2012能源管理师培训课件(电气-下) 第10章――输配电系统

第十章输配电系统节能技术§10.1输配电系统一、概述电力系统是由发电机、变压器、电力线路、用户等组成的供电系统。发电机主要将其他能量转换成电能，升压变压器把发电机发出的低压电能变换为高压电能，输电线路输送电能，降压变压器再把电网的高压电能转换为低压电能，以方便用户使用。一般把输电及配电网络称为电力网络简称电网。发电厂和变电所的电气设备分为一次设备和二次设备。一次设备(也称主设备)是构成电力系统的主体，它是直接生产、输送和分配电能的设备，由它们组成的系统称为一次系统。二次设备是对一次设备进行控制、调节、保护和监测的设备，由它们组成的系统称为二次系统。二次设备可通过电压互感器和电流互感器与一次设备取得联系。对电力系统的基本要求是：1.保证发供电的可靠性；2．保证良好的电能质量，表征电能质量的主要指标是电压、频率和波形；3．保证电力系统运行的经济性；4．最大限度地满足用户的用电需求。输配电是电力系统中发电厂(生产者)与电力用户(消费者)之间的输送电能与分配电能的组成部分。输电是从发电厂或发电厂群向供电区输送大量电力的主干渠道或不同电网之间互输送大量电力的联系渠道。输电的主要功能是大容量、远距离传送电能。配电是在供电区之内将电能分配到用户的分配手段，并直接为用户服务。配电的功能是在电力系统中接受发电基地或输电网的大量电能，并分配到不同的负荷区直到用户，从而完成电能的最终消费。工厂(或企业)内部接受、变换、分配和消费电能的总电路称为工厂(或企业)供配电系统。它是公共电力系统的一个重要组成部分。工厂供电系统由工厂总降压变电所、高压配电线路、车间变配电所、低压配电线路及用电设备组成。降压变电所的作用是把电力系统供给的高压电能，变成用电设备所需要的电能，然后经过配电装置和配电线路将电能送到各车间。二、供配电系统节能发展趋势（一）研发新型的输电导线，减少输电线路损耗（二）推广节能型电力变压器1.改进材质节能的变压器（1）超导变压器（2）非晶合金变压器2.改造部件结构节能的变压器3.根据工作原理节能的变压器（1）调容量变压器（2）有载调压变压器（三）普及先进的现代静止无功补偿装置早期的无功补偿装置主要是同步调相机和静止电容器。同步调相机是一台工作于空载的同步电动机。由于其动态响应速度慢，且成本高，安装复杂，其应用受到了限制。无功补偿电容器是早期无功功率补偿的另一种方法。该方法是将一定数量的电容器并联在电网中，该方法维护较方便，装设容量可大可小，目前在我国仍是主要的补偿装置。该方法的缺点是无功功率调节性能较差。随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的广泛应用，无功补偿出现了现代静止无功补偿器。现代静止补偿装置主要包括静止无功补偿器（SVC)和静止同步补偿器(STATCOM)。在今后相当长的时间内，电力系统无功补偿装置发展的主流是SVC、STATCOM以及两者混合的装置。§10.2供配电系统的节能方法与措施一、减少输电线路的损耗在电力系统中，减少线路损耗是提高输电效率的重要途径。目前减少线路损耗的措施如下：（1）采用高压或超高压输电（2）减少变压级数（3）要合理配置变压器（4）安装无功补偿设备二、减少输电线路运行中的损耗在已运行的电网中，合理调整电网的运行方式同样可以降低网络的功率损耗。常用的主要方式有：（1）调整电压（2）使三相负载要平衡（3）处理好导线接头（4）实施经济调度三、配电变压器的节能技术变压器是电压变换设备，在供电和配电系统中应用非常广泛，且数量巨大。减少变压器的损耗，其节能果非常明显。（一）变压器能耗分析变压器的损耗主要由铜损和铁损两部分组成，为了计算每台变压器的损耗，引入空载损耗和短路损耗。空载损耗是指变压器没有外接负载时，变压器从电源吸收的功率，绝大部分是铁损，只有极少数的铜损。电源电压一定时，铁损是个定值。（2）短路损耗，是变压器额定运行下，其原边产生的功率损耗（即铜损）。变压器的铜损主要取决于负载电流的大小，额定负载下的铜损近似等于变压器的短路损耗。