【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各產(chǎn)業(yè)和民用用電量大幅增加，電能損耗日益加劇，工廠變電站也不例外。本文介紹了某工廠供電系統(tǒng)，從功率因素和電抗器兩方面對(duì)工廠110kV變電站中電能損耗的原因進(jìn)行分析，并針對(duì)性地提出110kV變電站節(jié)能降損的措施途徑。

【關(guān)鍵詞】電能損耗；功率因數(shù)；電抗器；減損措施

0.引言

節(jié)能減排是我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，是貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀.構(gòu)建和諧社會(huì).建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的重要舉措。工廠的變電站在能源節(jié)約工作中具有特殊重要的地位。其中110kV變電站的能量損耗在電力系統(tǒng)總損耗中占據(jù)非常大的比例。因此，實(shí)現(xiàn)變電站的節(jié)能降耗不僅能實(shí)現(xiàn)國家節(jié)能減排目標(biāo)，還能提高企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)效益。本文將主要針對(duì)與110kV變電站電能損耗相關(guān)的因素來淺談其節(jié)能降耗的措施。

1.供電系統(tǒng)簡介

某工廠1#總降壓供電系統(tǒng)由2條110kV的線路一同供給，站內(nèi)總共有4臺(tái)110kV變6kV的主變壓器，容量50MVA變壓器有兩臺(tái)，31.5MVA變壓器亦有兩臺(tái)。6kV系統(tǒng)有饋線大概有50條，經(jīng)高壓電抗器供電給工廠各個(gè)車間配電室，以確保生產(chǎn)生活用電。1#總降壓供電系統(tǒng)簡圖詳見圖1。

圖1 1#總降壓供電系統(tǒng)簡圖

2.功率因數(shù)與節(jié)能降耗

2.1功率因數(shù)與電能損耗關(guān)系

功率因數(shù)即有功功率與視在功率的比值，可見在視在功率不變的前提下，有功功率越大，無功功率越小，功率因數(shù)就越高。電力用戶的功率因數(shù)是檢查和考核線損管理的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，而大用戶的無功功率對(duì)線損的影響甚大。車間裝設(shè)了并聯(lián)電容器，負(fù)荷功率因數(shù)從cosφ1提高到cosφ2，當(dāng)輸送的有功功率和電壓不變時(shí)，供電線路和變壓器的損耗有所降低。

其降低百分?jǐn)?shù)

ΔPcos=1-（cos

φcosφ

）×100% （1）

供電線路有功功率損耗減少的數(shù)值

ΔPL=

R

- （2）

變壓器銅耗減少值

ΔPcu=ΔPcur

1-

（3）

式中：P為輸送有功功率，kW；U為線路電壓，kV；R為線路電阻，Ω；ΔPcur為變壓器額定銅損，kW；S1為變壓器運(yùn)行負(fù)荷，kVA；S2為變壓器額定容量，kVA。

1#總降壓供電負(fù)荷隨著一系統(tǒng)預(yù)榨負(fù)荷逐年增加而增加，而6kV系統(tǒng)功率因數(shù)隨之偏低，其中功率因數(shù)偏低最為突出的是預(yù)榨1#線，平均功率約3700kW，線路阻抗約0.015Ω，平均功率因數(shù)在0.75左右，若提高至0.95，根據(jù)公式1可計(jì)算出供電線路和變壓器的損耗降低百分?jǐn)?shù)：

根據(jù)公式2可計(jì)算出供電線路有功功率損耗減少的數(shù)值：

ΔPL=

×0.015×

-

≈3466.5W≈3.5kW

3#主變額定容量50000kVA，運(yùn)行負(fù)荷40000kVA，額定銅損178.8kW，若線路功率因數(shù)0.75提高至0.95，則主變功率因數(shù)0.9提高至0.95，根據(jù)公式3，可計(jì)算出3#主變銅耗減少值為：

