中壓配電設(shè)計(jì)應(yīng)用解決方案

中壓配電設(shè)計(jì)應(yīng)用解決方案【摘要】世界在發(fā)展，人口在增加，要求能源電力有相適應(yīng)的增長來滿足人類日益增長的物質(zhì)與精神文明的需要，尤其是一個人口眾多、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱、快速發(fā)展的后進(jìn)國家，經(jīng)濟(jì)增長對能源，電力有很強(qiáng)的依賴關(guān)系，這一歷史性規(guī)律短期內(nèi)不會逆轉(zhuǎn)?！笆晃濉币?guī)劃提出的節(jié)能減排目標(biāo)，是貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、構(gòu)建和諧社會的重大舉措，是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然選擇。2006年我國單位GDP能耗不降反升，主要污染物排放繼續(xù)攀升，沒有完成能耗降低4％的年度目標(biāo)。因此，實(shí)現(xiàn)“十一五”規(guī)劃提出的節(jié)能減排目標(biāo)，任務(wù)十分艱巨。電力行業(yè)是關(guān)系到國計(jì)民生的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和公用事業(yè),它為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供能源,并且與社會發(fā)展、人民生活密切相關(guān),安全、穩(wěn)定和充足的電力供應(yīng),是國民經(jīng)濟(jì)健康穩(wěn)定持續(xù)快速發(fā)展的重要前提條件。本文結(jié)合中壓終端配電設(shè)計(jì)方案案例,介紹相應(yīng)節(jié)能減排技術(shù)及其實(shí)施情況?！娟P(guān)鍵詞】變壓器損耗；線路損耗；補(bǔ)償；一、建筑電力節(jié)能減排的重要性從建筑方面耗能來看，建筑能耗目前占我國一次能源消耗總量的27.5%以上。建筑節(jié)能在建設(shè)節(jié)約型社會中有著重要作用。建設(shè)部規(guī)劃到“十一五”末，建筑節(jié)能實(shí)現(xiàn)節(jié)約1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的目標(biāo)。電力節(jié)能成為建筑領(lǐng)域節(jié)能減排關(guān)系成敗的重要環(huán)節(jié)。以2006年為例，第三產(chǎn)業(yè)和居民用電量占總電力能源消耗的22%。中國電量的80％是由燃煤電廠提供的。到2020年，預(yù)計(jì)我國煤電裝機(jī)容量將達(dá)到6億千瓦以上，按1千瓦煤電燒3噸原煤計(jì)算，一年需要18億噸以上的煤。如果對這18億噸煤產(chǎn)生的煙塵、二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳以及廢水、灰渣和其他有害物質(zhì)處理不當(dāng)，會對環(huán)境造成重大影響。與發(fā)達(dá)國家的平均情況相比，我國電力工業(yè)的環(huán)境保護(hù)水平較低。據(jù)測算，我國單位發(fā)電量二氧化硫排放量要比發(fā)達(dá)國家高出2倍左右，煙塵排放高出2～4倍。建筑節(jié)約電能和提高電能的利用率，將有效的緩解火電項(xiàng)目的持續(xù)高速增長及對環(huán)境的影響。目前，常用的建筑電力節(jié)能方案：合理的選擇電機(jī)啟動和控制裝置；合理的選擇低損耗變壓器；選擇合適的電纜截面積,供電使用半徑；安裝電力監(jiān)控和計(jì)算監(jiān)控系統(tǒng)；新能源的利用（如太陽能、地源熱泵等）；采用高效、節(jié)能照明光源、高效燈具。二、中壓配電設(shè)計(jì)方案（一）提高電網(wǎng)電壓運(yùn)行水平，降低電網(wǎng)的輸送電流變電站主變采用有載調(diào)壓方式調(diào)壓，根據(jù)負(fù)荷情況，隨時調(diào)節(jié)主變壓器的分接開關(guān)，保證電網(wǎng)電壓處于規(guī)程規(guī)定的波動范圍之內(nèi)，避免負(fù)荷高峰期電網(wǎng)電壓過低而造成電能質(zhì)量下降。同時可提高線路末端的電壓，使線路電流下降，從而達(dá)到降損的目的。10kV及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的±7％。（二）根據(jù)建筑功能性質(zhì)合理計(jì)算負(fù)荷用電負(fù)荷計(jì)算方法選擇得當(dāng)。