工厂配电系统节能措施研究

陈吉

摘 要： 电能作为当今世界最主要的能源之一，在生产过程中消耗与浪费十分严重，各类工厂是电能利用的大户。为了缓解的能源紧张的局势，提高电能利用率，做好工厂供配电系统的节能措施是十分必要的。本文主要对工厂配电系统中提高电能利用率的节能措施进行探讨，供相关人员参考。

关键词： 工厂配电系统 节能措施 降低损耗

1.引言

提高电能的利用率和使用率，节约能源、节约资金，工厂的节电工作涉及面很广，既包括配电系统的节能改造，又包括电动机、风机、水泵等用电设备的节能改造。其中，配电系统的电能损耗率是工厂一项重要的电气综合技术经济指标，开展对工厂配电系统节能措施的研究具有非常重要的现实意义。

2.工厂配电系统损耗的组成

工厂的配电系统电能损耗与厂内的负荷分布、网络结构、无功配量、运行方式、用电构成、电压等级，以及一、二次设备的技术性能等因素有关。

配电网损耗理论上由三部分组成，即发生在线路导线电阻上的电能损失，发生在配电变压器高低压绕组电阻上的电能损失和发生在配电变压器铁芯上的电能损失。

3.降低配电系统的损耗的主要措施

3.1改造卡脖子线，增大导线截面。

随着生产发展的需要，厂内线路有的增大了负荷，增加了大的用户，有的由于电源的重新布点，使原来线路的末端变成了首端，形成了卡脖子线。改造时应增大这些导线的截面，既保证供电容量，又降低线路电阻，达到降损节能的目的。改造卡脖子线的标准是使线路导线截面在最大负荷时，其电流密度不大于1～1.5A/mm2。当线路的导线截面一定时，在条件允许时，采用已有的双回路并联工作和尽量利用备用线路供电，通过间接增大配电线路导线截面，降低导线电能损耗。

3.2改造导线的接续方法。

线路导线接续不好会使接续点发热，并损耗能源。我们对导线的接续采取了如下措施：

3.2.1导线接续尽量避免缠绕法，改为炮接、有张力时的钳接和无张力时的设备线夹连接。

3.2.2不同导线接续在耐张杆的引流或设备上完成，应该用铝铜过渡线夹。

3.2.3导线或设备线夹在安装前就处理好，无锈蚀，安装时要紧固好。

3.3采用无功补偿，提高功率因数。

工厂供配电系统中，功率因数的高低是衡量一个工厂电能质量高低的重要指标，功率因数偏低，就意味着系统中无功电源不足，会导致系统电压降低而造成电能损耗增加，用电效率降低。一般要求工厂的月平均功率因素达到0.9以上，当企业的自然总平均功率因数较低，单靠提高用电设备的自然功率达不到要求时，应采用必要的无功功率补偿设备进一步提高工厂的功率因数。在笔者合作的工厂中，主要采用电力电容器进行无功功率补偿。

补偿方式有两类：

3.3.1高压集中补偿。

高压集中补偿是将并联电容器集中装设在高压配电所的高压母线上，这种补偿方式只能补偿高压母线前边所有线路上的无功功率，高压母线后面的无功功率得不到补偿，这种补偿方式只适合于大中型企业。

3.3.2低压集中补偿。

低压集中补偿将并联电容器装设在变电所的低压母线上，一般负荷较集中的小型企业用此补偿方式比较经济。

根据实际情况，考虑到合作工厂负荷多为高压供电，故采用高压集中补偿的方式进行补偿。

3.4抑制谐波电流的产生。

配电系统中的谐波不仅危害配电网络本身，而且危害周边的配电设施。随着电子设备的不断发展与应用及设备装备水平的不断提高，电力电子设备越来越多，谐波电流量逐步增加，谐波问题会越来越严重。因此，需要在工程设计中充分考率如何抑制谐波电流。

3.4.1电容补偿使用带电抗的补偿系统。

（1）原理分析。如图1串联谐振电路的阻抗曲线所示，曲线①为电抗器电抗XL=ωL，曲线②为补偿电容容抗Xc=1/ωc，曲线③为电抗器与电容器串联后的阻抗Xo，fo为此谐振电路的谐振频率，此处阻抗为零。由谐振条XL=Xc可得到f0=fe/2P，其中fe为系统额定频率，P为电抗率。其中f0应低于电路中含量较多的最低次谐波。串联谐振电路对于高于f0的谐波呈感性，消除了谐振现象。对于远低于f0的基波呈容性，起到电容补偿作用。

（2）应用分析。由负荷类型统计可知，工厂配电系统的非线性负荷产生的谐波主要为3次（150Hz）及5次（250Hz）谐波。如图2所示，取电抗率P为12.5%，使fo=141Hz，得到曲线①，可见此曲线对于3次谐波呈现低阻抗，大量的3次谐波电流被它吸收。但此曲线对于5次谐波则呈现高阻抗，使其对于5次谐波的吸收几乎为零。另取电抗率P为4.5%，使fo=236Hz，得到曲线②，此曲线对于5次谐波呈现低阻抗，两条曲线相结合有效地抑制了3次及5次谐波。可见选用双电抗系数（12.5%+4.5%）的非调谐滤波设备，对于工厂这样主要以3、5次谐波为主的低压配电网络在技术上是可行的。将两种电抗系数的电抗分别与步长一半容量的电容串联，即12.5%电抗器+15 kvar电容与4.5%电抗器+15kvar电容作为一组（设电容步长为30kvar），在补偿系统内根据负荷的变化情况，将若干组分组轮换投切。这样带电抗器的电容补偿系统，既可实现提高功率因素的功能，又可发挥抑制谐波、净化电网的功能。

3.4.2适当加大低压电缆及低压柜中母排的中性线。

工厂变配电室电容补偿使用带电抗器的补偿装置后，可以使变压器的损耗减少，提高变压器利用率，但低压配电系统内为非线性负荷配电的电缆及低压柜母排的中性线中还是有大量谐波电流的。

为了防止中性线过热而引发事故，应适当加大中性线截面。例如给气体放电灯供电的照明回路，在三相负荷分配平衡时，中性线截面与相线截面相同；在三相负荷分配不平衡时，为满足中性线负荷在不过载的情况下运行，中性线截面可能会比相线截面大一级。对于为非线性负荷供电的电缆，其中性线截面宜与相线相等，或是选择大一级的电缆。

4.结语

节约能源、降低损耗是企业实现可持续发展的前提和关键，也是企业不可推卸的社会责任。本文从工厂配电系统电能损耗的几个方面进行了分析，就如何降低损耗，提高工厂配电系统的利用率，并结合合作工厂的具体情况进行了阐述，事实证明，本文提出的方法切实可行。

参考文献：

[1]电力电缆线路设计施工手册.北京：中国电力出版社，2007.

[2]高压并联电容器无功补偿实用技术.北京：中国电力出版社，2006.

[3]线损管理手册.北京：中国电力出版社，2007.

[4]配电系统故障处理自动化技术.北京：中国电力出版社，2006.

[5]刘介才.工厂供电.北京：机械工业出版社，2009.