供電系統(tǒng)節(jié)能改

1、供電系統(tǒng)節(jié)能改第1頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一本章主要內(nèi)容第一節(jié) 供電系統(tǒng)組成第二節(jié) 功率因數(shù)對供電系統(tǒng)的影響第三節(jié) 降低 變壓器損耗的技術(shù)措施第四節(jié) 降低線路損耗的技術(shù)措施第五節(jié) 電力品質(zhì)改善第2頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一考綱要求所在節(jié)考試標(biāo)準(zhǔn)適用范圍要求內(nèi)容4.1 供電系統(tǒng)組成識記供電損耗的組成、線損率的概念線損類型4.2功率因數(shù)對供電系統(tǒng)的影響識記功率因數(shù)的基本概念領(lǐng)會功率因數(shù)對供電系統(tǒng)的影響應(yīng)用功率因數(shù)的計算4.3降低變壓器損耗的技術(shù)措施識記降低變壓器損耗技術(shù)措施的類型應(yīng)用合理控制變壓器的運(yùn)行臺數(shù)第3頁，共32頁，2022年，5月2

2、0日，0點5分，星期一考綱要求所在節(jié)考試標(biāo)準(zhǔn)適用范圍要求內(nèi)容4.4降低線路損耗的技術(shù)措施識記降低線路損耗技術(shù)措施的類型領(lǐng)會對電網(wǎng)進(jìn)行升壓改造，減少變電容量提高運(yùn)行電壓及功率因數(shù)合理調(diào)整日負(fù)荷4.5電力品質(zhì)改善識記電力品質(zhì)惡化的典型表現(xiàn)改善電力品質(zhì)的措施領(lǐng)會諧波超標(biāo)的危害性無功補(bǔ)償?shù)姆诸悷o功補(bǔ)償?shù)墓?jié)能原理應(yīng)用提高自然功率因數(shù)的措施供電系統(tǒng)諧波治理第4頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一教師導(dǎo)讀 電流經(jīng)過線路和變壓器等設(shè)備時，會產(chǎn)生功率損耗和電能損耗，這些損耗稱為供電損耗。降低線路損耗是企業(yè)節(jié)約電能的重要途徑之一。本章主要介紹了供電系統(tǒng)各種損耗、功率因數(shù)等基本知識，介紹了降低線損

3、、變壓器損耗以及改善電力品質(zhì)的節(jié)能措施。本章的重點是：功率因數(shù)對供電系統(tǒng)的影響、降低變壓器損耗的技術(shù)措施、降低線路損耗的技術(shù)措施。本章的難點是：功率因數(shù)的計算、合理控制變壓器的運(yùn)行臺數(shù)的計算，提高自然功率因數(shù)的措施和諧波治理*。第5頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一4.1 供電系統(tǒng)組成 從電網(wǎng)送到企業(yè)的電能，經(jīng)降壓后分配到各用電車間或用電設(shè)備，這就構(gòu)成企業(yè)內(nèi)部的供電系統(tǒng)。它由高壓及低壓配電線路、變（配）電所和用電設(shè)備組成，如圖4-1所示。第6頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一4.1 供電系統(tǒng)組成供電損耗：在企業(yè)內(nèi)部的電能輸送和分配過程中，電流經(jīng)過線路和變

4、壓器等設(shè)備時，會產(chǎn)生功率損耗和電能損耗，這些損耗稱為供電損耗。線損率：供電損耗電能占輸入電能的百分比（或功率損耗占輸入功率的百分比）線損一般可分為可變損耗和固定損耗兩部分?？勺儞p耗是指當(dāng)電流通過導(dǎo)體時所產(chǎn)生的損耗，導(dǎo)體截面、長度和材料確定后，其損耗隨電流的大小而變化。而固定損耗與電流大小無關(guān)，只要設(shè)備接通電源，就有損耗。可變損耗包括降壓變壓器、配電變壓器的銅損及線路和接戶線的銅損。固定損耗是指降壓變壓器、配電變壓器的鐵損，電力電容器的介質(zhì)損失，電度表電壓線圈的損耗等。第7頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一4.2 功率因數(shù)對供電系統(tǒng)的影響功率因數(shù)的基本概念 根據(jù)電磁感應(yīng)原理而

