2章节能140426

12014年注册电气工程师执业资格考试供配电专业考试复习辅导第2章环境保护和节能22.1熟悉电气设备对环境的影响及防治措施2.2熟悉供配电系统设计的节能措施2.3熟悉提高电能质量的措施2.4掌握节能型电气产品的选用方法32.1电气设备对环境的影响及防治措施供配电系统中，电气设备对环境的影响主要有：电磁污染、无线电干扰、电压高次谐波、电流高次谐波、空气污染、噪声污染、事故及检修对环境的污染、腐蚀污染等。2.1.1电磁污染2.1.1.1电磁污染源及对环境的影响（1）电磁污染源的产生人为电磁污染P75表2-1-1；人为电噪声P75表2-1-2（2）电磁污染对环境及人身的影响产生电磁干扰影响电气设备运行；易燃易爆危险环境引起意外事故；电磁辐射和微波对人体的危害。2.1.1.2电磁污染的防治措施（1）合理设计电气设备，减少电磁漏场。（2）严格执行国家有关设备辐射标准。（3）加强电气系统及设备的抗干扰设计。（4）合理布置设备，污染源远离居民区和重要设备。（5）对污染源采取防护，设置安全带，屏蔽防护。42.1.2高次谐波2.1.2.1高次谐波对环境的影响变流设备和非线性用电设备产生高次谐波注入电网，使电网电压发生畸变，电能质量下降，用电设备效率降低，加速绝缘老化，影响继电保护准确度，产生高频干扰，威胁电气设备安全运行。2.1.2.2高次谐波的防治（1）电气系统和电气设备的设计应符合国家标准。（2）可采取的措施见P107表2-3-2。2.1.3其他污染（1）电气设备冷却、通风对空气的污染。（2）电动机、冷却风机产生的噪音。（3）冷却水、废酸、变压器油的排放、泄漏的污染。（4）检修、维护、事故处理的固体排放物对环境的污染。以上污染的防治按国家有关法规进行。52.2供配电系统设计的节能措施2.2.1变压器节能2.2.1.1变压器损耗及效率的有关参数计算变压器损耗包括有功功率损耗和无功功率损耗。（1）变压器有功损耗：铁损：又称空载损耗，与铁心材质有关，与负荷大小无关，是基本不变的。铜损：与负载电流平方成正比。额定负载电流的铜损称短路损失。－有功功率损耗，kW；－空载损耗，kW；－短路损耗，kW；－负载率，％。k20PPPkP0PP6（2）变压器无功损耗：分两部分。励磁（空载）电流损耗：与铁心有关而与负载无关。漏磁损耗：一、二次绕组的漏磁电抗损耗，与负载电流平方成正比。－空载电流百分率，％；－变压器额定容量，kVA。－变压器阻抗电压，％变压器总的无功损耗为：（3）变压器综合功率损耗有功功率损耗与无功功率消耗折算成有功功率之和。－变压器综合功率损耗，kW;－无功经济当量，查表。2220201010NkNkSUSIQQQQKPPQZ210NkkSUQ20010NSIQNS0I0QkUkQZPQK7（4）变压器的效率－变压器的效率，％；－变压器负载输出功率，kW；－电源侧输入功率，kW；－变压器额定容量，kVA；－负载系数；－空载损耗，kW；－短路损耗，kW；－负载功率因数。%coscos%100PPSS100PPk202N2N12NSkP0P2cos1P2P8（5）变压器的负载系数－负载系数；－变压器负载电流，A；－变压器二次额定电流，A；－变压器负载输出功率，kW；－变压器额定容量，kVA。－负载功率因数。（6）变压器的综合经济负载系数表示变压器综合功率经济运行的参数－变压器综合经济负载系数；－空载综合功率损失，kW；－额定负载综合功率损失，kW。2N2N22cosSPIIβ2IN2I2PNS2cosKQKOQOZKZOjZQKPQKPPPjZZOPZKP9（7）变压器的有功功率损失率和损失率的负载特性－电源侧输入功率，kW；－负载功率因数；－负载系数；－变压器额定容量，kVA；－空载损耗，kW；－短路损耗，kW。