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電氣系統(tǒng)中的節(jié)能技術(shù)

1．減少電能在線(xiàn)路上的傳輸損耗。電能在傳輸?shù)倪^(guò)程中，導(dǎo)線(xiàn)上所存在的電阻便會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的有功功率損耗。但是，線(xiàn)路上的電流是無(wú)法改變的，要想將線(xiàn)路上的電能損耗減少，就必須減小導(dǎo)線(xiàn)的電阻。導(dǎo)線(xiàn)的電阻與電導(dǎo)及導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度成正比，則與導(dǎo)線(xiàn)的截面積成反比。所以，要想減少導(dǎo)線(xiàn)的電阻就需要通過(guò)以下幾個(gè)方面：（1）采用電導(dǎo)率相對(duì)較小的材質(zhì)做導(dǎo)線(xiàn)。（2）合理布局，優(yōu)化線(xiàn)路走向。盡可能的使變壓器靠近負(fù)荷中心，使供電距離縮短，在經(jīng)濟(jì)合理的供電半徑內(nèi)供電；對(duì)供電線(xiàn)路進(jìn)行合理布局，優(yōu)化供電線(xiàn)路走向，這樣便可以適當(dāng)?shù)臏p短導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度，盡量不讓導(dǎo)線(xiàn)走回頭路，從而避免電能在來(lái)回電路上造成損失。（3）適當(dāng)將導(dǎo)線(xiàn)的橫截面積增大；在不影響其他條件時(shí)，盡可能的選用橫截面積較大的導(dǎo)線(xiàn)，利用減少電阻的方面來(lái)減少損耗。

