白伟2章环境保护和节能.ppt

2017年注册电气工程师执业资格考试供配电专业考试辅导 1 第2章环境保护和节能2 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 2 2 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 3 2 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 4 2 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 5 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 6 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 7 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 8 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 9 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 10 2 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 11 2 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 12 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 13 2 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 14 2 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 15 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 16 b 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 17 2 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 18 2 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 19 2 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 20 2 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整流供电装置的节电 1 提高整流装置效率 100V以上95 100V以下90 2 合理选择整流电路的接线方式 3 合理选择调压方式 4 合理选择整流元件 5 合理选择冷却方式 6 合理选用布置方式 7 抑制谐波 2 2 5风机 水泵的节能2 2 5 1合理选择风机水泵机组 1 合理选型 使设备运行时的工况经常保持在高效区 2 合理选择电动机 21 2 2 5 2合理选择风机 水泵的系统调节方式 1 选择应考虑工艺 可靠性 调节效率 投资等因素 2 采用调速的条件 参数变化大 运行时间长宜采用 3 调节电动机的转速 实现变速变流量控制 风机 泵类的流量 转速 功率 扬程之间的关系 风机 水泵的调速方法 1 变极调速电动机 2 液力耦合器 电磁转差离合器 3 变频调速 4 晶闸管串级调速 4 调节方式的选择 1 考虑调节范围与效果 2 考虑调速效率和功率因数3 可靠性 4 投资及回收期 2 2 6照明设备的节能 见13章 22 23 2 2 7低压电器的节能 采用新型节能产品 交流接触器的节能 2 2 8采用节能产品的单台设备的年节电量计算 1 效率计算法 单台设备的年节电量 kWh 设备的平均运行功率 kW 节电产品与淘汰产品的效率差 设备年运行小时数 h 2 单耗计算法 节电设备单台年产量 单位产量的电耗降低值 kWh 单位产量 淘汰设备 节电设备的单位产品电耗 kWh 单位产量 24 3 损耗计算法 设备空载运行时间 h 设备负载运行时间 h 设备年平均负载率 节能设备空载损耗降低值 kW 淘汰设备 节能设备空载损耗 kW 节能设备短路损耗降低值 kW 淘汰设备 节能设备短路损耗 kW 4 节能率计算法 节能产品的节能率 25 5 采用高效电动机每年节约的电费 电价 元 kWh 机械轴功率 kW 年运行时间 h 机械装置的效率 低效 高效电动机的效率 26 2 4节能型电气产品的选用方法2 4 1低耗能电力变压器的选用 1 新S9低损耗变压器 2 S11系列低损耗配电变压器卷铁心变压器 3 调容变压器 4 SH系列非晶态合金变压器 5 各种类型变压器损耗数据比较P112表2 4 42 4 2高效电动机的选用2 4 2 1国家推荐的新型电动机见P112表2 4 52 4 2 2高效三相异步电动机的选用 1 高效电动机的特点 效率高 损耗低 2 高效电动机 YX Y2 E FX YQS2等 2 4 3交流调速装置的选用2 4 3 1调速系统效率 高效 低效 2 4 3 2调速系统的选择 1 满足工艺要求 2 适合不同的变量范围 3 效率 4 投资 5 推广变频调速 27 2 3提高电能质量的措施2 3 1电能质量的概念电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质 理想状态的公用电网应以恒定的频率 正弦波形和标准电压对用户供电 在三相交流系统中还要求各相电压和电流的幅值应相等 相位对称且互差120 2 3 2电能质量的国家标准见P103表2 3 11 GB T12325 2008电能质量供电电压偏差2 GB T12326 2008电能质量电压波动和闪变3 GB T14549 