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供配电系统的节电技术探讨

供配电系统的节电技术探讨

点击数:7911 次   录入时间:03-04 11:43:57   整理:http://www.55dianzi.com   电工文摘

(3)在高层建筑中,变配电室应靠近电气竖井,以便减少主干线(电缆或插接母线)的长度。对于面积大的高层建筑物,应将电气竖井尽可能设在建筑物中部(或两端),以便减少水平电缆的敷设长度。

(4)要将负荷进行归类。除对计费有要求的负荷及消防负荷外,普通负荷(如空调机、风机盘管、照明、新风机、电热水器等)改由一条主干电缆供电,这样既便于消防切除非消防电源,又可在非空调季节使同样大的干线截面传输较小的电流,从而减少线路的损耗。

3 提高功率因数

  提高供配电网络的功率因数,实行无功补偿是建筑电气节能的又一课题,正在受到越来越多人的关注。无功功率既影响供配电网络的电能质量,也限制了变配电系统的供电容量,更增加了供配电网络的线损。对供配电网络实行无功功率补偿,既可改善电能质量,提高供电能力,更能节电降耗。

  在供配电系统中许多用电设备,如电动机、变压器、灯具的镇流器以及很多家用电器等均为电感性负荷,会产生滞后的无功电流,它要从系统中经过高低压线路传输到用电设备末端,无形中又增加了线路的功率损耗。为此,必须在供配电系统中安装电容器柜(箱)。通过电容器柜(箱)内的静电容器进行无功补偿,电容器可产生超前无功电流抵消用电设备的滞后无功电流,从而达到减少整体无功电流,同时又提高功率因数的目的。当功率因数由0.7提高到0.9时,线路损耗可减少约40%。功率因数值的大小应满足当地供电局的要求。当无明确要求时,建议功率因数值高压用户为0.9以上,低压用户为0.85以上。
无功功率补偿有两种方法:

(1)集中补偿。将电容器柜设置在变配电所低压侧集中补偿。集中补偿时,宜采用自动调节式补偿装置,这样可以防止过补偿时使无功负荷倒送。同时电容器组宜采用自动循环投切的方式。

(2)就地补偿。容量较大,负荷平稳,其经常使用的用电设备的无功负荷宜单独就地补偿。同时,在设计中尽可能采用功率因数高的用电设备。如同步电动机及配有电子式或节能电感镇流器的荧光灯等。
在具体工程设计中可采用高低柜集中补偿及就地补偿等两种方式。究竟采用何种补偿方式较为合理,可根据工程的具体情况来确定。

4 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:

(1)影响变压器、电机的安全经济运行;

(2)引起供配电网络相线及零线电能损耗加大;

(3)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)以及电视机的损坏等;

(4)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,使三相负荷不平衡度符合以下规程规定:“要求配电变压器出口处的电流不平衡度小于等于10%,干线及支线首端的不平衡度小于等于20%,中性线的电流不超过额定电流的25%”以及“三相配电干线的各项负荷宜分配平衡,最大相负荷不宜超过三相负荷平均值的115%,最小相负荷大于三相负荷平均值的85%”。
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。该省电装置能使线电压或线电流的不平衡度小于2%,零线上电流极小,使三相电压或三相电流基本平衡,从而大大减少了相线及零线上的电能损耗。

5 抑制谐波危害

  供配电系统中的电能质量是指电压频率和波形的质量。电压波形是衡量电能质量的三个主要指标之一。随着各类电力电子设备在工业与民用建筑中日益广泛地应用,由此产生的谐波电流对供配电系统的巨大影响已引起了人们的高度关注及重视。谐波电流的存在不仅增加了供配电系统的电能损耗,而且对供配电线路及电气设备也会产生危害,因而人们意识到抑制谐波的重要性及迫切性。为了抑制谐波,通常在变压器低压测或用电设备处设置有源滤波器、无源滤波器,或将有源滤波器及无源滤波器混合使用,或采用节电装置。通过上述措施有效滤除中性线和相线的谐波电流,这样不仅净化了电路,而且降低了电能损耗,提高了供电质量,保证系统安全可靠地运行。

案例1:深圳某公司采用ABB公司生产的三次谐波滤波器进行技术改造后,相电流由1063A减少到637A。零线中的三次谐波由1000A减少到50A。
案例2:上述公司老化实验室采用三次谐波过滤器技术后,在11个月的时间内累计节电142032kWh,节约电费1.072万元(按平均工业用电电价0.83元/kWh计算)。