2．無(wú)功補(bǔ)償。電力系統(tǒng)由輸配電線(xiàn)路、升降壓變壓器、配電變壓器、用戶(hù)電力負(fù)荷等各個(gè)功能環(huán)節(jié)組成。電能在電壓的作用下以電流的形式在電力系統(tǒng)的各個(gè)功能環(huán)節(jié)中流動(dòng)，為用戶(hù)提供期望的能量，同時(shí)也存在著不可忽視的能量損耗。特別是系統(tǒng)中無(wú)功功率負(fù)荷和無(wú)功功率網(wǎng)損在電網(wǎng)中幾乎無(wú)處不在，不但造成大量的能量浪費(fèi)，同時(shí)也嚴(yán)重地影響了電能的質(zhì)量。電力系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償與無(wú)功平衡是保證電壓質(zhì)量的基本條件。有效的電壓控制和合理的無(wú)功補(bǔ)償不僅能保證電壓質(zhì)量，而且提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，充分發(fā)揮了經(jīng)濟(jì)效益。在整個(gè)電力系統(tǒng)中，供配電設(shè)備中的較大一部分容量都被無(wú)功功率所占據(jù)，從而使線(xiàn)路損耗增大，電網(wǎng)的電壓下降，從而嚴(yán)重地影響了電能質(zhì)量與電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在用戶(hù)的角度上，無(wú)功功率主要體現(xiàn)在功率因數(shù)偏低，若功率因數(shù)沒(méi)有超過(guò)0．9時(shí)，用戶(hù)就需要向供電部門(mén)繳納相應(yīng)比率的功率因素調(diào)整電費(fèi)，這樣就會(huì)使用戶(hù)的用電成本增加，經(jīng)濟(jì)效益下降。用戶(hù)端的用電設(shè)備基本上以感性負(fù)荷為主，其無(wú)功損耗主要由勵(lì)磁損耗和漏磁損耗所構(gòu)成，其功率因數(shù)約為0．6～0．9之間。由此可推出，用戶(hù)端負(fù)荷的功率因數(shù)角約在53°～26°之間。根據(jù)功率三角形，功率因數(shù)的正切值tgψ≈1．33～0．49，也就是說(shuō)用戶(hù)端的無(wú)功功率需求是有功功率需求的0．49～1．33倍，可見(jiàn)用戶(hù)端無(wú)功負(fù)荷之大，是不可忽視的。但是，如果用戶(hù)采用合適的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，便可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功平衡，從而達(dá)到提升功率因數(shù)、節(jié)能降耗、穩(wěn)定系統(tǒng)電壓以及提升電能質(zhì)量等多項(xiàng)目的，還可以一定程度的提升社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。例如，在導(dǎo)電抗的影響下，電機(jī)所發(fā)出的交流電壓與交流電流的相位角不為零，導(dǎo)致電機(jī)所發(fā)出的電能無(wú)法被電器完全吸收，無(wú)法被吸收的部分便會(huì)在電機(jī)與用電器之間回來(lái)變化而不能釋放出來(lái)。由于電容器所產(chǎn)生的是超前的無(wú)功，所以，使用電容器進(jìn)行補(bǔ)償能夠有效的與無(wú)功率的電能相抵消，即Q＝QL－QC。在使用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)所使用的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備有以下幾個(gè)要求：（1）電容器補(bǔ)償在使用之前，選擇的電容器容量應(yīng)通過(guò)計(jì)算配電電壓的容量、負(fù)荷、自然功率因素、三相電壓的平衡度、目標(biāo)功率因數(shù)等多項(xiàng)參數(shù)來(lái)確定。要是在補(bǔ)償時(shí)出現(xiàn)了諧波就必須串聯(lián)一定量的電抗器，以便將線(xiàn)路上的諧波消除掉。（2）為更加有效地消除投切振蕩、過(guò)補(bǔ)償和無(wú)功倒送等情況發(fā)生，電容器的功率參數(shù)、無(wú)功電流、無(wú)功功率等投切物理量宜選擇無(wú)功功率作為投切參數(shù)物理量。（3）傳統(tǒng)補(bǔ)償電容組普遍采用等容量分組和循環(huán)投切等分擔(dān)方式、投切開(kāi)關(guān)方式。隨著補(bǔ)償電容組技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了按比例分配、按編碼配置、投切開(kāi)關(guān)按級(jí)投切等分擔(dān)和投切方式。但是上述方式均無(wú)法達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)、生活的需求，無(wú)法滿(mǎn)足補(bǔ)償效果。為彌補(bǔ)上述傳統(tǒng)補(bǔ)償方式的不足，模糊投切方式應(yīng)運(yùn)而生。這種投切方式適應(yīng)面廣，調(diào)節(jié)平滑，跟蹤準(zhǔn)確，并且投切效果較佳。使用模糊投切方式時(shí)，若低壓則投切開(kāi)關(guān)選擇投切復(fù)合開(kāi)關(guān)；若高壓，則選真空接觸器，操作較為簡(jiǎn)單。對(duì)于供電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，無(wú)功損耗主要包括變壓器的無(wú)功損耗和輸電線(xiàn)路的無(wú)功損耗。變壓器的無(wú)功損耗同樣由勵(lì)磁損耗和漏磁損耗所構(gòu)成，根據(jù)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)可分為空載和負(fù)載兩種狀態(tài)。輸電線(xiàn)路的無(wú)功損耗主要體現(xiàn)在串聯(lián)電抗上的感性無(wú)功損耗和并聯(lián)電納上的容性充電損耗。一般35kV及以下線(xiàn)路的充電無(wú)功損耗很小，線(xiàn)路無(wú)功損耗主要表現(xiàn)為感性的?？梢?jiàn)負(fù)荷功率（有功功率＋無(wú)功功率）越大，線(xiàn)路的無(wú)功損耗越大；線(xiàn)路電壓越低，無(wú)功損耗越大。所以在35kV及以下電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，特別是在10kV電網(wǎng)上進(jìn)行分組動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，對(duì)降低線(xiàn)路損耗、穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、節(jié)約能源將起到明顯的作用。