會達(dá)到節(jié)約有色金屬，節(jié)約能源的目的。若選擇不當(dāng)，會給用戶帶來不必要的投資和能源浪費(fèi)。用電負(fù)荷計(jì)算方法宜按下列原則選?。涸诜桨冈O(shè)計(jì)階段可采用單位指標(biāo)法；在初步設(shè)計(jì)階段及施工圖設(shè)計(jì)階段，宜采用需要系數(shù)法；對于住宅建筑，在設(shè)計(jì)的各個階段均可采用單位指標(biāo)法和單位面積法。（三）合理選擇變壓器臺數(shù)配電變壓器的損耗是配電網(wǎng)損耗的主要組成部分。因此，降低配電變壓器的損耗對于降低整個配電網(wǎng)的損耗效果非常明顯。方法主要有：使用低損耗的新型變壓器、合理配置配電變壓器容量等。例如：1.某學(xué)校面積五千平方米，用戶負(fù)荷比較集中，經(jīng)計(jì)算合計(jì)容量為90KVA。當(dāng)三臺30KVA的變壓器在利用率為50％～70％情況下并列運(yùn)行，三臺變壓器的總損耗P1大于一臺100KVA在相同利用率情況下的總損耗P2。因此兩臺及以上容量變壓器較相應(yīng)容量的一臺的損失大，同時三臺變壓器的價格比一臺相同容量的更高。所以，當(dāng)負(fù)荷較小，且位置、使用時間較為集中時，選擇單臺變壓器可以降低損耗，達(dá)到節(jié)能目的。2.某住宅小區(qū)分為兩區(qū)，小區(qū)內(nèi)共計(jì)700余戶。變壓器設(shè)計(jì)方案分別為：(1)變壓器容量為兩臺1000kVA干式變壓器，一路10kV電源，單母線不分段，備用電源為自備柴油發(fā)電機(jī)組。(2)仍采用一路10kV電源在小區(qū)內(nèi)形成樹干式供電，每棟住宅內(nèi)設(shè)一小容量變電裝置，備用電源仍采用自備柴油發(fā)電機(jī)，設(shè)在地下車庫內(nèi)，采用低壓電纜供至各棟樓，變壓故障時，提供備用電源，滿足二級負(fù)荷用電。（如下圖）方案一方案二投資及損耗比較，見下表：可見，多臺小型變壓器遠(yuǎn)遠(yuǎn)比兩臺變壓器總費(fèi)用節(jié)省，損耗也較低。所以，變壓器越大也并不一定就越經(jīng)濟(jì)、節(jié)能，單從變壓器損耗看那是可能的，但負(fù)荷越大外端輸出電流也越大，外線線路線徑就需要越大，線纜損耗隨之增大，初期造價也相應(yīng)增加。所以在相同負(fù)荷情況下變壓器選擇需要考慮一下幾點(diǎn)：1.在綜合了解用戶負(fù)荷前提下，盡量根據(jù)變壓器工作在75％—85％利用率情況下選擇變壓器容量。2.變壓器長期固定運(yùn)行情況下可以考慮損耗較小的新型變壓器。雖然新型變壓器初期價格高，但是新型變壓器和高能耗變壓器價格差一般能在變壓器2~3年的運(yùn)行中得到彌補(bǔ)。3.根據(jù)現(xiàn)場供電情況，變壓器安裝應(yīng)選擇在供電負(fù)荷重心區(qū)域。同時盡量保證三相變壓器負(fù)荷平衡，減少負(fù)序電壓損耗。如果三相負(fù)荷不平衡，會增加線路、配電變壓器的損耗。4.變壓器的選擇應(yīng)根據(jù)變壓器損耗和外接線路的投資來充分比較考慮，盡量達(dá)到線路初期投資小和變壓器損耗低的優(yōu)化方案。（四）合理選擇節(jié)能型變壓器目前國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)出各種節(jié)能型的變壓器，主要是顯著降低了變壓器的空載損耗，但因其造價比傳統(tǒng)配電變壓器高出30%~80%，而將健康的高能耗配變更換為節(jié)能變壓器的經(jīng)濟(jì)回收期一般達(dá)到20年左右。因此，出于經(jīng)濟(jì)成本的考慮，無論是專變用戶還是供電企業(yè)，要放棄現(xiàn)在尚能運(yùn)行的S7、S9系列改用S11、S13等系列的配變的主觀愿望基本上是沒有的。這在很大程度上影響了配電變節(jié)能降耗改造工作的進(jìn)度。所以，再新建項(xiàng)目方面應(yīng)當(dāng)首選新型節(jié)能型變壓器，長期考慮。（五）中壓配電網(wǎng)絡(luò)接線要實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行，必須要有一個接線簡潔、運(yùn)行靈活的中壓配電網(wǎng)。10kV配電網(wǎng)絡(luò)常用典型接線有：單電源輻射網(wǎng)、"手拉手"環(huán)網(wǎng)、"網(wǎng)格式"環(huán)網(wǎng)、電纜單環(huán)網(wǎng)、電纜雙環(huán)網(wǎng)等。