变电站能耗计算及节能措施研究

张体强 皮江红 杨迎

（湖北安源安全环保科技有限公司 湖北武汉 430040）

电能是资源利用最节能、最清洁、最便利、效率最高的方式之一。提高电力在终端能源中的比重，是我国终端能源结构优化的发展方向。电网作为电力输送和资源优化配置的平台，对促进新能源发展、提高能源开发利用效率、推动全社会节能减排具有重要作用。

随着工业经济发展，对电力资源的需求越来越大，在有限的资源下如何尽量满足社会的电力需求，节能降耗显得尤其重要。降低损耗等于在同等的条件下，输送出更多的电能，减少供电企业的运营成本。

1 变电站能耗介绍

变电站能耗主要为电能和水资源。变电站电能损耗主要包括变压器、电抗、电容等元件损耗及变电站站用电。其中最主要的是变压器损耗和电抗器损耗。变电站用水主要为生活用水、消防用水。

2 变电站能耗计算

2.1 主变压器电耗

变压器损耗是变电站电耗的最重要组成部分，变压器损耗主要包括变压器铁芯中的铁损（固定损耗）和变压器绕组电阻上的铜损（可变损耗）。变压器铁损是铁芯的磁滞损耗和涡流损耗，变压器只要通电即存在铁损，与通过的功率无关，主要与变压器的容量和电压有关；变压器铜损与电阻和通过电流有关。

变压器能耗理论计算方法参照《电力系统设计手册》[1]，计算公式如下：

ΔA=ΔP0T+ΔPC（S/Se）2τ

式中：ΔP0—变压器空载损耗（kW）

T—变压器运行时间（h）

ΔPC—变压器负载损耗（kW）

S—变压器运行容量（MVA）

Se—变压器额定容量（MVA）

τ—最大负荷损耗小时数（h）

变压器空载损耗、负载损耗可依据设备型号与生产厂家确定，或采用同类型产品的相应参数。如在可行性研究阶段、设计阶段主变压器未进行设备选型，则可根据《三相配电变压器能效限定值及节能评价值》等规范进行取值。变压器运行时间、最大负荷损耗小时数根据设计文件确定。S/Se即变压器负载率，220kV变电站一般可取值0.5~0.625。

实际运行中，变电站能耗与运行时间、负载、运行时间、运行方式等因素关系密切。变电站老化会增加能耗。由于长时间运行，变压器铁心的磁滞损耗和涡流损耗、局部的涡流损耗、主磁通在结构部件的涡流损耗以及变压器的介质损耗都会不同程度增大，从而引起损耗增大。

2.2 电抗器电耗

电抗器主要作用是吸收无功功率限制电压升高，提高输电能力。电抗器因能抵抗电流的变化，也被用来限制电力系统的短路电流。电抗器损耗是固定损耗，与运行电压有关。

电抗器能耗理论计算方法参照《电力系统设计手册》，计算公式如下：

式中：ΔP0—电抗器额定电压下的功率损耗（kW）

T—电抗器运行时间（h）

2.3 电容器电耗

电容器的主要作用是为电力系统提供无功功率，提高电力系统运行的稳定性，达到节约电能的目的。在远距离输电中利用电容器可明显提高输送容量。

电容器能耗理论计算方法参照《电力系统设计手册》，计算公式如下：

ΔA=0.003QcT

式中：Qc—电容器容量（kW）

T—电容器运行时间（h）

2.4 站用电

站用电指为站内设备正常工作、保证电网安全可靠供电的变电站自身用电负荷，主要包括站内辅助生产设施及附属生产设施耗电，分为生产系统、暖通系统、照明系统、给排水系统用电等，包括主变冷却器、空调、照明灯、水泵、风机等设备。站用电水平主要与变电站电压等级、规模及自动化程度有关[2]。

站用电理论计算方法参照《电力系统设计手册》，计算公式如下：

式中：Ec—变电站年站用电量（kW·h/a）

Pi—单项用电设备负荷（kW）

Ti—单项用电设备运行小时数（h）

0.7 —负荷系数

实际运行中，站用电需考虑设备实际运行时间、运行方式、效率及运行环境等。以设备的效率为例，对于水泵、风机等设备，需考虑设备效率；对于空调，则需考虑能效比。

2.5 变电站用水

变电站用水主要为生活用水、消防用水及不可预见用水。变电站用水量较小，一般500kV变电站用水量为2000~4000t/a。

生活用水为站内值守人员用水，用水量与项目所在地用水定额和值守人员数量成正比。变电站值守人员数量由变电站规模、项目所在地经济水平等因素决定。目前，220kV及以下电压等级变电站一般无人值守。

消防用水量的计算主要是主控楼和主变消防用水。根据GB50229-2006《火力发电厂与变电站设计防火规范》，主控楼体积不超过3000m3，可不设消防用水。湖北地区主控楼一般不设置室外消防栓。主变消防可设置泡沫喷雾或水喷雾，如果设置水喷雾，流量为80L/s~120L/s，灭火时间0.4h，室外消防栓10L/s，灭火时间2h。

不可预见用水量较小，一般根据工程规模估算。

3 节能措施

从变电站能源消耗种类考虑，变电站节能可以从节电和节水两个方面进行分析；从工程运行考虑，变电站节能可以从技术措施和管理措施两个方面进行分析；从主副层次与能耗结构上考虑，变电站节能可以从主要能耗设备和辅助生产及附属生产设施两个方面进行分析。本文综合各种分类，提出了以下几项主要的节能措施。