6 高效节电的省电装置

  在供配电系统中,电压不稳定、三相电压不平衡、电动机冲击电流过大和高次谐波干扰等已成为“隐形杀手”,不仅造成了较大的电能损耗,而且缩短了电气设备的使用寿命。日本生产的省电装置就是针对上述问题的节电科技产品。

  该装置采用一种特殊的电磁结构,它的内部是一个串联电抗器并联接入自耦调压器和外加独立相位调整兼消除高次谐波线圈,一起固定在一个三柱式铁芯上的综合型节电装置。该装置具有以下功能和特点:

(1)调整电压幅值及稳压
有些用电单位供电电压偏高,导致电气设备用电量增加,使用寿命缩短,同时加大了线路损耗。由于该装置采用了最新的电磁平衡原理来调整用电设备电压的平衡度和稳定性,即在它内部并联了一个自耦固定式调压器,因此,该调压器具有调节电压幅值的功能,可以将较高的电压值调整到合理的范围内。

(2)平衡三相电压
该装置以电磁平衡为基本原理,通过调节该装置的相序电感量,利用磁电交换、磁势再分配来大量减少三相电压的不平衡度,能使线电压、线电流的不平衡度减少2%,从而使三相电压基本平衡。

  由于市电三相电压不平衡,配电系统三相负荷分配不均等高次谐波的影响,致使三相电流不对称,三相电压不平衡。在这种情况下,会使变压器内产生环流、线圈过热,并可使电动机的效率降低,继而加大用电量(如三相电动机会产生负序电压和零序电压分量,这时电动机会产生附加相反的制动力矩使电动机反转,如果电动机要克服相反方向的制动力矩维持正方向保持原速度运行,就要额外增加相当于一倍负序分量的正序能量;由于三相电压不平衡产生电压中心点偏移导致的零序电压及电流分量,它使电动机产生振荡力矩和增大线圈漏磁通损耗)。由于该装置能平衡三相电压,同时又可将电网过高的电压值调整到合理的范围,不仅给动力设备,而且给三相照明系统带来了显著的节电效果。

(3)减少电动机的启动电流
通过磁力作用及节电装置内部串联电抗器,可对电动机启动电流起到一定的抑制作用,一般可将启动电流减少到2~3倍的额定电流。如果有很多台小型电机或群控多台小型电机,其节电效果更为明显。同时还可减少电动机启动时出现的冲击电流对其它电气设备的影响。

(4)抑制高次谐波
电源中的高次谐波一部分是由市电产生,另一部分是低压电气及电子设备发出的。上述谐波不仅造成电能的浪费,而且造成变压器因涡流及损耗的加大而过热、电动机过热及转矩下降,还会造成低压电容器柜中电容器过热、中性线电流增大等结果。为抑制高次谐波,该装置内部并联了一个消除线圈,它可以阻止市电送来的高次谐波,同时能抑制低压电气及电子设备发出的谐波电流。通常可抑制30%~50%或更多的高次谐波,上述措施也获得了一定的节电效果。

(5)降低了线路、变压器及电机绕组的铜耗
谐波高频率上升,高频电流增大,导致交流电阻增大,线损增加。由于该装置平衡了三相电压,抑制了高次谐波,由此降低了线路、变压器及电机绕组等的铜耗。按铜耗公式P=I2R计算,减少电流值及电阻值对铜耗有明显的减少。特别是长线路及电流值较大的线路,其节电效果更为理想。

(6)改善功率因数
该装置依靠线圈移相的方式提高用电设备的功率因数,采用了调整组别结线的方式来调整各相输出电流与电压相位,从而提高了功率因数,降低了用户的线路损耗。

(7)平衡电流或电压的瞬间变动
由于该装置采用了较理想的磁性材料和特殊的结线来平稳电流或电压的瞬间变动,为此对用电设备起到了保护作用,使用电设备免受电网电压波动的侵害,确保机电设备及电子设备的平稳运转。同时保证了工厂产品的合格率,将用电设备的使用寿命延长了2~3倍。
该装置是一套综合性的节能设备。综合上述各部分的节电功能,总体可节电约10%~20%,改善了用电环境,净化了电路,延长了用电设备的使用寿命。该节电装置已在我国许多单位安装并投入运行,效果良好。该装置产品节电情况见表2。

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