变压器的有功功率损失率的负载特性见P80图2-2-1。产生最小损失率的条件：有功经济负载系数通过调整负荷来降低变压器的损失率，当铜损等于铁损时变压器的损失率最低，最低损失率在变压器负载系数为0.5～0.6左右。%cos%100PPSPPPPPk202NK2011P2cosNS0PkPK0jPPP10（8）变压器的无功功率消耗率和消耗率的负载特性－变压器电源侧输入功率，kW；－变压器负载侧输出功率，kW；－负载功率因数；－负载系数；－变压器额定容量，kVA；－变压器空载时无功功率，kvar；－变压器额定负载时的无功功率，kvar。变压器的无功功率损消耗率的负载特性与图2-2-1类似。最小消耗率的条件：无功经济负载系数当变压器的负载漏磁功率等于空载励磁功率时变压器的无功功率消耗率最低。%100cosSQQPQPQ%Q2NK20211P2cosNS0QkQK0QQ2P112.2.1.2变压器的经济运行（1）变压器的经济负载系数和经济运行区的划分GB/T13462《工矿企业电力变压器经济运行导则》中规定了按综合功率、经济负载系数确定变压器经济运行区、最佳运行区和最劣运行区的划分。（2）变压器有功功率的经济运行有功功率损耗的主要参数是空载损耗P0和负载损耗PK。降低空载损耗和负载损耗的措施：采用优质硅钢片，改进铁芯结构，降低空载损耗；改进绝缘结构，适当减小电流密度，降低负载损耗。（3）变压器无功功率的经济运行无功功率损耗的主要参数是空载电流I0和短路电压UK。变压器空载功率因数很低，一般为0.05～0.2。（4）变压器经济运行的措施合理选择变压器的容量和台数。负荷率30％～80％；不允许变压器长期空载运行；大型厂房和非三班生产车间照明设专用变压器。122.2.1.3高耗能变压器的更换与改造（1）变压器产品能耗的比较：64、73、86、非晶合金。（2）高耗能变压器的更换－变压器回收年限，年；－新变压器的购价，元；－旧变压器残存价值，取原价10％.－更换后减少电容器的投资，元；－每年节约电费，元；－旧变压器大修费，元；－旧变压器剩值，元。－旧变压器投资，元；－折旧率，％；－运行年限，年。更新变压器可降低损耗但要增加投资。根据变压器回收年限计算，决定对变压器的处理方案。回收年限小于5年，应更新；5～10年，大修为宜；大于10年，不应考虑更新。dCJnBGZGZTdCJJDnBGZGGZTdCJJnBGZGWZTdCJJDJnBGZGGWZTDJGCZJGJWnZBTdG210－YnJJJTCZZWYTnCJZ13（3）高耗能变压器的改造1）变压器改造的技术要求：空载损耗比改造前降低45％～65％，或接近SL7指标；空载电流比改造前降低70％左右；短路损耗达到SL7指标；短路阻抗4％～4.9％范围内。2）变压器改造的方法：降容改造增加线圈匝数，减少铁芯磁通密度，减少变压器单位损耗。保容改造同时更换铁芯、绕组减少铁损、铜损；铝线换铜线，增加绕组匝数，降低磁密；更换铁芯，提高铁芯材质；重新设计铁芯及绕组。142.2.2供配电系统节能供配电系统节能的主要方向是减少供配电系统电能损失。电力系统电能损失的构成见P85图2-2-3。2.2.2.1供配电系统节能要点（1）降低变压器损耗；（2）降低配电线路损耗；（3）采用高效节能、高功率因数电气设备；（4）配电线路优化；（5）供配电设备经济运行；（6）提高用电平均负荷和最大负荷之比；（7）提高系统功率因数2.2.2.2供配电系统的电能损耗电力网电能损耗是指在一段时间内网络元件上的功率损耗对时间积分值的总和。元件电能损耗计算见3.1.11节。一般用均方根电流法计算线损。一次变压≤3.5%线损率指标：二次变压≤5.5%三次变压≤7%。％100供电量线损电量线损率＝152.2.2.3供配电系统的节能措施（1）合理设计供配电系统。1）合理选用电压等级和系统结构。