高校校園低壓電網的節能降耗措施研究

田立秋

（青島農業大學，山東 青島 266109）

在電子產品廣泛普及的現在，電力系統的供電壓力不斷增大，在高校校園管理過程中，為緩解電力資源的供求矛盾，采用合適的節能降耗措施，對校園低壓電網的電能損耗情況進行有效的管理，不僅可以切實提升校園電能供應的穩定性，還能滿足高校師生對電力資源的實際需要。

1 當前高校校園低壓電網的具體情況

對當前高校校園的低壓電網進行分析可以發現，受電網的電壓等級較低、線路壓降較大等情況的影響，高校校園電網在電力資源供應過程中，將會產生較為嚴重的電力資源損耗，這種損耗在高校的運營費用支出中占據了極大的份額，在造成資源浪費的同時，對校園的運營管理造成了不利影響。

具體來說，首先，受到當前高校校園電網線路長度較短、截面積偏小、線路老化問題嚴重等情況的影響，使得電網線路的電能損耗相對較大；其次，受校園建筑密度較高、感性負載較多的影響，線路的三相負荷大多不平衡，這種情況下，不平衡電流將會增大損耗；再次，在電網使用過程中，受接戶線徑較細、線路偏長、負荷配置不夠合理、功率因數相對較低等問題的影響，電壓穩定性較差，線路的功率因數相對較低，師生用電往往會受到制約；最后，在校園中同類性質的線路負載相對集中，負載時間特別是高峰用電時間較為集中，電力供應的連續性與可靠性往往得不到有效的保證[1]。

2 高校校園低壓電網的主要損耗因素

現階段，為切實做到節能降耗，構建綠色校園，對高校校園低壓電網中的主要損耗因素進行分析，并采用合適的節能降耗方式，降低線損，成了一項極為必要的工作。具體來說，對當前高校校園低壓電網損耗進行分析，主要可以將其分成負載損耗、配變損耗與線路損耗3 種，其中，負載損耗主要是由電力資源的運輸效率與效益決定的；變壓器損耗主要可以分成鐵損與銅損兩種，在電力資源運行過程中，鐵損的大小為不變值，銅損的大小取決于線路負載電流的大小。

3 低壓電網的節能降耗措施分析

在節能減排、綠色低碳的發展形勢下，高校作為培養人才的要塞，為潛移默化地強化學生對于節能減排的意識，在運營過程中，保證節能降耗措施穩定順利落實成了一項極為必要的工作。低壓電網作為高校校園滿足師生對電力資源需要的重要供電系統，采用合適的措施降低電網損耗，已經成為切實提高高校社會效益與經濟效益的有效手段之一。

3.1 節能降耗技術的應用

在當前低壓電網系統應用過程中，為切實降低電網所造成的電力損耗，首先，高校方面可以在明確當前電網能耗的基礎上，通過加大資金投入，對校園電網系統進行大規模優化的方式，切實降低電網系統產生的能耗；其次，高校方面可以通過應用新技術、新設備的方式，對電網系統進行有效的監管，減少用電設備對電力資源的消耗，在降低低壓電網管理成本的基礎上，保證校園內電力資源的穩定供應；最后，在進行校園低壓電網節能降耗管理過程中，高校方面可以通過安排專門電網系統管理人員，并對人員進行電網管理新技術、新方法培訓的方式，保證管理人員能夠實時監控電網供電的具體情況，及時發現電力供應過程中存在的高耗電行為，并通過對高耗電行為進行合理處理的方式，為當前節約型校園建設提供支持[2]。

3.2 節能降耗的實例介紹

在當前的高校管理過程中，低壓電網節能降耗措施的應用不僅切實降低了校園用電成本，還能為“碳達峰、碳中和”目標的實現提供助力。現階段，為切實了解高校校園低壓電網節能降耗工作的價值，本文主要以某高校為例，介紹了該高校校園0.4kV 低壓電網的節能降耗措施。

