, 但该方案由于箱变接近用电负荷中心, 布置分散, 管理起来不太方便, 且占地多。综合比较以上两方案, 建议在条件允许时优先选用第二方案。

1.2负荷计算的合理性

电气设计一般根据工程使用性质, 设备选用情况等进行负荷计算, 得出计算负荷后, 选择相应的电器产品。计算负荷是一个假想的持续性负荷, 其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。

负荷计算的方法有很多种, 配电房的负荷计算一般采用需要系数法, 需要系数取值是否合理对计算结果的准确性至关重要。

1.3变配电设备的选择

在现行的相关规范中已对变配电设备节能等方面做出规定, 应遵照执行。人们通常容易追求狭义上的节能, 而能源是各种资源中的一种, 如果从广义上追求节能, 应该与节约自然资源、社会资源、节约投资相统一。除了应该从系统使用周期内分析如何选择电气产品以外, 还应该从使用期前和使用期后的不同角度进行更加全面的分析。如选择的变压器绝缘材料在生产和回收时是否更加节能环保, 利用程度等方面是否合理。

主要变配电设备必须通过电力负荷、电能损耗、无功功率补偿计算确定。避免出现“大马拉小车”等浪费现象, 并且要在追求节能的同时, 充分利用有限的投资更加切合实际地提高系统的可靠性。

1) 变配电设备的选择原则

(1) 选择自身功耗低的变配电设备。

(2) 选择国家认证机构确认的节能设备。

(3) 选择符合国家节能标准的变配电设备。

(4) 变压器的选择

据有关资料统计, 我国变压器的总损耗占系统发电量的10%左右, 10k V供配电系统中, 配电变压器的损耗占80%以上。因此, 合理选择节能型变压器对整个供配电系统的节能起着至关重要的作用。

变压器的选择应做到:

(1) 应选用低损耗、低噪音的节能变压器。

(2) 根据各种用电设备的性质, 正确进行负荷计算, 合理选择变压器容量、台数、接线方式及运行方式。变压器负荷率不应低于30%, 宜在70%~80%的范围, 并保持三相负荷平衡分配。

(3) 单台变压器的容量不宜过大, 以避免供电线路过长, 增加线路损耗。

变压器的有功功率损耗如下式表示:

△Pb=Po+Pkβ2其中:

△Pb—变压器有功损耗 (k W) ;

Po—变压器的空载损耗 (k W) ;

Pk—变压器的有载损耗 (k W) ;

β—变压器的负载率。

Po部分为空载损耗, 又称铁损, 它是由铁芯的涡流损耗及漏磁损耗组成, 是固定不变的部分, 大小随矽钢片的性能及铁芯制造工艺而定。所以, 变压器应选用节能型的, 如S11、SL11、SH15及SC10、SCRBH15等型油浸式变压器或干式变压器, 它们都是采用优质冷轧取向矽钢片, 由于“取向”处理, 使矽钢片的磁畴方向接近一致, 以减少铁芯的涡流损耗;45°全斜接缝结构, 使接缝密合性好, 以减少漏磁损耗。

Pk是传输功率的损耗, 即变压器的线损, 决定于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小, 即与负载率β的平方成正比。因此, 应选用阻值较小的绕组, 可采用铜芯变压器。从Pkβ2用微分求它的极值, 在β=50%处每千瓦的负载, 变压器的能耗最小。因此, 在上世纪80年代中期设计的民用建筑, 变压器的负载率绝大部分在50%左右, 在实际使用中有一半变压器没有投入运行, 有的设计人员一直沿袭这种做法。但是, 这仅是为了节能, 而没有考虑经济价值。举下例可看出其不可取的程度。

SC10-2000k VA的变压器, 当β=50%时相对于β=85%时可节能为P=16.01× (0.852-0.52) =7.56k W, 按商场最高用电小时计:每天12h, 365天全营业, 则总节约电能:W=7.56×12×365=33 113k W·h。按营业性电价每度0.78元计, 则每年节约:33 113×0.78=25 828元。

按每千瓦的初装费投资:2 000k VA变压器应用于大型民用建筑, 必然双电源进线, 则初装费每k VA为2 240元, 每年节能省下的电费只能提供 (25828/2 204=11.53) 11.53k VA的初装费。还有988.5k VA的初装费, 加上由于加大变压器容量而多付的变压器价格, 由于变压器增加而使出线开关柜、母联柜增加引起的设备购置费, 安装上述设备使土建面积增加而引起的土建费用, 这是笔相当可观的投资, 还没有计及折旧维护等费用。由此可见, 取变压器负载率为50%是得不偿失的。

