电力工程10kV配电设计中的节能措施研究

曹 倩 刘 峰

（徐州市三新供电服务有限公司邳州分公司）

0 引言

在中国社会经济快速发展的背景下，用电需求不断增加。但在电力供应过程中，由于受到各种因素的制约，电力能源浪费现象非常严重，不仅与我国绿色节能发展理念背道而驰，而且对我国社会经济可持续发展不利。配电网系统对我国经济和社会发展具有极其重要的推动作用，施工单位在开展日常施工作业时，经常需要结合实际情况合理选线，并根据相关数据参数应用配电线路，这不仅可以有效减少施工单位成本支出，还可以为我国社会发展做出极其重要的贡献。

1 节能在电力工程10kV配电设计中的重要性

在我国社会经济快速发展的背景下，我国对电力资源的需求也在大幅度增加，不仅造成了我国电力企业压力的大幅度提升，也使得电力工程建设过程中的一些问题日益凸显。经过有关研究发现，目前我国在电力建设中存在着很多不足，这些不足直接造成了我国电能利用率很低。针对这一情况，在我国社会经济发展过程中，需要重视对能源利用率的提高，并采取合理高效的节能措施来解决电力工程中出现的各类问题。

现阶段我国电力系统中，10kV配电线路由于存在覆盖面积广、线路较长、设备性能参差不齐等诸多问题，在实际应用和工作中存在着电能耗损严重等现象，直接严重影响着我国电力资源利用率，不利于绿色、节能、减排理念在我国的推广。正因如此，我国应加强对10kV配电设计中节能措施的运用，切实降低电能耗损这一难题，真正达到长期节能降耗的目的，推动我国社会经济稳步发展［1］。在实际开展相关工作过程中，有关工作人员要根据现阶段我国电力行业中的实际状况，采取合理高效的节能措施来优化10kV配电设计方案。努力把节能措施贯穿到10kV配电设计各个环节中，极大地提升节能工作效率与质量，促进电力资源利用率提高，切实把绿色节能可持续发展战略落到实处。

将10kV配电线路更换为大截面的导线，能够有效降低线路的电阻，满足供电需求，既保证输送负荷不变，又能实现节能降耗，功率损耗的计算公式为：P＝3I2R×10－3，将换线前电阻设为R1，换线后电阻设为R2，则降低的功率损耗百分比为：P%＝（P1－P2）／P1×100%＝3I2（R1－R2）×10－3／（3I2R1×10－3）×100%＝（1－R2／R1）×100%。

假设每千瓦时电价是a元，不同截面电缆每米的价格相差b元，增大导线截面之后，减少的电费M和增加的投资N分别是：M＝Wx×a（元），N＝b×L（元）。其中Wx是有功电能损耗的下降值，L是电缆长度，使用四芯电缆进行埋地敷设。计算出电流在环境温度30℃时的载流量。增大截面后节约的电能见表1。

表1 增大截面后节约的电能

2 电力工程建设10kV配电设计现状分析

10kV配电网络作为全电的末端环节，其变压器数量众多，输电线路密布，线路错综复杂，其网损在全电中占有较大比重。要想达到降低变压器能耗的目的，最重要的方法就是优化配电线路和做好变压器的选择。从10kV配电系统设计中可清楚地看到，一方面有些配电站没有把它布置在负荷中心位置上，这样不仅会导致供电距离的延长，而且还会损坏供电线路，降低供电效率和供电质量。另一方面，一些电厂过于简单地追求电力供应的实时性，而忽视了正确选取变压器的容量，所以若选择大容量变压器，工作时线路中会有迂回问题产生，这将导致电能浪费严重的结果。加之配电线路没有得到合理排布，会导致相关损失，具体如下：

（1）输电线路损耗起伏大，管理和防控能力不强

例如配电网网架结构过弱，电网互联互通能力不足，再者，由于没有对变电站配网线路进行有效、必须的支撑，这就很容易造成配网运行中的电能浪费。除此之外，还有一些输电线路老化严重，与此同时，也存在着大量的配电变压器容量与用电负载不匹配的问题，当负荷发展到一定水平后，需要提高变压器容量，而变压器容量的提高将造成经济损失。

（2）功率因数过低，造成电能损失

输送功率时功率因数过低，会使电能流失，供电线路损耗加大，为了降低损耗，需要加大线路横截面积，但这会使成本提高。

（3）发生了较为严重的局部窃电情况

整个社会用电环境仍需加大整顿力度，个别动力户、商户绕表布线，私自改变计量倍率和布线方式，或者私自改变计数器变速比等，导致电流电压短路、开路的结果，也因此对供电企业线损率乃至经济利益产生直接的影响。

3 电力工程10k V配电设计节能措施

在进行电力项目的施工过程中，在10kV配电设计中，应该主动地将节能措施贯彻到实际工作中，在实际工作中，应该从供电线路、变压器以及其它相关的各个环节来贯彻执行，从而推动电力工程稳步发展。