5、工作的，如交流異步電動機(jī)、變壓器等都需要從電源吸收一部分電流，用來建立交變磁場，為能量的輸送和轉(zhuǎn)換創(chuàng)造必要的條件。這些建立磁場的電流在相位上落后于電壓90的電角度，所以在半個周期內(nèi)吸收電功率，而在另半個周期內(nèi)釋放電功率，并且兩者相等，總體上并不消耗能量，這就是通常所稱的感性無功功率。也就是交流電路內(nèi)電源和磁場相互交換的功率。 若在交流電網(wǎng)中投入電容器，并忽略電容器的介質(zhì)損耗時，電容器的電流將超前于電壓90的電角度，所以在半個周期內(nèi)放電，在另半個周期內(nèi)充電，同樣不消耗能量，稱之為容性無功功率。 在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，一般以感性負(fù)載為主，所以同時存在有功功率和無功功率。有功功率是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所

6、需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量（機(jī)械能、光能、熱能）的電功率，稱為有功功率。對于感性負(fù)載來說，其有功功率P（kW)、無功功率Q (kvar)及視在功率S (kVA)之間存在如下：第8頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一圖4-2 有用功、無用功率和視在功率的關(guān)系 圖4-2中角為功率因數(shù)角，它的余弦（cos)是有功功率與視在功率之比，稱為功率因數(shù)。即： 由功率三角形可見，在一定的有功功率時，若用電企業(yè)所需的無功功率越大，則其線路電流及視在功率都相應(yīng)增加，從而加大了供電線路及變壓器的容量，這樣不僅增加了供電設(shè)備的負(fù)擔(dān)及投資，而且加大了線路損耗，必將造成電能的浪費(fèi)，同時還

7、會造成線路壓降加大，影響供電質(zhì)量等不良效果，因此應(yīng)采取措施， 設(shè)法減少線路上的無功電流。第9頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一4.2 功率因數(shù)對供電系統(tǒng)的影響功率因數(shù)的計算： 第10頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一1、已知某企業(yè)2009年12月份有功電量為54000kWh，無功電量為23000kvar，計算該用戶按當(dāng)月統(tǒng)計考核的加權(quán)平均功率因數(shù)cos。 解：當(dāng)月加權(quán)功率因數(shù)等于： 4.2 功率因數(shù)對供電系統(tǒng)的影響第11頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一4.2 功率因數(shù)對供電系統(tǒng)的影響 第12頁，共32頁，2022年，5月20日，0點

8、5分，星期一4.2 功率因數(shù)對供電系統(tǒng)的影響功率因數(shù)對供電系統(tǒng)的影響（P130131)1、供電線路及變壓器的電壓損失增大 電壓損失由兩部分組成，一部分是輸送有功功率P產(chǎn)生的；另一部分是輸送無功功率Q產(chǎn)生的。供電線路的電抗X要比R大24倍，即供電線路的電壓損失大部分是由于輸送無功功率產(chǎn)生的。變壓器的電抗X 比電阻R要大510倍，可以認(rèn)為變壓器的電壓損失幾乎全部是輸送無功功率產(chǎn)生的。第13頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一2、供電線路及變壓器的損耗增大 有功功率損耗與電流平方成正比，與功率因數(shù)的平方成反比， 如果功率因數(shù)降低或電流增大，有功功率損耗則以平方關(guān)系增加。3、發(fā)電機(jī)的

9、出力降低 對電力系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備來說，無功電流的增大，對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的去磁效應(yīng)增加，電壓降低，如過度增加勵磁電流，則使轉(zhuǎn)子繞組超過允許溫升。為了保證轉(zhuǎn)子繞組正常工作，發(fā)電機(jī)就不允許達(dá)到預(yù)定的出力。此外，原動機(jī)（汽輪機(jī)、柴油機(jī)等）的效率是按照有功功率衡量的，當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的視在功率一定時，無功功率的增加會導(dǎo)致原動機(jī)效率的相對降低。第14頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一4.3 降低變壓器損耗技術(shù)措施1、改善功率因數(shù) 降低供用電設(shè)備的無功功率以改善功率因數(shù)，從而提高供電能力，減少電能損耗。如無功功率消耗量大，會導(dǎo)致電流增大，使供電系統(tǒng)及變壓器的容量增大，增大供電線路和變壓器的損耗。在

