水泥廠推廣應用“電纜最佳經濟截面運行”節能效果的分析和研究

閆光啟 潘世全 王琳琳 程曉東 王 立 楊勇偉 慎建軍 高國防

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

電力電纜截面選擇是一個大家十分關心的問題，是電氣（供配電）設計的主要內容之一。電力供配電線路在電力供配電系統中,既是傳輸電能的介質、又是消耗電能的設備。配電網的線損有很大的危害，發熱是線損造成的最突出問題，發熱的過程就是把電能轉化為熱能的過程,造成了電能的損失，電廠發出的電能有數千萬千瓦白白地消耗在各級電網中。發熱使導體溫度升高，促使絕緣材料加速老化，壽命縮短，絕緣程度降低，出現熱擊穿，引發配電系統事故，也是造成電氣火災的直接原因。

配電系統的線損造成能源的大量浪費配電系統的線損沒有轉化為有用的能量而白白浪費，而且還要通過如通風、冷卻等方式對熱量進行散發,也需要電能。根據統計數據，配電網的線損率嚴重者可達到10%甚至更高。這不僅意味著電能的損失，更表現在一次能源的大量浪費以及對環境造成更多的污染。因此，配電系統的線損產生的經濟損失，體現在發、供、用電的各個環節。如果不采取措施降低配電系統的線損率，必然對國家能源利用、環境保護和企業的經濟效益產生不良影響，而且隨著電力需求的不斷增長，電量損失也會越來越大。根據中國國情,如能全面推行按經濟電流選擇電線、電纜截面的方法,將可減少35%～42%的線路損耗,節能效果、經濟效益明顯。

按載流量選擇線芯截面時,只計算初始投資；按經濟電流選擇線芯截面時,除計算初始投資外，還要考慮經濟壽命期內導體損耗費用,二者之和應最小。當減小線芯截面時，初始投資減少，但線路損耗費用增加；反之，增加線芯截面時，線路損耗減少，但初始投資增加。某一截面區間內，二者之和總費用最少，就是我們追求的目標——經濟選型。

1 輸電導線電線、電纜型號的選擇

選擇依據∶輸電導線電線、電纜所處的電壓等級和適用場所。見表1，選擇電纜應具備的資料。

2 選擇導線截面的條件

表1 選擇電纜應具備的資料

為了供電系統安全可靠、經濟合理地運行，應以安全、經濟、質量和動態作為導體截面一般原則，并滿足下列條件∶1）按長時允許電流選擇∶導線和電纜長期通過最大恒定電流（計算電流）時導體工作溫度不應超過產品標準中規定的允許最高工作溫度。2）按允許電壓損失選擇∶導線和電纜長期通過最大恒定電流時線路中的電壓損失不應超過標準中規定的正常運行時電壓損失。3）按機械強度選擇∶導線和電纜的截面不應小于某一敷設條件下規定的最小截面，以滿足機械強度的要求。4）按短路時的熱穩定性的條件選擇∶電纜發生故障時按熱穩定性校驗選擇的截面應大于熱穩定性最小截面。

3 利用償還年限法選擇電纜最佳經濟截面

償還年限法就是直接比較兩個技術上可行的方案,在多長時間內可以通過其年運行費的節省，將多支出的投資收回來,它的目的就是找出最佳方案。

如果方案P1的投資L1低于方案P2的投資L2，而方案P1的年運行費C1高于方案P2的年運行費C2。這時就要正確權衡投資和年運行費兩個方面的因素，即應計算選擇投資高的方案的償還年限N。

N=（L2-L1）/（C1-C2）年（該估算公式未考慮利息影響）

如果年值較小，如只有二、三年，則顯然初投資高的方案經濟。若N值較大，如十年左右，那就償還年限太長，投資長期積壓，初投資高的方案就不經濟了。

因此，償還年限法的關鍵在于合理地確定標準的償還年限NH。一般我國的電力設計通常取5～6年。在方案比較時，把計算的償還年限N與標準償還年限NH作比較，若N=NH，則認為兩個方案均可；若N＜NH，則認為投資高的方案優于投資低的方案，若N＞NH，則相反。