3.2.1 使用高效節能負載

在該高校照明設備管理過程中，盡管白熾燈這類照明工具的負載效率能夠達到100%，但由于這類設備的光通量相對較小，使得在校園照明過程中，這類設備的經濟效應偏低?，F階段，為了在降低電能損耗的同時，延長照明設備的使用壽命，提高其經濟效益，高校方面選用高效節能負載燈具代替傳統白熾燈的方式，在滿足照明需要的基礎上，節約電力資源，降低照明成本。具體來說，在過去一段時間內，該高校使用損耗較大、效率偏低的電感鎮流日光燈進行照明，在實際使用過程中，一盞功率在40W 左右的日光燈，損耗在25W 左右，若一年內，一盞燈的工作時間在2000h左右，那么一盞燈的鎮流器損耗將達到50千瓦時?，F階段，該高校約有2 萬人，平均每人使用0.8 盞燈具，假設電費為0.60 元/千瓦時，忽略無功電流在線路上以及燈管所產生的損耗，那么該高校僅燈具照明浪費的電費為48 萬元，并且在實際使用過程中，受各種因素的影響，燈具在實際使用過程中，往往會因為各種因素而出現故障，此時需要對燈具進行維護，這種情況的出現進一步提升了燈具使用過程中所產生的成本?，F階段，為切實降低燈具照明損耗，該高校用高品質低內阻的電子鎮流燈具代替了日光燈，這種情況的出現不僅省去了燈具照明過程中產生的鎮流器損耗，節約電能，還因為相較于日光燈電子鎮流燈的使用壽命更長，出現故障的概率更低，這種情況的出現有效降低了照明產生的能耗損失與使用成本。

3.2.2 選擇合適線路截面積

在高校校園低壓電網供電過程中，供電線路的截面積大小與線路的電阻、線損之間存在著直接的聯系，現階段，面對高校低壓電網線路截面積較小、負荷率過高、過載能力不強、影響電力供應質量的情況，為切實降低電網的功能損耗，選擇合適的線路截面積，對負荷較大的線路進行更換，成了一項極為必要的工作。在該高校低壓電網改造過程中，為了在滿足師生用電需要的基礎上，節約電網改造費用，高校方面在明確當前校園電網系統實際分布及負載情況的基礎上，選擇了合適的有著合適截面直徑的線路，這種情況的出現一方面可以有效降低低壓電網線路的壓降，提高負載工作的穩定性；另一方面可以有效降低線路過熱問題的出現概率，節約電網系統的維護管理成本。具體來說，在線路體系改造前，該高校某區域150m 主線路使用50mm2的裸鋁線，線路在用電高峰期的平均電流為150A，非高峰時期的平均電流為100A，一年內，該線路高峰供電時間與非高峰用電時間分別為1500h與4500h，預估該線路的年線損在21000 千瓦時左右，限額極端，為降低因線損造成的損失，該高校用規格為（3×70+1×25）mm2的等長銅芯電纜鋼絞線代替裸鋁線，本次改造產生的成本在2 萬元左右，通過這種操作方式，該線路的年損耗降低到了10400 千瓦時，每年節約電能約為10600 千瓦時，減少的電費支出為6360 元/年，從線損節約電能成本的角度來看，改造成本在3 年內就可以完全收回，這種情況的出現為校園管理成本的降低提供了有效的支持。

3.2.3 調整線路負荷的平衡性

對高校校園低壓電網體系進行分析可以發現，電網體系主要由干線、支線、分支線共同構成。首先，該高校的干線為三相四線式，現階段，為切實降低線路在電力資源運輸過程中產生的損耗，高校方面應當在明確線路走向的基礎上，盡量降低線路的電阻，縮短線路的距離。其次，支線作為該高校各樓的進線，主要為單向兩線制，并且干線的長度相對較短、線徑偏低，但需要注意的是，盡管干線在電網體系中所占的比例較小，但由于干線與電網供電質量與負載損耗之間存在著直接的聯系，現階段，為切實降低干線的維修率，節約干線維護管理成本，高校可以通過使用三相四線制，適當增大干線線路截面積的方式，調節干線的負載平衡，減少其電能損耗與維修費用。最后，分支線屬于室內線路，與支線在配電箱位置相連接，大多采用單端樹干式，在實際使用過程中，由于分支線的長度相對較長，無法直接通過增加線路截面積的方式減少線路損耗，此時，高?？梢酝ㄟ^將分支線結構改為放射式的方式，降低線路的控制難度，減少電力資源傳輸過程中產生的損耗。