1993电能质量公用电网谐波4 GB T15543 2008电能质量三相电压不平衡5 GB T15945 1995电能质量电力系统频率允许偏差6 GB T18481 2001电能质量暂时过电压和瞬态过电压 28 GB T12325 2008电能质量供电电压偏差计算公式 4 135kV及以上供电电压正 负偏差的绝对值之和不超过标称系统电压的10 注 如供电电压上下偏差同号 均为正或负 时 按较大的偏差绝对值作为衡量标准 4 220kV及以下三相供电电压允许偏差为标称系统电压的 7 4 3220V单相供电电压允许偏差为标称系统电压的 7 10 29 GB T12326 2008电能质量电压波动和闪变4负荷波动产生的电压变动d的限值和变动频率r 电压等级有关 r r 次 hd LV MVHVr 1431 r 103 2 5 10 r 10021 5100 r 10001 251注 随机性不规则的电压波动 表中标有 的数值为限值LVMVHVUN 1kV1kV UN 35kV35kV UN 220kV 30 3 7闪变 灯光照度不稳定造成的视感 3 8短时间闪变限值Pst 衡量短时间内闪变强弱的一个统计量值 附录A 3 9长时间闪变限值Plt 反映长时间闪变强弱的量值 由Pst推算 附录A 5 1Plt 测量周期168h 110kV 110kV10 8闪变限值根据用户负荷大小 其协议用电容量占供电容量的比例 以及系统电压分别按三级作不同的规定和处理 31 GB T14549 1993电能质量公用电网谐波3 6谐波含量 3 7谐波含有率 3 8总谐波畸变率 4谐波电压限值电网标称电压电压总谐波各次谐波含有率kV畸变率 奇次偶次0 385 04 02 06 104 03 21 635 663 02 41 21102 01 60 8 32 谐波电流允许值标准基准短谐波次数及谐波电流允许值A电压路容量23456789 2425kVMVA 0 38107862396226441921 6 51261004334213414241111 3 66 810100262013208 5156 46 8 2 147125 18 83 84 1 1 32 56650016138 1135 49 34 14 3 1 42 6110750129 66 09 64 06 83 03 2 1 01 9附录B谐波电流允许值的换算Sk1 公共连接点的最小短路容量 MVA Sk2 基准短路容量 MVA Ihp 表中第h次谐波电流允许值 A Ih 短路容量为Sk2时的第h次谐波电流允许值 A 33 GB T15543 2008电能质量三相电压不平衡3 1电压不平衡 三相电压在幅值上不同或相位差不是120 或兼而有之 3 2不平衡度 指三相电力系统中三相不平衡的程度 用电压或电流的负序基波分量或零序基波分量与正序基波分量的方均根值百分比表示 4电压不平衡度限值4 1电力系统公共连接点电压不平衡度限值 电网正常时 负序电压不平衡度不超过2 短时不得超过4 4 2接于公共接点的每个用户 引起该点负序电压不平衡度允许值一般为1 3 短时不超过2 6 根据连接点的负荷状况 邻近发电机 继电保护和自动装置安全运行要求 该允许值可作适当变动 但必须满足4 1条的规定 34 GB T15945 1995电能质量电力系统频率允许偏差频率偏差允许值3 1电力系统正常频率偏差允许值为 0 2Hz 当系统容量较小时 偏差值可以放宽到 0 5Hz 3 2用户冲击负荷引起的系统频率变动一般不得超过 0 2Hz 根据冲击负荷性质和大小以及系统的条件也可适当变动限值 但应保证近区电力网 发电机组和用户的安全 稳定运行以及正常供电 35 GB T18481 2001电能质量暂时过电压和瞬态过电压3 1过电压以Um表示三相系统最高电压 则峰值超过系统最高相对地电压峰值 或最高电压相间峰值 的任何波形的相对地或相间电压分别为相对地或相间过电压 附录A 指导书P406表11 2 8 系统标称电压kV361015203566110设备最高电压kV3 67 21217 52440 572 51264注 设备最高电压等于所在系统的系统最高电压 5电气设备上作用的过电压及其要求5 1暂时过电压 包括工频过电压 谐振过电压 瞬态过电压 包括操作过电压 雷电过电压 5 2暂时过电压和操作过电压的标么值 工频过电压的 谐振过电压和操作过电压的 36 5 3暂时过电压要求 5 3 2工频过电压一般由线路空载 接地故障和甩负荷等引起 工频过电压限值 110kV不超过3 10kV不超过35 66kV不超过5 3 3谐振过电压产生的原因5 4 1操作过电压一般由以下原因引起 线路切合与重合 故障与切除故障 开断容性电流和开断较小或中等的感性电流 负载突变 5 4 2线路合闸和重合闸过电压要求 不超过3 0p u 5 4 3空载线路分闸过电压限值 110kV不超过3 0p u 对称 非对称 66kV不超过4 0p u 非低电阻接地 不超过3 2p u 低电阻接地 5 4 53 66kV并联电容器补偿装置对地不超过4 0p u 极间不超过 37 5 4 6用断路器开断变压器 冷轧硅钢片不超过2 0p u 110kV热轧硅钢片不超过3 0p u 66kV及以下不超过4 0p u 空载变压器和并联电容器补偿装置合闸不超过2 0p u 5 4 7高压感应电动机合闸一般不超过2 0p u 空载分闸不超过2 5p u 5 4 8大于1kV且小于等于66kV系统单相间歇性电弧接地不接地3 5p u 消弧线圈接地3 2p u 电阻接地2 5p u 5 4 10雷电过电压及其限值5 6电气设备 装置 在过电压作用下运行的安全性 不仅取决于过电压的限值 还取决于设备的绝缘水平 过电压的保护 38 2 3 3提高电能质量的措施2 3 3 1供电电压偏差 1 供电电压超差对电气设备运行及能耗的影响1 变压器 电压升高 变压器空载损耗加大 电压降低 传输同样功率变压器电流增大 绕组损耗值与电流平方成正比 电压长期过高 加快变压器绕组绝缘老化 缩短寿命 2 电动