10、負(fù)荷電流不變的條件下，減少無功電流，則總電流亦隨之減少。無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量是根據(jù)電網(wǎng)或變配電所的功率因數(shù)而確定。無功功率減少的經(jīng)濟(jì)效益，可用無功功率的經(jīng)濟(jì)當(dāng)量來表示，即每減少1kVar的無功功率所降低的有功功率損耗值，用來表示。企業(yè)變電所變壓器安裝點距無功電源越遠(yuǎn)，無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量越大。經(jīng)過計算，企業(yè)變電所的K值為0.020.1，經(jīng)過兩級變壓為0.050.07，經(jīng)過三級變壓為0.080.1。第15頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一2、合理控制變壓器的運(yùn)行臺數(shù) 使變壓器總的功率損耗最小，這種功率損耗最小的運(yùn)行方式，稱為變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。 企業(yè)變電所中安裝有數(shù)臺容量相同、特性

11、相同的變壓器時，需要根據(jù)負(fù)荷、有功功率和無功功率損耗特性及無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，計算出最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行臺數(shù)。變壓器并聯(lián)應(yīng)同時滿足的運(yùn)行條件（能源工程技術(shù)概論）：變壓器的接線組別相同；變壓器的變比相同(允許有士0.5%的差值)；變壓器的短路電壓相等(允許有士10%的差值)。前兩個條件保證了變壓器空載時繞組內(nèi)不會有環(huán)流，第三個條件保證負(fù)荷分配與容量成正比。第16頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一4.3 降低變壓器損耗技術(shù)措施合理控制變壓器的運(yùn)行臺數(shù)的方法SN為變壓器的額定容量、P0為變壓器空載有功損耗、Q0變壓器空載無功損耗，Pk為變壓器負(fù)載有功損耗、QN變壓器額定負(fù)荷無功損耗，I0為

12、空載電流占額定電流的百分率，UK短路電壓占額定電壓的百分率）第17頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一4.4 降低線路損耗的技術(shù)措施措施1： 對電網(wǎng)進(jìn)行升壓改造，減少變電容量 對電網(wǎng)進(jìn)行升壓改造，簡化電壓等級，減少變電容量，可以降低電能損耗。 在負(fù)荷功率不變的情況化，將電網(wǎng)的電壓提高，則通過電網(wǎng)元件的電流相應(yīng)減小，功率損耗也相應(yīng)隨之降低。因此升高電壓是降低線損的有效措施。電網(wǎng)中負(fù)荷電流的大小是變化的，負(fù)荷電流越大，其線損也越大。進(jìn)行升壓改造，簡化電壓等級，不僅可以適應(yīng)負(fù)荷增長的需要，而且可以降低線損。第18頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一措施2：確定電網(wǎng)

13、經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行方式 如果是均一的電網(wǎng)，即各線段的x/R為常數(shù)，R 為電阻，單位為歐姆 ，X 為電抗，單位為歐姆。則自然功率分布和經(jīng)濟(jì)功率分布是一致的。可以采用合環(huán)運(yùn)行，合環(huán)運(yùn)行不但可降低線損，而且可提高供電可靠性。 如果不均一電網(wǎng)，即各線段的x/R為不是常數(shù)，合環(huán)運(yùn)行時將出現(xiàn)循環(huán)電流，因而會使線損增加，所以建議采用開環(huán)運(yùn)行。第19頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一4.4 降低線路損耗的技術(shù)措施措施3：適當(dāng)提高運(yùn)行電壓 輸送同樣的功率時，提高運(yùn)行電壓就可降低電流，減少損耗。電網(wǎng)中的功率損耗是與運(yùn)行電壓的平方成反比的，在允許范圍內(nèi)，適當(dāng)提高運(yùn)行電壓，既可提高電能質(zhì)量，又能降低線

14、損。第20頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一電壓提高/%135101520線損降低/%11.935.749.0917.3524.3930.5表4-2 提高運(yùn)行電壓與降低線損的關(guān)系降低運(yùn)行電壓與線損增加的關(guān)系電壓降低/%1357101520線損增加/%26.11014.5213244第21頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一措施4：提高功率因數(shù)（見P138139)線路功率損耗可寫成：第22頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一表4-4 功率因數(shù)降低與功率損耗增加的關(guān)系0.950.90.850.80.750.70.650.61123385678