3.2.4 提高負載功率因數

由于校園低壓電網中的感性負載相對較多，這就使得電網體系中的無功電流占比相對較大，現階段，為切實降低電網的線損，可以通過電容補償的方式，提高負載功率因數，減少電路中的無功電流。在實際工作過程中，電容補償的方式主要包括就地補償、變壓器副邊補償、樓棟集中補償，其中就地補償的節能效果最好，并且實現難度最低，因此，在該高校通過電能補償方式，提高負載功率因數時，采用的方法為就地補償法。

4 配電系統節能降耗的技術實行方式

4.1 對電網進行合理布局

在高校低壓電網中，電網布局不合理屬于常見問題，此類問題的出現，會導致電網在運行過程中產生大量的能耗。故建議高校在改造電力線路的過程中，對負荷性質、大小和分布進行準確估算，并依據估算結果，選擇最經濟的布局，在計算線路損耗時可對下述公式進行利用。

在上述公式中，線路傳送的有功功率由P 表示，其單位是kW；線路電壓由Un 表示，其單位是kV；線路電阻由R 表示，單位是Ω；電功率因數由cos表示。

此外，在進行電網布局時，還要采取以下方面的措施：

選擇合適的配電方案。輸電線路分布的合理與否，與電能損耗存在密切的關聯。高校應盡可能采用環形供電網，在保證供電可靠性的同時，降低損耗。

做好變壓器和輸電線路的選擇。在高校低壓電網中，老式變壓器所占的比重較高，故建議高校盡快將老式變壓器淘汰。此外，還要做好變壓器容量的選擇，規避小馬拉大車問題的發生，通過這種措施的使用，使變壓器的負載率進一步提升。在表示變壓器效率時，可以對下述公式進行使用。

在上述公式中，變壓器額定視容量為Se，其單位為Kva；變壓器空載損耗由△PO 表示，單位是kW；變壓器負載損耗由△Pk 表示，單位是kW；變壓器負載系數由β表示。

4.2 加強對無功補償的重視

無功補償是利用技術措施降低線損的重要措施之一，如果校園配網系統中沒有重視和合理進行無功補償，則會加大無功補償配置。大量無功電流在電網中會增加線路損耗，變壓器利用率降低。因此，需要合理地選擇無功補償方式、補償點及補償容量，能有效地穩定系統的電壓水平，避免大量的無功通過線路遠距離傳輸而造成有功網損。一般可以采取集中、分散、就地相結合的方式，按照功率因數大小、負載電流的大小等進行合理規劃，對于校園建筑區域負載比例較大的情況，可以考慮分層單相無功補償或自動分相無功補償，由此避免因為在一相采樣信號作無功補償時可能造成其它兩相過補償或欠補償，這樣不僅無法滿足有效補償的需求，還會增大電網損耗，無法實現節能降耗的目的。

4.3 對低壓配電線路改造，擴大導線的載流水平

按導線截面的選擇原則，可以確定滿足要求的最小截面導線，但從長遠來看，選用最小截面導線并不經濟。如果把理論最小截面導線加大一到二級，線損下降所節省的費用，足以在較短時間內把增加的投資收回。導線有功功率損耗：

式中：

Ijs 為計算電流，A。

RO 為導線電阻，12/km。

L 為導線長度，m。

導線截面增加后，線損下降：

式中：

OPx 為線損有功功率損耗下降值，kW。

ΔWx 為線路有功電能損耗下降值，kWh。

ΔRO 為線路電阻減少值，12/km。

t 為線路運行小時數，h。

設每千瓦時電價為B 元，兩相鄰截面電纜每米價格相差E 元，則截面加大后，減少的線損電費M 和增加的線路投資N 各為：

M=0Wx×B（元）

N=E×L（元）

若M=N，則節省電費與增加投資相等，可得：

t=E/3IjsOROB x 10-6(h)

假設VV22-0.6/IkV 四芯電纜埋地敷設，計算電流為環境溫度30℃時的相應載流量，截面加大后會產生良好的節電效果。

5 結論

總而言之，在當前資源環境日益嚴峻的背景下，高校校園在進行運營管理過程中，可以通過合理應用節能降耗措施的方式，切實降低低壓電網所造成的電能損耗，在為“碳達峰、碳中和”目標的落實提供助力的同時，為高校的健康穩定發展提供有效的支持。