3.1 遵循设计基本准则

电厂供配电系统电气设计若离开了基本准则，即使再先进可靠，也不合理，所以工作人员在进行设计之初就应该根据电厂的实际状况进行设计，在供配电系统电气设计中采用失效模式分析方法，针对检测出的可能存在的隐患与问题进行防范，认真地思考各种影响因素的应对措施，从而减少了设计失误，提高了电路的设计质量。一般而言，电站供配电系统电气设计应该遵守如下几个原则：以人为本的安全性原则。任何项目设计无论其大小及是否重要，都建立在安全这一基本前提之下，如果安全很难得到保证，效益也就无从谈起。所以，电厂外部工作电压设计值应该小于人体安全电压，并保持稳定，这样，在系统出现故障后以便于工作人员安全地进行检修维护工作。对电气设计的控制系统来说，既要能够对整体及部分系统进行有效地控制，又要有出色且可靠的切断功能，以确保电路的安全操作。当前电厂已经陆续使用智能化电气设备，尽管其性能与效率都有显著提高，但是同时也会加大成本支出，因此，电气设计过程中应当以不降低设备功能与要求为前提，在电气设备选型上综合权衡、优化部署，尽可能选用性价比较好的设备，以达到以最少的投资获得最大收益的目的。环保节能原则。电气系统在运行过程中不仅要有能源作为支撑，同时还会造成一定程度的污染，因此为了响应我国节能环保理念，就必须选择低功耗、少污染的电气设备，通过节约电能来降低污染和增加电厂供配电电气系统的综合效益［2］。

3.2 配电线路设计的合理性

10kV配电线路实际工作中所造成的线路损耗占总电能损耗的比重较大，所以在10kV配电线路的设计部分，具有较广泛的节能空间，线路设计时注重高效合理的节能措施可以显著提高10kV配电系统节能效果。

线路设计节能措施可从两方面进行，即增加电缆横截面积和使用节能型辅助手段。第一种方法通过相关测损试验认为，在相同的环境温度和相同的电缆型号条件下，由于增加了电缆截面面积，电缆的长度呈下降趋势，因而可以获得较好的节能效果。第二种方式则以使用节能器为主，辅助提高配电网的节能率。使用悬挂线卡、抗张线夹、并沟线卡、抗冲击锤子和与电线相连接的铁磁金属，在磁场的影响下，很可能会出现磁滞损耗和涡流损耗，如果情况比较严重，还会对电线产生破坏。因此，在选择必要的电力系统金具的时候，应当优先选择低磁或者无磁类型。另外，利用适当的方法架空电力线路绝缘导线，还可以增加电力供应的稳定性，从而达到促进电力效率提高的效果。使用该方法可以有效地节约电力系统的线路空间和方便部分线路的通过，同时可节约线路材料的使用量，降低供电间断的数量，还利于后期电力维保［3］。

3.3 变压器的节能

变压器是10kV配电系统中的核心部件，其在实际使用过程中需要耗费大量电力资源，因此强化变压器节能设计刻不容缓。电力企业应注重节能型变压器的选型使用，当前国内较受欢迎的节能型变压器大致分为非晶合金变压器和超导变压器两大类。非晶合金变压器所采用的材质主要是非晶合金材料，这种材质在具体应用时可以在很短时间内冷却1300℃高温钢水，将其温度降至200℃以下而极速固化金属原子，所以相对于一般硅钢材料，非晶合金材料有较大的节能优势。非晶合金和硅钢性能比较见表2。

表2 非晶合金与硅钢的性能对比

由表2数据可见非晶合金材料软磁特性较高，比一般硅钢变压器尺寸小、能耗少，同等条件下，它空载能源消耗量仅为一般硅钢变压器空载能耗的20%。此外，单相非晶合金变压器在具体的制作中主要采用框形结构，三相非晶合金变压器在具体的制作中主要采用4个框形结构相结合的方式（如图1所示）。在10kV配电设计中采用此类非晶合金变压器可大大提高10kV配电系统的节能效果［4］。

图1 三相非晶合金变压器铁心结构图

3.4 采用无功补偿技术和合理的网络结构布置

为达到节能的目的，10kV配电设计也可采用无功补偿的方式，该方式包括如下两种形式：一种是就地平衡，即在母线的内侧布置并联电容器，并对电容补偿柜进行设计和安装，以此为基础达到节能的目的；另一种是就地单独补偿，可用于复合较多电气设备。在此基础上，还要合理地布置网络结构，电路安装中应注意电力设计安装等内容。在供出相同负荷时，电缆横截面积较小时线路的消耗较大。电源应尽可能地设计到负荷的中心位置，当计算负荷中心时，应使两侧的负荷距离相同。因此，在电线布局设计时，应尽可能使电线间保持一定间距。特别对于城乡配电网而言，应尽快解决这一供电问题，减少因不合理供电方式所形成的网络损失，并以此为基础达到节能的目标，推动我国电力事业稳步发展［5］。无功补偿示意图如图2所示。

图2 无功补偿示意图

4 结束语

总之，在我国城市化进程不断发展中，城市配网建设和农村电网建设水平都有显著提高，对改善用户工作和生活水平有着重大意义。电力工程节能减排工作主要是从10kV配电网入手，而解决其配电网能耗损失量较大以及配电设计当中怎样进行节能的问题则是当前我们要关注的重点。电力事业对社会经济发展起着至关重要的作用，它关系到各个领域、各个产业的顺利发展。而电力系统中配电线路设计质量的好坏将直接关系到电力工程质量水平的高低，所以需要综合考虑其设计重点，从而确保配电线路能够得到有效运用，顺利进行。