15、104136178表4-5 功率因數(shù)提高與功率損耗降低的關(guān)系0.60.650.70.750.80.850.960534638292010第23頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一措施5：合理調(diào)整日負(fù)荷 企業(yè)供電系統(tǒng)的日負(fù)荷曲線，如波動幅度較大，將影響供電設(shè)備效率，而且使線路功率損耗增加。所以應(yīng)合理調(diào)整線路負(fù)荷，以降低線路損耗電量第24頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一第25頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一4.5 電力品質(zhì)改善電力品質(zhì)惡化的典型表現(xiàn)（P140145)1、功率因數(shù)低 用戶的功率因數(shù)低，不僅浪費(fèi)了昂貴的電力設(shè)施的供電能力，而

16、且使電網(wǎng)的安全裕量降低，威脅電網(wǎng)的安全工作，削弱了電網(wǎng)應(yīng)付沖擊負(fù)載和意外負(fù)載出現(xiàn)的能力。此外，功率因數(shù)低還帶來輸配電系統(tǒng)“線損”的增加，因此電網(wǎng)的整體效率下降。2、諧波超標(biāo) 諧波頻率是電源基波頻率的整數(shù)倍，即基波為50 Hz, 3次諧波為150 Hz, 5 次諧波為250 Hz.（1）諧波源的主要設(shè)備所有電壓與電流的關(guān)系為非線性的用電設(shè)備都是諧波源。如電力變壓器、電弧爐、氣體放電光源，旋轉(zhuǎn)電機(jī)、電機(jī)車、電焊機(jī)、家用電器（如電視機(jī)）以及使用電力、電子裝置的用電設(shè)備，也都會產(chǎn)生諧波。3、頻率波動4、電壓波動 5、三相不平衡6、掉脈沖或斷相第26頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一

17、4.5 電力品質(zhì)改善改善電力品質(zhì)的措施（P145153)： 1、 提高自然功率因數(shù) 2、無功補(bǔ)償技術(shù)第27頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一4.5 電力品質(zhì)改善諧波超標(biāo)的危害（P143144): 同次的諧波電壓和諧波電流之間會形成諧波有功功率，在負(fù)載（如電動機(jī)）中產(chǎn)生附加的損耗而發(fā)熱，產(chǎn)生諧波轉(zhuǎn)矩，輕則轉(zhuǎn)矩脈動，重則咬死在諧波轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的低轉(zhuǎn)速下，使之不能正常啟動而燒壞。 諧波頻率較高，使得電路中各工頻電容（如濾波電容、吸收電容、功率因數(shù)補(bǔ)償電容，它們本應(yīng)工作在工頻下）的容抗隨頻率增加而反比減少，它們會流過較高頻率而又可能被放大的諧波電流，在電容中產(chǎn)生附加損耗與發(fā)熱，甚至使這

18、些電容器“放炮”炸裂。 各種不同的諧波頻率有可能同電路中某些電容器、電抗器形成諧振，使電路局部出現(xiàn)高的諧振電壓或大的諧振電流，把電網(wǎng)中的某些相連接的用電器燒毀。 不同階次的諧波電壓和諧波電流之間，最典型的就是在足夠大的電網(wǎng)下認(rèn)為電網(wǎng)供電電壓不足以畸變而保持正弦，它同各次諧波電流之間不構(gòu)成有功功率而消耗，卻構(gòu)成第二類無功畸變無功，造成系統(tǒng)的功率因數(shù)下降。這也是在非正弦情況下，電力品質(zhì)更加惡化的重要原因之一。 諧波還會產(chǎn)生線路噪聲，給電磁兼容帶來一系列問題。 在三相四線（五線）帶零線的系統(tǒng)中，各相中3的倍數(shù)次諧波具有相同的相位，它們將在零線上疊加而使零線嚴(yán)重超載，甚至引起火災(zāi)。第28頁，共32頁，

19、2022年，5月20日，0點5分，星期一4.5 電力品質(zhì)改善無功補(bǔ)償技術(shù)（P146147):補(bǔ)償裝置主要是指電力電容器，對企業(yè)供用電設(shè)備所需的無功功率進(jìn)行人工補(bǔ)償，以提高功率因數(shù)的措施。 企業(yè)首先應(yīng)提高自然功率因數(shù)，再考慮合理地采用人工補(bǔ)償裝置。因為提高自然功率因數(shù)是必要的，但也是有限的，并不能完全滿足企業(yè)供用電設(shè)備所需的無功功率。當(dāng)在提高自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，尚不能達(dá)到所要求的數(shù)值時，再采用人工補(bǔ)償技術(shù)措施。無功補(bǔ)償?shù)姆诸悾?）位移無功補(bǔ)償和畸變無功補(bǔ)償 感性位移無功可以用容性位移無功來補(bǔ)償?；儫o功（諧波）應(yīng)該采用畸變無功補(bǔ)償技術(shù)。（2）旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償和靜止補(bǔ)償 最早位移無功的補(bǔ)償是采用同電網(wǎng)并