事实上50%负载率仅减少了变压器的线损, 并没有减少变压器的铁损, 因此也不是最节能的措施。计及初装费、变压器、低压柜、土建的投资及各项运行费用, 又要使变压器在使用期内预留适当的容量, 变压器的负载率应在75%~85%为宜。这样也可以做到物尽其用, 因为变压器绝缘的使用年限满负荷计为20年, 20年后可能有更好的变压器问世, 这样就可以有机会更换新的设备, 才能使该建筑总趋技术领先地位。

在变压器选择中, 能掌握好上述几点原则, 即满足节约能源, 又经济合理的原则。

下面再简单介绍一种正在被积极推广并将被广泛应用的新型节能变压器—非晶合金变压器。

从上世纪70年代发展起来的非晶合金, 作为一种高效节能材料, 进入90年代后, 在配电变压器上进入了实用阶段。迄今为止, 全球已有200万台非晶合金铁芯变压器在电网上运行, 其中运行时间最长的已达30余年。实践证明, 非晶合金变压器性能稳定可靠, 节能效果显著, 是配电变压器理想的更新换代产品。

非晶合金是一种厚度约0.025mm的特殊软磁材料, 它是一定比例的合金原料在熔融状态下经过超速冷却而形成的带状金属。它具有极低的损耗, 特别适合用作变压器的铁芯。目前非晶合金变压器分为油浸式和干式两种, 干式又分为环氧和浸渍式。非晶合金干式变压器继承了传统干式变压器的难燃、阻燃、可靠性高及免维护等优点, 还具备空载损耗低 (比普通S9硅钢片变压器低80%左右, 比常规干式变压器低70%以上) 、空载电流下降约80%, 且对输电线路无特殊要求, 无论是用电高峰或低谷它都可以连续节能。

现以一台10型1 000k VA普通干式变压器 (售价约为18万元) 为例, 相应一台非晶合金变压器的价格大约为24万元左右, 根据其节能效果, 经综合比较, 大约6年左右即可收回多余成本。考虑银行利息为6%, 不考虑通货膨胀因素, 多投资的部分含利息为7.8万元, 变压器正常寿命30年, 剩余24年节约费用12.6万元。可见, 非晶合金变压器节能效果和经济性都十分显著。

1.4功率因数补偿

功率因数的补偿应做到:

1) 在配电设计时, 应正确选择变压器容量、照明灯具等, 提高用电单位的自然功率因数。

2) 当自然功率因数偏低, 达不到电网合理运行的要求时, 应采用并联电容器作为无功补偿装置。

3) 低压部分的无功功率宜由低压电容器补偿, 高压部分的采用高压无功补偿装置。

4) 配电系统中基本无功补偿宜在变电所内集中进行。

5) 容量较大, 负荷平稳且经常使用的用电设备宜就地补偿。

6) 10k V, 35k V供电的单位, 进户点功率因数应不低于0.9;低压供电的单位, 在进行无功补偿时, 其功率因数应不低于0.85。

有功功率是满足建筑物功能所必须的, 因此是不可变的。系统中的用电设备, 如电动机、变压器、线路、气体放电灯中的整流器都具有电感, 会产生滞后的无功功率, 需要从系统中引入超前的无功功率相抵消, 这样超前的无功功率就从系统经高、低压线路传输到用电设备, 产生了有功损耗, 而这部分损耗是可以想办法改变的, 其措施是, 提高设备的自然功率因数, 以减少对超前无功的需求, 可采用功率因数较高的同步电动机;采用电感镇流器的气体放电灯, 单灯安装电容器等, 都可使自然功率因数提高到0.85~0.95, 这就可减少系统的超前无功功率。

由于感抗产生的是滞后的无功, 可采用电容器补偿, 因为电容器产生的是超前的无功, 两者可以相互抵消, 即Q=QL-QC, 因此无功补偿, 可以提高功率因数, 因而也减小了无功的需求量。

