電氣設備的經(jīng)濟運行方式探討

李國芳

（中國石油集團渤海鉆探工程有限公司塔里木鉆井分公司，新疆庫爾勒841000）

1 引言

節(jié)約能源具有深遠的社會意義和顯著的經(jīng)濟效益，為了節(jié)約能源，許多國家都采用了有效的節(jié)能措施，加強節(jié)能技術研究，努力提高能源利用率。眾所周知，電氣設備和電氣線路在運行過程中，必將產(chǎn)生功率損耗。功率損耗之大小與所選設備是否合理，運行狀態(tài)是否合理等因素有關，電氣設備經(jīng)濟運行技術的主體思想是：力求電氣設備和電力線路的功率損耗率最低。

2 異步電動機經(jīng)濟運行

就目前情況看，要通過設計使電機運行效率提高百分之幾已相當困難，但由于運行不當而使電機運行效率降低百分之幾卻是常見現(xiàn)象，下面將討論電機選擇、配置負荷等方面的運行技術。

2.1 按經(jīng)濟原則選擇電動機容量的方法

對同一系統(tǒng)中不同容量的電動機而言，電動機額定容量越大，其額定效率也就越高，反之亦然。兩種不同容量的電動機效率曲線如圖1所示，對同一臺電動機而言，當負載率小于0.4時，負載越小運行效率也將越低，所以用很大容量的電動機拖動很小負載的運行效率，反而會比小容量電動機拖動此負載的運行效率低。上述兩種因素是相互矛盾的，選擇電動機容量時必須同時兼顧，既要避免大電動機拖動很小負載引起的低效率運行，又要避免大量使用小電機引起的低效率運行。兼顧上述兩種因素，針對實際負載選擇運行效率最高的電動機：①根據(jù)需要確定所選擇電動機級數(shù)；②以原來電動機拖動實際負載，測定該電動機的輸入功率P，根據(jù)其輸入功率曲線P1=f（P2）求出輸出功率P2；③選擇符合要求的各種規(guī)格的電動機，并計算各電動機對應于實際負載的負載率；④根據(jù)各電機的負載率表查出運行效率；⑤比較各電動機的運行效率，運行效率最高者就是被選電動機。

圖1 兩種不同容量的電動機效率曲線

2.2 讓峰附加線損計算與分析

所謂讓峰是將負荷限制在規(guī)定的數(shù)值之內，在某一時間切除部分用電設備。讓峰將會產(chǎn)生負荷波動進而產(chǎn)生附加線損。下面分別介紹讓峰制運行和負荷恒定不讓峰運行兩種情況，分析讓峰引起的附加線損。

對電力線路按讓峰制運行的情況做如下假設：在一路干線上枝接完全相同的n1臺電動機，每臺電動機的工作電流均為I（A），功率因數(shù)均為cosΦ，在規(guī)定讓峰的時間內切除n臺電機，余下n2臺電機繼續(xù)運行；在一天中不讓峰的時間為t1（h），讓峰后的時間為t2（h）,如圖2所示，讓峰前后電源電壓不變,在（t1+t2）時間內,電力線路向電動機輸送的電能為Wy（kWh）。

圖2

對電力線路負荷恒定而不讓峰的情況做如下假定：在一路干線上枝接np臺與上述假定完全相同的電動機，在（t1+t2）時間內向np臺電動機輸送的電能為 Wh（kWh），且 Wh＝Wy。

因此可得np與n1和n2的關系式，然后求得這兩種情況線路的電能損耗。

讓峰制運行時，在（t1+t2）時間內輸送的有功電能為：

負荷恒定且不讓峰時，在（t1+t2）時間內輸送的有功電能為：

令 Wh＝Wy即：

經(jīng)整理得

在（t1+t2）時內按讓峰制運行時干線上的電能損耗為：

在（t1+t2）時內負荷恒定而不讓峰時，干線上電能損耗Wh和讓峰引起附加電能損耗Wfi1分別為：

上式表明讓峰將引起附加線損，這個附加線損的大小與切除設備的總電流的平方成正比，因此避免讓峰運行制。

3 電力線路的經(jīng)濟運行

3.1 按經(jīng)濟運行原則選擇導線截面規(guī)格

在導體材料和敷設方式相同的情況下，單位長度的導線電阻r與導線截面A成反比，因此導線截面越大，單位長度的電阻r越小，同時導線截面越大，單位長度的電阻抗也略有減少。因此在負荷一定的情況下，導線截面越大，線損率將越小，但用銅(鋁)量將隨之增加；當敷設方式不同時，線損率也將不同，而且大截面導線線損率隨敷設方式而變的差異更加顯著，當cosΦ＜1時，導線的標稱截面越大，線損率系數(shù)也將越大，線損率隨標稱截面增大而增大的規(guī)律接近于直線。負荷的功率因數(shù)越低，這條直線的斜率也將越大；負荷的功率因數(shù)越高，這條直線的斜率越小；負荷的功率因數(shù)等于1時，這條直線的斜率接近等于零。在功率因數(shù)相同的情況下，線損率隨標稱截面增大而增大的速率以架空線最高，室內明敷線次之，電纜和穿管線最低。

總之，同一種型號同一種敷設方式的導線，標稱截面越大，線損率系數(shù)也越大，標稱截面越小，線損率系數(shù)也將越小；采用大截面導線集中配電的線損率高，采用小截面導線分散配電的線損率低，用小截面導線并聯(lián)起來代替大截面導線集中配電，線損率也低。

3.2 減少接線不對稱附加線損

用一路單相二線制線路作為照明干線，會引起較大的接線不對稱附加線損，為了減少這種線損，應做到：①將單相二線制照明干線改為三相四線制干線；②盡量擴大三相四線制干線的配電區(qū)域；③不僅要使各相的照明負荷相同，而且還應使各相的負荷力矩相等。

現(xiàn)在計算用三相四線制功率損耗與單相二線制功率損耗的關系。

單相二線制線路的功率損耗為：

三相四線制中將上述電流均勻地分配到三相線路上，故每相導線的電流將變?yōu)椋使β蕮p耗為：

由上式可以看出三相四線制的功率損耗是單相二線制的六分之一。

4 電網(wǎng)無功補償容量

根據(jù)經(jīng)驗，僅靠提高功率因數(shù)達不到功率因數(shù)規(guī)定值的標準，為了使功率因數(shù)達到規(guī)定值，必須進行無功補償。根據(jù)無功補償裝置在各級電網(wǎng)的分布情況，分為縱向一次補償和縱向分級補償方案。縱向一次補償方案是將供電系統(tǒng)的全部無功補償裝置分布于各級電網(wǎng)中，縱向分級補償方案是裝置分布于各級電網(wǎng)中，通常采用縱向一次補償方案。

供電系統(tǒng)縱向補償方案不同，功率損耗也將不同。相比之下，縱向一次補償方案中，變壓器、電力線路、補償裝置的總功率損耗最大；縱向分級補償方案中，變壓器、電力線路、補償裝置的總功率損耗較小。

在縱向分級補償方案中，如果各級電網(wǎng)的補償容量恰當，能使變壓器、電力線路、無功補償裝置的總功率損耗最小。

5 結論

通過優(yōu)選電氣設備及運行方式、運行參數(shù)和運行狀態(tài)等方法，可以充分提高電氣設備的運行效率，是一種投資少效果顯著的節(jié)電技術。

［1] 徐玉琦.工廠電氣設備經(jīng)濟運行.

［2] 呂如良,沈漢昌,陸慧君,郭文華.電工手冊.