20、聯(lián)一臺同步調(diào)相機(jī)的辦法來實現(xiàn)的。這種調(diào)相機(jī)就是一臺同步電動機(jī)。調(diào)節(jié)同步電動機(jī)勵磁的強(qiáng)弱能形成相對于機(jī)端電壓超前（容性）或滯后（感性）的電流，即發(fā)出不同性質(zhì)和大小的無功功率。這就是旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償?shù)姆椒ā?既然感性無功可以用容性無功來補(bǔ)償，用戶安裝多組電容器，按自己的感性無功的大小，投切并聯(lián)到電網(wǎng)上，以相應(yīng)的容性無功補(bǔ)償感性無功，實現(xiàn)本單位或本設(shè)備的功率因數(shù)的提高。由此發(fā)展出的，包括同各種電力電子技術(shù)結(jié)合的新型補(bǔ)償方法，都是不會轉(zhuǎn)動的，稱之為靜止無功補(bǔ)償（通常縮寫為SVC）第29頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一（3）靜態(tài)補(bǔ)償和動態(tài)補(bǔ)償 靜態(tài)補(bǔ)償：當(dāng)用電戶的設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，無功功率的數(shù)

21、值變化比較緩慢，就可以采用比較簡單的補(bǔ)償方法，例如用人工控制接觸器的方法隨感性無功功率的變化來調(diào)節(jié)并聯(lián)電容器的多少，使功率因數(shù)始終保持在較高水平，這就是靜態(tài)無功補(bǔ)償。 動態(tài)補(bǔ)償：當(dāng)用電戶有沖擊負(fù)荷，這樣不僅有沖擊有功功率，而且還發(fā)生沖擊無功功率，升值還有嚴(yán)重的諧波畸變無功，這時就必須采用動態(tài)無功補(bǔ)償和濾波措施，從而自動調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)膹?qiáng)度。因為如果采用靜態(tài)補(bǔ)償容易產(chǎn)生過補(bǔ)現(xiàn)象，而導(dǎo)致企業(yè)的供電電壓因過補(bǔ)而升高，有些用電設(shè)備會因此被擊穿損壞。無功補(bǔ)償和節(jié)能 基波相移無功和諧波畸變無功，在電網(wǎng)電壓為正弦波的情況下，表現(xiàn)為電流增加了基波無功分量和諧波電流分量，即視在電流大于有功電流分量。無功功率補(bǔ)償技術(shù)所

22、起的作用就是濾除非線性負(fù)載產(chǎn)生的基波相移無功和諧波畸變無功，也就是把電流中的基波無功分量和諧波分量加以減少和濾除，使電網(wǎng)電流盡量只含有有功電流分量。這樣的結(jié)果，一方面是使供電設(shè)施的容量利用率提高，另一方面可以使電網(wǎng)和電力用戶的電路和設(shè)施上減少能量損耗而獲得直接的節(jié)能效益。 第30頁，共32頁，2022年，5月20日，0點5分，星期一4.5 電力品質(zhì)改善提高自然功率因數(shù)的措施：提高自然功率因數(shù)的措施如下：(1) 選擇低損耗節(jié)能變壓器，使變壓器在最佳經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)下運(yùn)行。調(diào)整、平衡負(fù)載，合理提高負(fù)載率，限制變壓器在30%以下負(fù)載下運(yùn)行，應(yīng)使變壓器在總損耗最低，效率和功率因數(shù)最高的狀態(tài)下運(yùn)行。(2) 選擇高效節(jié)能電動機(jī)，異步電動機(jī)所需用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負(fù)載下無功功率增加值兩部分組成，所以改善異步電動機(jī)的功率因數(shù)要防止空載運(yùn)行，并盡可能提高異步電動機(jī)的負(fù)載率。當(dāng)電動機(jī)輕載運(yùn)行時，其效率和功率因數(shù)都很低。針對電動機(jī)的負(fù)載是變動的，可采用電動機(jī)輕載調(diào)壓節(jié)電裝置，