在配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與建設(shè)改造中，應(yīng)根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化準(zhǔn)則，以城市中低壓配電網(wǎng)建設(shè)與改造技術(shù)原則為依據(jù)，結(jié)合本地區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，通過對供電區(qū)域的用電性質(zhì)、負(fù)荷密度的分析與研究，確定安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的配電網(wǎng)絡(luò)接線方式。1.架空線路或架空電纜混合線路（1）單電源輻射網(wǎng)單電源輻射網(wǎng)是一種接線簡單清晰、運(yùn)行方便、建設(shè)投資省的配電網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)線路或設(shè)備故障、檢修時，用戶停電范圍大，系統(tǒng)供電可靠性較差。單電源輻射網(wǎng)主干線路一般要求分3~4段，每段線路配變裝接容量應(yīng)控制在2.5~3MVA，供電半徑宜為3~5km（如下圖）。由于輻射網(wǎng)絡(luò)不存在線路故障后的負(fù)荷轉(zhuǎn)移，可以不考慮線路的備用容量，每條線路可滿載運(yùn)行，即正常最大供電負(fù)荷不超過該線路安全載流量。在條件允許情況下，主干線路分段開關(guān)可采用柱上重合器，盡可能快速切除線路故障。這種接線方式只適用于城郊或農(nóng)村非重要用戶的架空線路。（2）"手拉手"環(huán)網(wǎng)"手拉手"環(huán)網(wǎng)是目前城市（鎮(zhèn)）配電網(wǎng)絡(luò)中普遍使用的一種接線方式，通過主干線路末端之間的直接聯(lián)絡(luò)，實(shí)行環(huán)網(wǎng)接線，開環(huán)運(yùn)行（如下圖）。這種接線具有運(yùn)行方便、結(jié)線簡單、投資省、建設(shè)快等特點(diǎn)；對于架空線路，只要在主干線路上安裝若干臺桿上開關(guān)即能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)主干線路任一段線路或環(huán)網(wǎng)設(shè)備故障、檢修時，可通過分段開關(guān)切換，確保非故障段（非檢修段）正常供電，大大提高了系統(tǒng)供電可靠性。但該接線方式要求每條線路具有50%的備供能力，即正常最大供電負(fù)荷只能達(dá)到該線路安全載流量的1/2，以滿足配電網(wǎng)絡(luò)N-1安全準(zhǔn)則要求；一般每條線路配變裝接容量不超過10MVA。"手拉手"環(huán)網(wǎng)需要考慮50%的備供能力，網(wǎng)絡(luò)接線經(jīng)濟(jì)性差，但它對提高配電網(wǎng)供電可靠性、簡化配電網(wǎng)絡(luò)接線十分有效。比較適用于負(fù)荷密度不高，用電增長速度較快，配電網(wǎng)管理水平較低（如沒有實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動化）的城市（鎮(zhèn)）配電網(wǎng)絡(luò)。（3）"網(wǎng)格式"環(huán)網(wǎng)"網(wǎng)格式"環(huán)網(wǎng)是在"手拉手"環(huán)網(wǎng)的基礎(chǔ)上增加每一分段線路與其它線路的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)互為備用（如下圖），當(dāng)任一段線路或環(huán)網(wǎng)單元故障、檢修時，均不影響另一段線路正常供電，盡可能縮小停電范圍，提高配電網(wǎng)絡(luò)供電可靠性。這種接線每條線路只需余留1/3或1/4的備用容量，線路負(fù)載率高達(dá)67%或75%，大大提高了配電線路利用率；但由于需要架設(shè)聯(lián)絡(luò)線路，增加線路投資，聯(lián)絡(luò)線路應(yīng)采用就近引接。"網(wǎng)格式"環(huán)網(wǎng)是配電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到一定程度之后的一種比較完善的接線方式，運(yùn)行方式高度靈活、供電可靠性高，但網(wǎng)絡(luò)接線復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性差。適用于配網(wǎng)自動化水平較高、負(fù)荷增長緩慢或趨于飽和的城市（鎮(zhèn)）配電網(wǎng)絡(luò)。2.電纜線路（1）電纜單環(huán)網(wǎng)電纜單環(huán)網(wǎng)與架空線路"手拉手"環(huán)網(wǎng)接線方式一樣，都通過末端線路之間的直接連接，實(shí)行環(huán)網(wǎng)接線，開環(huán)運(yùn)行。