目前, 建筑设计中, 绝大部分采用变压器低压侧集中补偿, 这种做法仅减少了区域变电站至用户处的高压线路上的无功传输, 提高了用户处的功率因数, 可以不受或少受电业局的罚款。而对用户, 无功仍由变压器低压母线经传输线路输送到各用户点, 低压线路上的无功传输并没有减少, 那么无功补偿也就达不到节能的目的。对容量超过10k W的风机、水泵、传送带等电动机端宜设置就地补偿装置, 空调主机及冷冻泵等常在其附近设有变配电所, 可以集中补偿, 但若供电距离超过20m时也最好采用就地补偿。

负荷平稳的电动机可采用就地补偿是因为负荷变动时电机端电压也变化, 使电容器没有放完电又充电, 这时电容器会产生无功浪涌电流, 使电机易产生过电压而损坏。因此, 断续负载, 如电梯、自动扶梯、自动步行道等不应在电动机端加装补偿电容器;另外, 如星三角起动的异步电动机也不能在电动机端加装补偿电容器, 因为它起动过程中有开路闭路瞬时转换, 使电容器在放电瞬间又充电, 也会使电机过电压而损坏。

处理好上述几部分, 即减少自然无功、无功补偿及补偿装置的安装地点, 就可以实现合理的选择无功补偿方式而达到节能的目的。

1.5谐波的治理

随着科技的迅速发展, 电子技术和产品被大量使用, 在给人们的生活带来便捷的同时, 也因其使用大量的非线性、高动态负荷, 从而给电网注入了大量的谐波, 对电能质量造成了很大的影响。

谐波的危害主要表现在以下几个方面:

1) 谐波对旋转电机的影响

谐波对旋转电机的主要影响是引起附加损耗, 其次是产生机械振动、噪声和谐波过电压。

2) 谐波对供电变压器的影响

谐波电流不但引起变压器绕组附加损耗, 也引起外壳、外层硅钢片和某些紧固件发热, 并且有可能引起局部的严重过热。谐波使变压器噪声增大, 谐波源造成的流经变压器的谐波电流在谐振条件下可能损害变压器。

3) 谐波对换流装置的影响

交流电网的电压畸变可能引起常规变流器控制角触发脉冲间隔不等, 并通过正反馈而放大系统的电压畸变, 使整流器的工作不稳定;而对逆变器则可能发生连续的换相失败而无法正常工作, 甚至损坏换相设备。

4) 谐波对并联补偿电容器和电缆的影响

谐波会引起电容器局部放电, 加速电容器介质老化, 缩短使用寿命。在一定条件下谐波极易与无功补偿电容器组引起谐振或谐波放大, 从而导致电容器因过负荷或过电压而损坏;对电力电缆也会造成电缆的过负荷或过电压击穿。

为预防和有效的治理谐波, 在电气设计时, 应采取以下措施:

(1) 在供配电系统中, 变压器的绕组宜采用D, Yn-11型联结。

(2) 对于某次谐波特别严重的场所, 可采用专用的变压器供电。

(3) 根据负荷性质, 在变电所低压侧补偿电容器回路串接适当配比的消谐电抗器。

(4) 当设计过程中对谐波难以预测时, 宜预留必要的滤波设备空间。

(5) 尽可能使用电负荷三相平衡。

(6) 采用无源和有源滤波装置。

(7) 建筑物内的低压配电系统采用TN-S型。

1.6减少线路损耗

据资料统计, 在我国的10k V供配电系统中, 线路损失占到20%左右。低压配电系统中, 在线路上的总电能损耗, 一般为用电设备总额定功率的5%~8%, 其所占比例是相当可观的。

当电网输送电能时, 在网络中就产生功率损耗, 其线路参数和负荷大小密切相关。提高电网的功率因数, 减少电网的无功功率及导线中的电阻等, 均能降低电网中的线损。具体途径如下: (1) 合理选择线路路径; (2) 合理确定电气功能用房的位置, 变压器尽量接近负荷中心, 以减少供电半径; (3) 增大导线截面, 充分利用季节性负荷线路; (4) 提高系统的功率因数, 提高设备的自然功率因数, 以减少对超前无功的需求, 安装无功补偿装置, 容量大且平稳的负荷实行就地补偿方式, 容量较小或断续的负荷宜采用变压器低压侧集中补偿方式。

线路损耗的公式展开后得下列计算式:

式中:UL—线电压 (V)

P—有功功率 (k W)

Q—无功功率 (k Var)