3．濾波器。因?yàn)殡娋W(wǎng)擴(kuò)建時(shí)需使用大量的非線(xiàn)性電壓電流特性的電氣設(shè)備，這些設(shè)備的增加會(huì)產(chǎn)生較高的諧波電流。諧波電流在電網(wǎng)阻抗作用下會(huì)產(chǎn)生一定的電壓，如果這些產(chǎn)生的電壓重疊于基波電壓，就會(huì)導(dǎo)致電壓發(fā)生畸變，繼而引起電網(wǎng)聯(lián)結(jié)電氣設(shè)備發(fā)生誤動(dòng)作，影響整個(gè)電網(wǎng)的正常使用。為此，若要有效地消除非線(xiàn)性電壓電流特性的電氣設(shè)備產(chǎn)生的諧波則需使用有源濾波器。一般來(lái)講，有源濾波器具有較多優(yōu)點(diǎn)，如反應(yīng)快，其動(dòng)態(tài)性能表現(xiàn)優(yōu)越；其在無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪Ｊ较驴捎行C波，功率因數(shù)可強(qiáng)制達(dá)到1；在三相補(bǔ)償諧波電流下可同時(shí)濾除2～60次濾波。相比之下，由于多元有源濾波器應(yīng)用了并聯(lián)運(yùn)行方式，其功率范圍更廣。因此，在電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中選擇性應(yīng)用有源濾波器可實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波地有效過(guò)濾。這些有源濾波器可很好地預(yù)防電氣設(shè)備由于畸變電壓而導(dǎo)致的誤操作。濾波器的良好性能極大地提高了電氣設(shè)備的運(yùn)行效率，并且對(duì)無(wú)功補(bǔ)償也產(chǎn)生了很好的效果，具有良好的節(jié)能作用。

4．變壓器的選擇。變壓器是供配電系統(tǒng)中最為常見(jiàn)的電氣設(shè)備，變壓器上由于鐵損、銅損、負(fù)載損耗以及空載損耗等原因產(chǎn)生大量電能浪費(fèi)。變壓器節(jié)能可以從降低空載損耗、負(fù)載損耗以及優(yōu)化變壓器運(yùn)行方式幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)節(jié)能?？偟膩?lái)說(shuō)，變壓器在設(shè)計(jì)選擇時(shí)就應(yīng)該達(dá)到以下幾個(gè)要求：第一，變壓器應(yīng)該具有較好的節(jié)能性，以便將變壓器的有功功率損耗進(jìn)行較大程度的減少；第二，為了讓流過(guò)的三相電的電流保持平衡，必須從根本上使變壓器本體的損耗減少，最好使用一些合理、有效的減少負(fù)荷不平衡的方式，如三相四線(xiàn)制供電、單相自動(dòng)補(bǔ)償設(shè)備、將單相用電設(shè)備均勻分接在三相電源上等。

5．其他形式的節(jié)能。在電氣系統(tǒng)中，不但可以使用節(jié)能的技術(shù)進(jìn)行節(jié)能，還可以使用一些其他的節(jié)能方式進(jìn)行節(jié)能，例如，使用高效光源來(lái)達(dá)到節(jié)能的效果，在家庭中所使用的主要是照明用電，所以，將照明所使用的光源使用光色好、發(fā)光率高、顯色性能佳的高效光源是一個(gè)非常不錯(cuò)的選擇。這可以從根本上做到節(jié)約能源。

結(jié)語(yǔ)

總之，在未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，須從節(jié)約能源為出發(fā)點(diǎn)，減少電氣自動(dòng)化所消耗的能源，將其污染環(huán)境的程度降至最低，為使用者提供健康、舒適的工作及生活空間，從而最終實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)節(jié)能電氣的跨越式發(fā)展。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，電力技術(shù)的飛速發(fā)展，相信電氣自動(dòng)化的節(jié)能技術(shù)在今后的使用頻率會(huì)越來(lái)越高，使用范圍越來(lái)越廣，并且今后研究的節(jié)能技術(shù)也會(huì)向更優(yōu)、更節(jié)能地方向發(fā)展。

作者：韋雯斐單位：云南保山電力股份有限公司