ΔPcu=178.8×

1-

≈11.7kW

則3#主變電量年（一年按365天計(jì)算）消耗減少值為：

ΔE=ΔP×h=11.7×365×24≈102.49（MWh）

由以上計(jì)算結(jié)果可知，功率因數(shù)的提高對(duì)降低供電線路及主變損耗效果極其明顯。

2.2提高功率因數(shù)的措施

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，并考慮投資小等特點(diǎn)，提高功率因數(shù)最有效最直接辦法就是無功補(bǔ)償。根據(jù)廠內(nèi)無功負(fù)荷分布的特點(diǎn)，按照無功功率就地補(bǔ)償?shù)脑瓌t，應(yīng)采用以分散補(bǔ)償和集中補(bǔ)償相結(jié)合的補(bǔ)償方式，更好地實(shí)現(xiàn)降低工廠供電網(wǎng)絡(luò)電能損耗的目的。分散補(bǔ)償就是對(duì)分散的配電變壓器以及分散的用戶感性負(fù)荷進(jìn)行分散就地補(bǔ)償，集中補(bǔ)償就是對(duì)主變壓器、輸電線、配電線在變電站的主變壓器二次側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償。

補(bǔ)償模式是在1#總降壓變電站進(jìn)行集中補(bǔ)償，在各車間配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分散補(bǔ)償，在各車間分散補(bǔ)償模式除了能降低變壓器損耗，也能更好的降低供電線路電能損耗，因此這種模式更節(jié)能。無功補(bǔ)償主要來自電容器補(bǔ)償、靜止無功補(bǔ)償、高次諧波濾波器、高壓同步機(jī)及透平發(fā)電機(jī)等五個(gè)方面。其中高壓同步機(jī)及透平發(fā)電機(jī)主要是以生產(chǎn)為主，補(bǔ)償為輔，并且補(bǔ)償量基本恒定，要想增加或更換基本不可能。而電容器補(bǔ)償、靜止無功補(bǔ)償及高次諧波濾波器具有投資小，施工簡單，降低電能損耗明顯等特點(diǎn)。

綜上所述，適合實(shí)際無功補(bǔ)償措施有：

（1）電容器無功補(bǔ)償，就是把具有容性功率負(fù)荷的裝置和感性功率負(fù)荷并聯(lián)在同一電容器上，能量在兩種負(fù)荷間相互轉(zhuǎn)換。優(yōu)點(diǎn)：接線簡單、運(yùn)行維護(hù)工作量小，使無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性。1#總降壓變電站采用了電容器高壓集中補(bǔ)償，而車間配電室也可用低壓電力電容器進(jìn)行個(gè)別補(bǔ)償或集中補(bǔ)償，這樣可以合理地提高了用戶的功率因數(shù)，避免功率因數(shù)降低導(dǎo)致電費(fèi)的增加。

（2）高次諧波濾波器，就是濾除電力系統(tǒng)中某一次或多次諧波的裝置，其可減少VDS及其他類似的3相6脈沖整流負(fù)載產(chǎn)生的所有的主要諧波電流。優(yōu)點(diǎn)：減少了注入系統(tǒng)的諧波損耗，從而節(jié)約了電能，效率>99%，消除諧波后改善了整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)。

（3）靜止無功補(bǔ)償（簡稱SVC），就是將可控的電抗器和電力電容器（固定或分組投切）并聯(lián)使用，通過對(duì)電抗器進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以使整個(gè)裝置平滑地從發(fā)出無功功率改變到吸收無功功率（或反向進(jìn)行），并且響應(yīng)快速。靜止無功補(bǔ)償器在低壓供配電系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用于電壓調(diào)整、改善電壓水平、減少電壓波動(dòng)、改善功率因數(shù)、抑制電壓閃變、平衡不對(duì)稱負(fù)荷，靜止無功補(bǔ)償器配套的濾波器能吸收諧波和減小諧波干擾等，其中靜止無功發(fā)生器（簡稱SVG）就是一種無功電流源，通過PWM脈寬調(diào)制控制技術(shù)，使其發(fā)出無功功率，呈容性；或者吸收無功功率，呈感性，因SVG技術(shù)發(fā)展較快，將來有取代SVC的趨勢(shì)。工廠在今后的無功補(bǔ)償上，也可以考慮應(yīng)用SVG。