IΦ—相电流 (A)

R—线路电阻 (Ω)

前项RP2/UL2为线路上传输有功功率而引起的功率损耗, 后项RQ2/UL2为线路上传输无功功率而引起的功率损耗。

芯线温度70℃的50mm2铜芯线每公里电阻RO=0.44, 则R=0.1×0.44=0.044 (Ω) 。

从以上可看到, 线路上的功率损耗相当于每6 m的线路上装一个100 W的灯泡。

在一个工程中, 线路左右上下纵横交错, 小工程线路全长不下万米, 大工程更是不计其数, 所以线路上的总有功损耗是相当可观的, 减少线路上的能耗必须引起设计重视。

线路上的电流是不能改变的, 要减少线路损耗, 只有减小线路电阻。线路电阻R=P×L/s, 即线路电阻与电导P成正比, 与线路截面S成反比, 与线路长度L成正比, 因此减少线路的损耗应从以下几方面入手:

(1) 应选用电导率较小的材质做导线:铜芯最佳, 但又要贯彻节约用铜的原则。因此, 在负荷较大的二类、一类建筑中采用铜导线, 在三类或负荷量较小的建筑中采用铝芯导线。

(2) 减小导线长度:首先, 线路尽可能走直线, 少走弯路, 以减少导线长度;其次, 低压线路应不走或少走回头线, 以减少来回线路上的电能损失;第三, 变压器尽量接近负荷中心, 以减少供电距离, 低压线路的供电半径一般不超过200m, 由最末一级照明配电箱至最末端一个灯具的支线长度, 一般要求不宜超过40m, 直线距离不宜大于30m。当建筑物每层面积在10 000 m2左右时 (这种情况一般少见) , 至少要设两个变配电所, 以减少干线的长度;第四, 在高层建筑中, 低压配电室应靠近竖井, 而且由低压配电室提供给每个竖井的干线, 不至于产生支线沿着干线倒送的现象。即低压配电室与竖井位置的布局上应使线路都分向前送, 尽可能减少回头送电的支线。

(3) 增大导线截面:首先, 对于比较长的线路, 除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面, 应再加大一级导线截面, 所增加的费用为M, 由于节约能耗而减少的年运行费用为m, 则M/m为回收年限, 若回收年限为几个月或一、二年, 则应加大一级导线截面。一般而言, 导线截面小于70mm2, 线路长度超过100m的增加一级导线截面比较容易实现上述条件。其次, 利用某些季节性负荷的线路, 这些用户不用时, 可提供给常期用户作供电线路使用, 以减少线路和电阻。例如, 将空调风机、风机盘管与照明、电开水等计费相同的负荷, 集中在一起, 采用同一干线供电, 既可便于用一个火警命令切除非消防用电, 又可在春秋两季空调不用时, 使同样大的干线截面传输较小的电流, 从而减小了线路损耗, 这就相当于充分利用了季节负荷的线路。

另外, 我国铜矿资源较少, 而铝矿资源比较丰富。国内配电导体所采用的铜主要依靠进口, 在国际铜价持续高涨的形势下, 如果设计人员只用铜导体而不用铝导体, 全国将在导体材料上有更大的耗费, 也必然多耗费能源, 不利于我国的资源开发利用。节能设计不是为了追求单一化的节能目标, 而是必须要考虑能源与资源之间的关系, 提高全国大范围的社会系统效率。现在不是简单地重提“以铝代铜”的政策, 而是要强调在设计中科学地使用导体材料, 该用铜时就用铜、该用铝时就用铝, 倡导“以铝节铜”。这样的应用方式符合我国具体的国情, 符合建设节约型社会的发展方向, 对在全国范围内相关联的产业结构健康持续发展和长期节能有很大好处。

2建筑电气设备的节能控制

建筑电气设备的节能控制主要包括: (1) 空调系统。其主要内容包括: (1) 冷冻水与冷却水系统的优化控制; (2) 冰蓄冷系统的优化控制, 现行的冰蓄冷控制技术还很不成熟, 冰蓄冷控制策略仍需作深入研究, 尤其是在蓄冰装置优先方式下的融冰策略的研究, 对于提高冰蓄冷系统的能源利用效率, 促进冰蓄冷技术的商业化应用具有决定性的意义; (3) 热交换系统温差与流量的优化控制; (4) 变风量系统等控制技术。 (2) 给排水系统的优化控制。 (3) 电梯, 包括电梯的合理选型 (如速度、载重量、调速方式等) 、停层计划及群控策略。 (4) 电动门窗, 包括门窗的节能控制、遮阳系统的自动控制等。

