电气供配电系统节能设计研究

我国是能源消费大国，能源相对短缺，但能源浪费却相当严重，因此，节能设计显得尤为重要。

我国是能源消费大国，能源相对短缺，但能源浪费却相当严重，因此，节能设计显得尤为重要。节能设计的重点在于建立和健全节能管理机制，正确设计供配电系统，改革高电耗工艺，选用节能产品，更换改造低效设备，通过科学管理和合理组织生产，实现供配电及用电设备的经济运行。

1 合理计算优选供配电电压等级

在建筑电气供配电系统设计的过程中，应该依据建筑实体用电量的大小需求，科学合理的计算和优选供配电电压等级。当建筑的总用电量在 250kW及以上或变压器的供电容量在160kVA及以上时，可以采用10(6)kV的供电线路。像中央空调、给排水水泵等单台大容量用电设备设备系统的供电电压在节能选择时，根据建筑电气供电条件、电机起动控制方式以及电机起停过程对配电变压器的影响因素来合理确定，以350kW作为低高压的供电分界点。在设计低压供电系统的过程中，对于照明负荷，当电流在40A及以下时，普遍采用 220V 单相进行供电，当电流大于 40A 时，则采用 380/220V的三相供电模式。

2 电力变压器优化选型设计

2.1 优选节能型变压器

在高层建筑供配电系统的节能中配电变压器种类选择显得尤为重要。变压器运行中的空载损耗(铁损)主要发生在变压器铁心叠片内部，是由于交变的磁力线经内部铁心产生磁滞及涡流进而产生损耗。优质的铁心材料能有效降低变压器空载损耗，当前节能型变 压器的铁心材料为非晶合金铁。

2.2 合理选择配电变压器容量与台数

从损耗、投资费用等方面进行综合考虑，为了确保设计悬着的配电变压器在使用期内能够预留适当的容量，推荐变压器设计负载率在 75% ～ 85% 较为适宜，这样不仅可以获得较为好的技术经济性，同时又能确保变压器容量能够满足后期一定程度的扩容需求，增加其使用寿命和技术经济性。在配电变压器经济调度方案优化节能设计过程时，应结合负荷特性合理分配用电负荷、合理计算优选配电变压器容量与台数，即通过科学合理的调控设计方案，使配电变压器能够长时间运行在高效工况，有效降低变压器运行总损耗。为了降低供配电网络的电能损耗，达到较佳节能降耗效果，对于2台及以上配电变压器共同联合运行时，应根据系统负荷波动情况建立联 合经济调度运行模式。2 台及以上配电变压器损耗功率与负载波动间的关系为 ：当配电变压器负载小于或等于 Sa 时，则投运 1 台配电变压器较为节能经济 ;当负载大于 Sa 而小于 Sb 时，则投运 2 台配电变压器较为节能经济 ;当负载大于或等于 Sb 时，则投运 3 台配电变压器较为经济。当配电负荷率低于 30% 时，应根据实际运行负荷需 求切换到小容量变压器 ;当负荷率超过80%并通过设计计算不利于经济调度运行时，则在容量选择过程中需要考虑放大一级容量来进行节能设计。当建筑电气系统运行负荷功率较为稳定时，在合理分配负荷的情况下，应尽可能减少变压器的设计台数，应优选大容量、节能型配电变压器。

3 供配电节能设计措施

3.1 科学选择变压器

变压器是电压变换设备，广泛应用于电力系统，特别是 10kV 和 35kV 电压等级的变压器，在电力系统和配电系统中使用普遍，数量较大。据统计，目前在电网上运行的 10kV 和 35kV 级变压器约有10亿kVA以上。由于使用量大，运行时间长，变压器的选择和使用存在着巨大的节能潜力，特别是量大面广的10kV和 35kV级变压器。选择高效节能产品，不但对节约能源具有重要意义，同时还可以大大降低变压器的运营成本，是用电企业改善经济效益的重要途径。 在供配电设计中应选择高效节能变压器，从而有效减少电力运行费用，实现良好的经济效益。

3.2 合理选择电动机

在供配电设计中，电动机的选择应根据负荷运行不低于额定容量的 40%，变压器负荷率宜在 75―85%，不低于 60%。减少电动机能量损耗的主要途径是提高电动机的工作效率和功率因数。异步电动机在空载或轻载运行时，功率因数很低，空载时功率因数低于0.4，轻载时约为 0.6 左右 ;负荷在 70% 以上至满载时功率因数较高，约为0.85左右。所以，设计时如能正确的选择电动机的容量，使之尽可能地满负荷运行，将会大大提高自然功率因数。特别是当电动机处在空载运行状态时，或者是选用的为异步电动机，电动机的功率因数会非常低。因此，在供配电系统设计过程中，对于异步电动机的容量要合理进行选择，要求容量不能选择过大，使之能够达到满负荷运行即可。

提高功率因数，实施照明节能。如果将配电系统功率因数予以提高，那么能够大大降低输电线路上的无功损耗，达到节能目的。在电网系统中，电流在流经高压与低压线路后，传送到供电设 备的末端，这样一来，进一步增大了输电线路上的功率损耗。但是，这些损耗经过采取一定补偿措施后，是完全能够避免的。通常主要采取以下两种对策：一方面，降低设备的无功功率损耗，提升用电设备功率因数。因此在设计过程中，较好选择功率因数较高的设备。另一方面，采用静电电容器。在使用电容器之后，能够产生无功电流，这样一来，可抵消设备滞后的无功电流，从而提高设备的功率因数。

3.3 照明中的节能设计

照明用电量占据一大部分在电力供应和分配系统中，因此，也高度重视节能照明系统的设计。(1)电源的设计和详细的照明功率分布，以及严格的计算，根据中国目前的使用照明，电力照明数量和亮度的计算和审计，实现节能照明系统的设计。(2)调度负载在照明设计中，应严格按照三相负载等，为了防止因为三相不平衡负载等，造成损失的电线和变压器设备增加不良现象的发生。(3)注意照明灯具及光源的选择。

总之，节能已成为现今各个行业领域关注的重要话题，而供电系统或用电设备，都存在着巨大潜力。为实现“节电能、降电耗”的目的，电气设计中应正确设计供配电系统，精心考虑，反复衡量，选用节能型电气产品等，设计行之有效而又切实可行的节能措施，实现供配电系统及用电设备的经济运行，从而达到真正节约电能的目的。

本文作者：张鹏飞 国网阿鲁科尔沁旗供电公司

参考文献1 李华标.乡镇企业供配电系统节能改造措施的探讨[J].科技咨询导报，2007(9)：45-47

2 马晨鹏.铁路供配电系统节能设计[J].铁路通信信号工程技术，2011(1)：77-78

原标题:电气供配电系统节能设计研究