其主要特點(diǎn)接線簡單、清晰，運(yùn)行方便、靈活；當(dāng)環(huán)網(wǎng)線路中任一段電纜線路或環(huán)網(wǎng)單元故障時，可通過短時間的分段開關(guān)切換，很快恢復(fù)環(huán)網(wǎng)單元供電，大大提高了配電網(wǎng)絡(luò)供電可靠性。為了滿足N-1安全準(zhǔn)則要求，當(dāng)環(huán)網(wǎng)線路中的一回進(jìn)線出現(xiàn)故障時，另一回進(jìn)線應(yīng)承擔(dān)全部用電負(fù)荷，正常運(yùn)行時，每條線路應(yīng)留有50%備用容量，電纜線路負(fù)載率較低。電纜單環(huán)網(wǎng)接線簡單、運(yùn)行靈活，有利于配電網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展和配網(wǎng)自動化建設(shè)。適用于供電可靠性要求高、負(fù)荷密度較低、用電增長速度快的城市（鎮(zhèn)）配電網(wǎng)絡(luò)。（2）電纜雙環(huán)網(wǎng)電纜雙環(huán)網(wǎng)是電纜單環(huán)網(wǎng)的組合，利用二回電纜線路，通過同一開閉所的不同母線，形成"手拉手"供電網(wǎng)絡(luò)，實(shí)行雙環(huán)網(wǎng)接線。這種接線具有很高的供電靈活性和可靠性，能最大限度地確保向用戶連續(xù)供電，滿足重要用戶雙電源供電要求。在雙環(huán)網(wǎng)線路中，當(dāng)任一段電纜線路或環(huán)網(wǎng)單元故障、檢修時，可以通過環(huán)網(wǎng)單元負(fù)荷開關(guān)的切換和同一開閉所不同母線之間的負(fù)荷轉(zhuǎn)移，能確保非故障段或非故障單元用戶正常供電。由于重要用戶實(shí)行了雙電源供電，在同一開閉所不同母線之間可以轉(zhuǎn)移負(fù)荷，大大提高了雙環(huán)網(wǎng)電纜線路的負(fù)載率。電纜雙環(huán)網(wǎng)具有接線完善、運(yùn)行靈活、供電可靠性高、建設(shè)投資大等特點(diǎn)，一般適用在城市（鎮(zhèn)）市中心區(qū)繁華地段、雙電源供電的重要用戶或供電可靠性要求較高的配電網(wǎng)絡(luò)。（六）合理選擇導(dǎo)線截面由于配電線路有電阻，有電流通過時就會產(chǎn)生功率損耗，其公式為：ΔΡ=3I2R·10ˉ3式中：ΔΡ--三相輸電線路的功率損耗(KW)I-線電流(A)R-線路相電阻(Ω)其中“R”線路電阻在通過電流不變時，線路長度越長則電阻值越大。如果在一個工程中由于線路上下縱橫交錯，一般工程線路總的不下萬米，大工程更是不計(jì)其數(shù)，造成電能損耗是相當(dāng)可觀的,所以減少線路能耗必須重視。在具體工程中，線路上電流一般是不變的，那么要減少線損，只能盡量減少線路電阻。而線路的電阻R=ρL/S,即與導(dǎo)線電阻率ρ、導(dǎo)線長度Ｌ成正比，與導(dǎo)線截面Ｓ成反比。要減少電阻值應(yīng)從以下幾個方面考慮：(1)盡量選用電阻率ρ較小的導(dǎo)線，如銅芯導(dǎo)線較佳，鋁線次之。(2)盡可能減少導(dǎo)線長度，在設(shè)計(jì)中線路應(yīng)盡量走直線少走彎路。(3)增大導(dǎo)線截面積，對于較長的線路，在滿足載流量，熱穩(wěn)定，保護(hù)配合及電壓降要求的前提下，在選定線截面時加大一級線截面。這樣增加的線路費(fèi)用，由于節(jié)約能耗而減少了年運(yùn)行費(fèi)用，綜合考慮節(jié)能經(jīng)濟(jì)時還是合算的。（七）合理進(jìn)行無功補(bǔ)償功率因數(shù)提高了可以減少線路無功功率的損耗，從而達(dá)到節(jié)能目的。由于無功補(bǔ)償對電網(wǎng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的作用，合理選擇無功補(bǔ)償方案和補(bǔ)償容量，有效的提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，保證電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，提高發(fā)輸電設(shè)備的利用率，降低有功網(wǎng)損和減少發(fā)電費(fèi)用。1.變電站集中補(bǔ)償變電站集中補(bǔ)償裝置包括并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等，主要是平衡輸電網(wǎng)的無功功率，改善輸電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高系統(tǒng)終端變電所的母線電壓，補(bǔ)償變電站主變壓器和高