（二）变压器的选择和经济运行变压器单位容量的功损耗最小时的负荷称为变压器的经济负荷。变压器的经济负荷与变压器额定容量之比，称为变压器的经济负荷率，一般电力变压器的经济负荷率为50%左右。不过若按此原则选择变压器，则使初始投资加大，所以对于变压器容的选择要多方面综合考虑，负荷率大致在70%比较合适。假如是n台变压器，判别第n台与n-1台经济运行的临界负荷为：NqkqNcrQKPQKPnnSS00)1(例题：P159某变电所安装有两台型变压器，试计算此变电所变压器的经济运行的临界负荷值。并指出，当总负荷S=500kVA的时候，投入运行几台变压器。10/6309S四、供电系统中的无功补偿节能技术由于电力系统中的用电设备多数为感性负载，所以会造成电力系统的功率因数降低.电网的功率因数是系统的有功功率占视在功率的百分数，在电网的运行中，一般希望其功率因数越大越好，高的功率因数可以减少电力系统的线路损耗，提高用电设备的效率。因此配电网的无功补偿对降损节能、改善电压质量将是一项重要的节能技术。（一）无功补偿原理（二）无功补偿容量的选择当电容器两端施加正弦交流电压U时，它所发出的无功功率称为无功容量或电容器的容量。若按提高功率因数来计算需要的补偿容量，其计算如下：设配电网年中最大负荷月份平均有功负荷为Ppj,补偿前的功率因数为cosφ1，补偿后为cosφ2，补偿容量见下式：)1cos11cos1(2212PjCPQ例题：P161某用户为两班制生产，最大负荷月份是6月，该月有功用电量为75000kWh,无功用电量为68170kvar·h,求该户的月平均功率因数是多少？若将功率因数提高到0.9，需装电容器组的补偿容量是多少？解：根据月无功和有功用电量，其功率因数为:74.0681707500075000cos22221QPP因为用户为两班制生产，即每日生产16h,其有功功率为：kWhWPPPj25.15630*167500030*16月有功度数所以该用户总的无功补偿容量为：var63.65)19.01174.01*25.156)1cos11cos1(222212kPQPjC（三）无功补偿提高功率因数节能效益分析无功补偿的节能分析，主要是分析用户在加装无功补偿装置后，每年获取的经济效益。一般计算分析是要计算出补偿后用户视在功率、有功功率节省值；变压器损耗节省值以及补偿电容器的无功和有功功率损耗值；再考虑投资成本。综合分析其节能效益。§10.3供配电系统的谐波抑制技术随着电力电子装置日益广泛的应用，使得电力系统中电压和电流波形发生较严重的畸变，产生严重的谐波问题。产生谐波的主要装置有：晶闸管整流设备、变频装置、电弧炉、电石炉、逆变电焊机、荧光灯、高压汞灯、气体放电灯。一、谐波的危害谐波污染会严重影响用电设备和供电系统的安全、可靠和经济运行。（一）诱发电网谐波，导致谐波过电压和过电流，引起严重事故，损坏补偿用电容器等电气设备（二）导致异步电机和变压器产生附加损耗和过热，其次是产生机械振动、噪声和谐波过电压，降低效率和利用率，缩短使用寿命（三）对电力电缆和配电线路，谐波电流频率增高引起明显的集肤效应，导致阻抗增大，线损加大，发热增加，绝缘过早老化，容易引发接地短路故障，形成火灾隐患（四）对通信、电子或自动控制设备产生严重干扰（五）谐波电流使断路器遮断能力降低，导致断路器、接触器等不能安全稳定工作（六）导致保护装置误动或拒动，导致区域性停电（七）使电力系统中各种测量仪表误差增加，甚至无法工作（八）干扰或影响各类低压电器的正常使用二、谐波抑制技术（一）针对谐波源进行治理（二）改变运行方式、接线方式（三）在设计中注意避开谐波产生谐振的可能，减小谐波的影响（四）无源LC滤波装置的选用（五）有源滤波装置APF的选用三、谐波抑制的效益（一）保证供配电系统的安全稳定运行（二）提高电气设备运行可能性，延长设备使用寿命（三）功率因数提高，减少了无功电流与谐波电流造成的额外损耗（四）降低损耗，降低变压器运行容量（五）提高生产效率，提高产品质量，提升服务水平（六）节能降耗增效，减少二氧化碳排放。