2）变电所靠近负荷中心。3）合理选择导线截面。（2）设计中采用高效节能、高功率因数电气设备。（3）合理选择变压器容量和台数，实现配电网的经济运行。1）提供配电网负荷率。企业日负荷率指标：连续生产95％；三班制85％；二班制60％；一班制30％。2）削峰填谷节电降损。3）平衡三相负荷。网络负序电压不平衡度小于2％。16（4）提高功率因数减少电能损耗。1）提高功率因数的意义a）三相输电线路的功率损耗：－输电线路导线每相电阻，。－三相输电线路的功率损耗，kW；－电力线路输送的有功功率，kW；－线电压，V；－线电流，A；－电力线路输送负荷的功率因数。有功功率一定，功率因数越低，功率损耗越大。当线路的电压和有功功率不变时，功率因数提高，减少的功率损失为：32223210cos103URPRIP32212210cos1cos1RUPPcosUPRIP17b）减少变压器的铜损：提高变压器二次侧的功率因数，可使总的负荷电流减少，从而减少铜损。提高功率因数后节省的有功功率和无功功率为：－变压器的短路损失，kW；－变压器额定负载时的无功功率，kvar。c）减少线路及变压器的电压损失：提高功率因数，减少无功电流，减少变压器和线路的电压降。d）增加发配电设备的供电能力：提高功率因数，供给同一负载有功功率所需的视在功率及负荷电流均减少，对现有变压器和线路容量可增加用电设备。KNPSPP221222cos1cos1KNQcoscosSPQ22122211KPKQ182）提高功率因数的措施a）提高用电设备的自然功率因数。合理安排和调整工艺流程，改善电气设备运行状态。变压器的经济运行。正确设计选用变流硅整流设备替代变流机组及汞整流。限制电动机和电焊机的空载运行。同步机替代异步机，异步机同步化运行。b）功率因数的人工补偿。在负荷侧集中或就地合理配置无功补偿装置，要求电网高负荷时功率因数不低于0.9，低负荷时调整补偿量不得过补偿。负荷变动大的变电所母线可设置功率因数自动补偿装置或SVC自动调节装置。并联电容器。利用同步电动机补偿无功。192.2.3电动机节能2.2.3.1电动机的效率（1）三相异步电动机：电动机的效率、随负荷减少而降低。空载时电动机的效率为零。（2）直流电动机：漏磁损耗和铜损较交流电机大，相同容量的直流电机比异步机效率低2％～3％。2.2.3.2电动机的功率因数（1）异步电动机的功率因数：空载时功率因数很低，大约为0.2左右，负载增加功率因数增加，接近额定负载功率因数最高。负载增大到一定程度，因转子漏抗增加，转子、定子回路无功电流增加，功率因数下降。（2）同步电动机的功率因数：可以滞后，也可超前。根据，调整励磁电流使功率因数为1，可使网络电流最小。见P92图2-2-10V型曲线。2.2.3.3电压变动对电动机特征的影响见P159表4-3-4。%PPPPP1002212MUIconP32202.2.3.4电动机经济运行计算与判定用电机综合效益和电机额定综合效益比较判定：60％。用输入电流与额定电流比较判定：下降15％、35％。2.2.3.5电动机的节能措施（1）根据电动机经济运行的原则合理选择电动机。（2）采用高效电动机。（3）在满足工艺要求，轻载电动机采用降压运行。减小电动机损耗。铁损随电压的平方下降。提高功率因数。负载不变，电压降低功率因数提高。改变电动机绕组。轻载时将三角形接法改为星形接法。（4）无功就地补偿。功率因数补偿至0.9；为防止单台电动机产生自励磁过电压，应保证额定电压断电时放电电流不大于电动机的空载电流的0.9倍。（5）负荷变化的设备采用调速控制。)tan(tan11cPQ039.0IUQNb212.2.4晶闸管变流装置供电方式的节能2.2.4.1晶闸管变流装置替代电动－发电机组综合效率提高10％～15％。2.2.4.2整流供