3.電抗器與電能損耗關(guān)系

3.1電抗器電能損耗

1#總降壓每條6kV饋線裝設(shè)電抗器加上常規(guī)電流保護(hù)，用以限制系統(tǒng)短路電流，提高系統(tǒng)可靠性，每年將有大量電能消耗在電抗器本身，造成電能極大的浪費(fèi)。

若整條線路包括兩端，共有m個(gè)阻波器，每個(gè)額定電流為Iri（kA），額定損耗為Pri（MW），則電流Ijf（kA）流過m個(gè)阻波器流的電能損耗為：

△Er=

pT=I×

pT （4）1#總降壓運(yùn)行的三相限流電抗器總共55臺(tái)，電抗率為4%～8%，電抗率取平均值6%，額定電流分兩種：額定電流1000A，額定損耗14.385kW，共37條饋線；額定電流2000A，額定損耗22.728kW，共18條饋線。計(jì)算時(shí)饋線實(shí)際負(fù)荷取電抗器額定電流的1/3，根據(jù)公式4，可計(jì)算出單相電抗器年耗電量：

額定電流為1000A電抗器每年（一年按365天計(jì)算）消耗電量：

ΔEr=0.3332×

2×0.014385×365×24×37≈517.02MWh

額定電流為2000A電抗器每年（一年按365天計(jì)算）消耗電量：

ΔEr=0.6662×

×0.022728×365×24×18≈397.40MWh

那么，1#總降壓運(yùn)行的三相電抗器年耗電量（單相電抗器年耗電量乘以3）約為：

ΔEr=3×（517.02+397.40）≈2743.26（MWh）

根據(jù)以上計(jì)算，1#總降壓電抗器每年消耗約2743.26MWh（約274萬度），可見，電抗器本身電能損耗很大，增加了工廠供電成本。

3.2電抗器電能損耗的解決措施

解決電抗器電能損耗最有效的措施就是取消電抗器。應(yīng)用SEL351-6繼電器平臺(tái)上的光纖縱聯(lián)保護(hù)，以國際領(lǐng)先的鏡像位技術(shù)為基礎(chǔ)，確保在影響供電系統(tǒng)穩(wěn)定性的故障發(fā)生時(shí)，能迅速、可靠的切除故障線路。借鑒6kV饋線保護(hù)的成功經(jīng)驗(yàn)，在取消饋線電抗器的情況下，既能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又可徹底解決電抗器帶來的電能損耗。根據(jù)供電現(xiàn)狀分析，可以采取逐步取消電抗器方式，因?yàn)槿∠娍蛊鞅仨毺岣邤嗦菲鞣謹(jǐn)嗳萘浚瑫r(shí)匹配饋線繼電保護(hù)裝置。1#總降壓6kV饋線斷路器均能滿足無電抗器下的分?jǐn)嗳萘?，并?kV新系統(tǒng)開關(guān)配置的SEL351-6繼電保護(hù)裝置也能滿足保護(hù)的要求，車間高壓配電室在今后改造換型中可以逐步完善，最終實(shí)現(xiàn)保護(hù)取代電抗器的供電方式。

4.結(jié)語

總之，變電站作為電力輸送和資源優(yōu)化配置的平臺(tái)，對(duì)促進(jìn)新能源發(fā)展、提高能源開發(fā)利用效率，進(jìn)而推動(dòng)全社會(huì)節(jié)能減排具有重要作用。 作為送變電網(wǎng)路中重要變電環(huán)節(jié)的110 kV變電站，應(yīng)提高功率因數(shù)和取消電抗器，確保低線損運(yùn)行，從而為我國電力行業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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