電力工程10kV配電設計中節能措施解析

錢宇

摘要：近年來，隨著經濟結構的深化改革，資源節約成為加快經濟發展方式轉變的主要方向和途徑。本文將對當前電力工程10kV配電設計中的節能問題進行分析，并在此基礎上提出一些建設性建議，以供參考。

關鍵詞：電力工程；10kV配電網；設計；節能措施

10kV配電設計節能是電力工程可持續發展的重要環節，關系著整個電力工程建設事業的可持續發展，因此應當加強重視。

1、電力工程建設中的10kV配電設計節能問題分析

10kV配電系統設計過程中可以看到，一些10kV配電站未設在負荷中心位置，以致于供電范圍超供電半徑，線路損耗隨之增大，供電質量和供電水平難以提高；同時，片面地追求供電的實效性，選用的變壓器容量過大，配電線路出現冗余、迂回，造成了嚴重的電能損耗。同時，存在著另一個比較嚴重的問題是因線路設計不合理而造成的損耗，具體表現在以下幾個方面：

第一，線徑過小，線路電阻過大。從理論上來講，線損、電阻值之間成正比，線徑越小，則線損就會越大。同時，還存在著負荷曲線異常波動問題，負荷曲線波動造成線損增加；當某時刻負荷過大時，必須增大變壓器容量，因此導致變壓器投資、耗損增大。當負荷曲線發生變化和波動時，運行電壓偏低，同樣功率條件下的電能輸送過程中會降低電壓，而電流隨之增大，以致于電能損耗增大。

第二，功率因數過低，導致電能損耗。配電網需輸送無功功率，恒定有功輸送過程中，cosφ（功率因數）越小，線路損耗和變壓器損耗均與負載電流的平方成正比，所以損耗增大。

第三，三相荷載不平衡。由于設計不合理，變壓器空載損耗正常時為恒量，而負荷損耗隨負荷發生變化，與負荷電流平方成正比關系。如果三相負荷不平衡，則三相變壓器荷載損耗可視為三只單相變壓器損耗總量；三相負荷處于平衡狀態時，變壓器運行過程中的能量損耗最小。對于低壓電網而言，三相負荷的不平衡反映到高壓側，最大不平衡狀態下，高壓線路損耗將另加至少10%。

2、電力工程10kV配電設計中節能措施

基于以上對電力工程10kV配電設計中存在的節能問題分析，筆者認為要想有效提高節能效果，可從以下幾個方面著手：

2.1合理布設配電線路

第一，盡可能縮短線路供電半徑值。供電半徑大小在一定程度上關系著電網系統的輸電功率，通過有效減少線損，可確保供電質量。配電線路設計過程中，建議深入配電系統負荷中心，縮短配電線路實際供電半徑，以此來提高電壓水平、減少線損。在電力工程10kV配電設計過程中，在不影響正常用電的條件下，建議將獨立變電所設在靠近負荷中心的位置，并且利用負荷電能、符合指示圖以及功率矩法來確定合理的位置。同時，還要將電源設在靠近負荷中心的位置，在供電容量不變、配電網電阻非常接近的條件，適當地增加分支線路，這樣可以起到有效降低線損的目的，在此過程中需避免出現單側出線供電的方式，以實現節能之目的。

第二，10kV線路導線截面應當足夠大。配電系統設計過程中，應當將10kV配電線路更換成大截面導線，這樣可以有效降低線路電阻，確保負荷不變的情況下，實現節能、降耗之目的。一般而言，功率損耗可通過△P=3I2R×10-3這一公式來計算，換線前電阻設定為R1，將換線之后的電阻設定為R2，功率損耗降低百分比可通過以下公式進行計算：

△P%=△P1-△P2/△P1*100%

=3I2（R1-R2）×10-3/3I2R1×10-3*100%=（1-R2/R1）*100%

如果每千瓦電價為A元，而且相鄰的截斷電纜每米價格差為B元，則在導線截面增大后，增加的電費M和投資N可表示為：M=△Wx×A，N=B×L，其中Wx代表有功電能損耗降值，而L代表的是導線的長度，利用四芯電纜埋地敷設之，然后對電流在30℃環境條件下的載流量進行計算。

第三，架空絕緣導線的選用。對于架空絕緣導線而言，其作為現代先進的輸電電路架設方式，較之于傳統裸導線架設形式而言，可以確保電力系統運行的安全可靠性，并且有效減少了電力系統中的線路短路問題，避免出現大面積停電等不良現象；架空絕緣導線技術的應用，可以節約空間，而且線路可在相對較為狹小的通道內有效穿過，較之于傳統的裸導線，線路走廊至少可以縮小一半。

2.2變壓器合理選擇與節能設計方案

對于變壓器而言，其作為配電線路系統中不可或缺的一部分，在節能設計過程中也是重點。一般而言，理想的應用狀態是確保平均負荷率在額定容量的1/2至3/4之間，實際工作過程中因變壓器的負載、功率因數不固定，而且可能會出現超載情況，所以變壓器選擇過程中，尤其容量選擇時需充分考慮其最大效率，并且要兼顧其他方面的內容，比如容量要適中。實踐中可以看到，如果容量太大，則可能會因空載而造成損耗；如果容量太小，則負載過大、過負荷等都會導致負載損耗。因此，在電力工程10kV配電設計中節能設計過程中，應當根據實際用途和需求，選擇容量適宜的變壓器及相關設備。實踐中，企業可根據自身的條件、情況，科學配置變壓器類型和數目。比如，一般負荷為三級的，可布設一臺變壓器；如果一、二級負荷占比較重，則需布設兩個電源對其進行供電，并且裝設兩臺變壓器；對于特殊場合，可利用多臺小容量變壓器，比如受作業條件、運輸條件的限制，在井下施工過程中所用到的變電站等，需選用能耗低、效率高的節能型小容量變壓器設備?？傊?，根據實際需求和施工條件，選擇合適的變壓器，對于實現節能降耗，具有非常重要的作用。

2.3 采用無功補償技術實現節能降耗

除以上設計措施外，為了提高節能降耗水平，建議采用適當的無功補償技術。在配電設計過程中的無功補償方式，主要有以下兩種形式。

第一，就地平衡補償方式。將并聯電容器布設在母線側，并且設計和安裝電容補償柜、動態調節設備，使用戶低壓端無功補償設備嚴格按用戶無功負荷的變換進行自動投切補償電容器，從而對其進行動態化管控。采用該種設計方案，既可以避免反送無功電能，又可以使配電線路無功電流降至最小，這是一種理想的狀態，也是節能設計的目標。同時，還可以將并聯電容器及相關設備安裝在母線側，以此來補償配電線路自身、變壓器無功損耗，并且對線路末端的電壓進行有效提高?；谪摵傻男再|、功率因數以及變壓器容量等，可對無功補償容量進行計算。比如，對某煤礦企業因使用了較多的三相用電設備，建議采取三相電容自動補償方式。由于補償無功功率調節的采樣信號是三相中的任一相，則另外兩相可能會過補償、欠補償，因此對電網的安全運行產生了不利影響。

第二，單獨就地補償。該種補償方式適用于經常投運、負荷穩定以及容量較大的電氣設備。比如，感應電動機或者高頻爐等電氣設備，需單獨安裝相應的就地補償設備，以此來補償之。

結語：電力工程作為能源消耗大戶，10kV配電設計中的節能措施應用非常重要，因此應當從電網布局、電力設備優化選擇以及無功補償技術應用等方面著手，進行綜合考慮，只有這樣才能實現節能降耗之目的。

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