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“IEC標準中關于導體經濟電流和經濟截面選擇的總費用最小法則原理和方法”不再詳細介紹，有興趣的讀者可以參考相關文獻資料。

4 電力電纜截面經濟電流選擇的工程案例

現以380 V動力配電電纜為例,取一些典型情況進行計算。

設回路負荷 P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7 的線路長度都為100 m，計算電流（即線路長期通過的最大負荷電流）分別為 40 A、80 A、150 A、250 A、400 A，選用YJV電力電纜沿橋架敷設，影響系數取0.78。

按發熱條件選擇電纜截面，并校驗電壓損失滿足小于5%的要求，其初選結果如表2所示。

表2 電纜截面初選結果

2）表中負荷壓降數據引自第三版《工業與民用配電設計手冊 表9-78》功率因數取0.8。

在電纜截面初選結果的基礎上，加大一、二級后，分別計算其初投資、年運行電耗和年運行費用的三個電纜截面選擇方案費用的比較結果，見表3。

表3 電纜截面三個選擇方案費用的比較

因此，從表三的選型結果可以得到如下結論∶1）按發熱條件初步選出電纜截面后,再人為加大一級，或采用多并電纜，從經濟學的角度看是明顯有效益的；從技術角度看，增大電纜截面，線路壓降減小，從而提高了供電質量，同時截面加大后溫升和無功損耗也會有所下降，而且截面的增大也為系統將來的增容創造了有利的條件。2）經過計算后，可以知道，電纜線路的長短與償還年限無關。3）當電纜截面大于150mm2后，可以考慮電纜的雙并或多并使用。但由于不同型號、規格電纜的電阻、電感等參數不同，連接處存在的接觸電阻不同,其結果會造成多并電纜的電流分配不平衡,因此，采用多并電纜時要選擇同型號、同規格的電纜。4）經濟效益與電價成正比、經濟效益與銅價成反比。

從前面的分析過程中，可以看出:電價越高償還年限越短，也就是節能后的經濟效益越明顯。而銅價越高償還年限越長，也就是銅價上漲后，放大截面的經濟效益會下降。因此在選用期間要對當期的電價和電纜價格經過詳細的測算、比對后，再確定電纜的選擇。

5 輸電導線截面的選擇原則

5.1 輸電導線型號的選擇

選擇依據∶輸電導線所處的電壓等級和適用場所。

5.2 選擇導線截面的條件

5.2.1 選擇導線截面的一般原則

1）按長時允許電流選擇。2）按允許電壓損失選擇。3）按機械強度選擇。4）按短路時的熱穩定性的條件選擇。

5.2.2 各種導線截面的選擇條件

1）高壓架空線路,不必考慮短路時的熱穩定性。2）高壓電纜，不考慮機械強度。必須考慮短路時的熱穩定性。3）低壓導線和電纜，對裸導線不校驗短路時的熱穩定性。但對于干線電纜，不必校驗其機械強度。

在選擇各種導線的截面時，應在其諸多的選擇條件中,確定一個有可能選擇出最大截面的條件。首先選其截面，其后在按其條件校驗，這樣可使選擇計算簡便，避免返工。

6 結論

企業在工程材料采購期間，應根據當期銅材的價格，結合今后對電價增長趨勢的測算,從而采取最合適的方案比較后,企業將會獲得更高的效益。尤其是對經常在尖峰時段運行的設備，效果更為顯著。企業向內控制成本節約一分，所取得的效益，遠勝于市場銷售業績增加十份的努力。

[1]馬國棟.電線電纜載流量[M].中國電力出版社,2003.

[2]中國航空規劃設計研究院.工業與民用配電設計手冊(第三版)[M].中國電力出版社,2005.