3.1 接入系统方案

接入系统方案决定了变电站在电网中的作用与地位，在地区电力负荷中心附近进行变电站选址，选择合理的接入系统方案有助于优化电网电能输送路径，减少电网能耗损失[3]。

3.2 变压器选型

按照在电网所处的位置与功能，变压站可分主变压器与配电变压器。主变压器是变电站、乃至电网的主要能耗设备，其电能损耗约占电网总损耗的25%~30%。市场上，变压器能效指标是变压器的主要参数之一。

开发低损耗变压器的主要手段是采用新材料，应用新结构和新工艺，有发展前景的新材料之一是非晶合金。目前生产采用的S15型非晶合金变压器的空载损耗可比用硅钢片铁芯S11型节能型变压器下降约60~70%，空载电流下降约80%，节能效果突出。

在经济条件允许下，选用空载损耗更低的变压器，能够有效地减少电能损耗。

3.3 站用电及站用变压器

在站用变压器容量的选择上，应严格按照变电站的实际用电负荷并考虑同时率计算站用变的负荷。正常运行状态下，站用变压器大多工况条件下不能满载运行，降低空载损耗将获得明显的节能效果。一般变压器经常性负荷配置在接近35%额定容量时，变压器能获得较高的运行效率。

变电站内辅助生产设施及附属生产设施，如空调、照明灯具、水泵等的选型也是非常重要的。选用满足国家相关标准规范中1级或同类能效水平的设施，能够减少变电站站用电，达到节约电能的效果。

3.4 设备老化

设备老化是一个拟人的概念，是对设备陈旧程度的形象化表述，具体表现为设备使用达到经济寿命年限、技术上已被先进的新型设备所代替、社会上已不再生产原型号设备等。设备老化不仅存在巨大的安全隐患，老化设备一般能耗也更严重。

根据广东江门供电公司的统计数据[4]，变压器老化能耗会明显升高。

表1 变压器能耗比较

对于设备老化的情况，应及时进行设备技术改造，采用新技术、新技术改造老设备，进行局部更新，延长使用寿命，或者直接更换。

3.5 变压器经济运行

变压器经济运行是在保障供电负荷的情况下，使变压器功率损耗为最小的运行方式。变压器经济运行不需追加投资，只要加强供电、用电管理，即可达到节点和提高功率因素的目的。根据理论计算公式，功率因数增大能提高主变效率，使损耗降低。

日常运行中应加强对主变运行的监控，提高功率因数，确保电压、无功的管理达到规定的范围。

目前，开始广泛推广的智能变压器、智能变电站也旨在通过调整变电站内电气设备运行，达到节约能源的目的。

3.6 设计节能

变电站可行性研究及设计阶段对变电站的设计要考虑节能，从设计、施工源头上将节能纳入变电站设计中能够达到事半功倍的效果。设计节能可以从设备选型、总平面布置、建筑设计等方面考虑节能。

变电站选址时需合理确定站址的坐标、方位和场地标高，减少拆迁还建工程量、土石方工程量、地基处理工程量以及施工难度，节省工程投资。合理的布置变电站内的各种电气设备，充分利用站内场地，能提高土地利用率，可节约土地资源。同时，站内遵行国家电网公司“两型一化”采用碎石满铺场地，可大大降低对水资源的消耗，同比节省用水量可达

85 %以上。

变电站内主要的建筑物为主控楼、电气设备室等。建筑设计中建筑物尽量采用南北方向布置，充分利用阳光天然能源及自然通风；建筑物屋面、外墙、门窗合理选用环保型建筑材料及降低层高等措施，加强了建筑物围护结构保温隔热性能，可减少空调、通风的能耗，达到节能的效果。

3.7 节水措施

变电站内给排水设备应尽量采用变频水泵与气压罐，可以防止水泵频繁启动和提供瞬时供水，节能便利。站内用水设施应选用节水型卫生器具及配水附件。

变电站内消防方式应结合工程需要尽量选用节水型消防方式，如合成泡沫灭火系统方案。与传统的水雾喷头消防方式相比，该系统泵房节水节地。同时灭火剂能生物降解，无环境影响。

变电站内设置事故油池回收变压器的事故油，进行油水分离后再利用，节约资源。

3.8 节能管理措施

变电站节能管理措施可以从管理制度、能源计量、计量管理等几个方面考虑。

变电站应根据《能源管理体系要求》（GB/T 23331-2009）和《工业企业能源管理导则》（GB/T 15587-2008）的要求，结合自身特点，建立了一系列节能管理制度与办法，并落实实施。

变电站应健全能源计量、监测管理制度，配备合格的能源计量器具、仪表，能源计量器具的配备和管理应达到《用能单位能源计量器具配备和管理通则》（GB 17167-2006）规定的要求。

变电站内应建立完善的能源计量管理体系，包括能源计量制度、设置专职能源计量管理人员及能源计量器具的管理等。

同时，变电站节能管理工作应满足节能评估报告及其审查意见的要求。

4 结论

变电站是电网的枢纽，能源损耗分析计算应采取理论与实践结合的方式展开，结合已投运的同规模变电站运行的参数，切忌脱离实际盲目理论研究。

变电站节能应从变电站全生命周期开展，从可行性研究、设计、施工、运行等多个阶段进行开展。变电站节能工作要依据能耗种类有针对性的开展，同时要把技术措施、管理措施相结合，减少对资源能源的索取，更好的完成国家电网公司的节能减排计划。

[1]电力工业部电力规划设计总院.电力系统设计手册[M].北京：中国电力出版社，1998

[2]陈兵，齐立勇.减少低压电网电能损耗的探讨[J].中国计量，2012（6）：38-39

[3]陈家庚，林其友.优化完善电网结构在节能减排领域中的应用[J].电力自动化设备，2012（2）：118-126

[4]胡思平，向海清.浅谈电能计量在节能降耗中的应用[J].中国电力教育2009年管理论从与技术研究专刊，2009：226-227