变频技术在水泵、风机等系统中的应用越来越广泛。它根据系统的运行情况, 实时调整系统的运行参数, 使系统达到最佳运行状态, 并最终达到节能的目的。它的缺点是给系统带来了谐波污染。

3动力设备的节能控制

作为动力源的电动机, 从家用电器到民用建筑内部以及各行各业中均用得比较普遍, 其耗电量极大。减少电动机电能损耗的主要途径是提高电动机的效率和功率因数, 主要可以从以下几个方面着手:

1) 采用高效率电动机。提高电动机的效率和功率因数, 是减少电动机的电能损耗的主要途径。与普通电动机相比, 高效电动机的效率要高3%~6%, 平均功率因数高7%~9%, 总损耗减少20%~30%, 因而具有较好的节电效果。所以在设计和技术改造中, 应选用Y、YZ、YZR等新系列高效率电动机, 以节省电能。另一方面要看到, 高效电机价格比普通电机要高20%~30%, 故采用时要考虑资金回收期, 即能在短期内靠节电费用收回多付的设备费用。一般符合下列条件时可选用高效电机:

(1) 负载率在0.6以上;

(2) 每年连续运行时间在3 000h以上;

(3) 电机运行时无频繁启、制动 (最好是轻载启动, 如风机、水泵类负载) ;

(4) 单机容量较大。

2) 根据负荷特性合理地选择电动机容量。首先要了解负荷的特性, 然后根据电机的工作环境及负载特点选用合适的电动机, 避免“大马拉小车”的现象出现, 以提高电动机运行的效率和功率因数。

3) 轻载电动机采取降压运行, 对经常处于轻负荷运行的电动机, 应采用三角-星切换装置。当负荷系数低于0.13时, 将三角形接法的电动机改为星形接法, 可以达到良好的节电效果。对于经常轻载 (负载率小于0.14) 的生产机械, 也可采用具有启动功能的轻载节电器, 以达到“轻载降压运行节点”的目的。条件允许时, 可采用比变频器价格便宜的另一种节能措施是采用软起动器。软启动器设备是按起动时间逐步调节可控硅的导通角, 以控制电压的变化。由于电压可连续调节, 因此起动平稳, 起动完毕, 则全压投入运行。软启动器也可采用测速反馈、电压负反馈或电流正反馈, 利用反馈信息控制可控硅导通角, 以达到转速随负载的变化而变化。

软启动器通常用在电机容量较大、且又频繁启动的水泵设备以及附近用电设备对电压的稳定要求较高的场合。因为它从启动到运行, 其电流变化不超过三倍, 可保证电网电压的波动在所要求的范围内。但由于它是采用可控硅调压, 正弦波未导通部分的电能全部消耗在可控硅上, 不会返回电网。因此, 它要求散热条件较好、通风措施完善。

4) 改进控制方式, 提高运行效率。对需要根据负荷变化调节的设备采用调速电机, 是节电的有效方法。交流电动机调速分为变极调速、变频调速和变转差率调速三种方式, 节电效果以变频调速最为明显。在水泵、风机、压缩机、电梯等机械上应用变频器不但可以节约大量电能, 还可以提高控制质量, 是实现机电一体化的重要手段。

4结束语

我国加入WTO后, 在建筑电气节能设计领域中面临着新的挑战, 因为国外的设计公司在设计过程中十分重视节能和环保, 如果我们在设计过程中不重视节能, 就有可能被淘汰出局。而节能工作牵涉的方面又十分广泛, 从发电厂开始到线路末端的用户都应该高效地使用电能以减少损失。对于设计者而言, 就是要正确的确定供电方案、合理的选用电器设备 (变压器, 电动机, 电缆, 照明光源等) , 为人类提供健康、舒适、安全的居住、工作和生活空间的同时, 又能行之有效地节约能源。

参考文献

[1]中国航空工业规划设计研究院.《工业与民用配电设计手册》 (第三版) [M].北京:中国电力出版社, 2005.

[2]中国建筑标准设计研究院.《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇》 (电气) [M].北京:中国计划出版社, 2007.