天津节能评估2012课件电气工程学基础与节能技术

第三章:电力基础知识P36第一节 电力系统与电力网一、 电力系统电力系统是由生产、变换、输送、分配、消费电能的发电机、变压器、变换器、电力线路和各种用电设备（一次设备）以及测量、保护、控制等智能装置（二次设备）组成的统一整体。二、 电力网由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分常称电力网络，即电力系统中除发电机和电力用户以外的部分。电力网是将各电压等级的输电线路和各类型的变电所连接而成的网络。电力网按照其在电力系统中的作用，分为输电网和配电网。 输电网是以高电压甚至超高电压将发电厂、变电站或变电所之间连接起来的送电网络，所以又可以称为电力网中的主网架。 直接将电能送到用户的网络称为配电网。配电网的电压因用户的需要而定，因此配电网又分为高压配电网、中压配电网和低压配电网。P39第二节 电力负荷一、 电力负荷电力系统的总负荷就是系统中所有用电设备消耗总功率的总和；将工业、农业、邮电、交通、市政、商业以及城乡居民所消耗的功率相加，就是电力系统的综合用电负荷；综合用电负荷加网路损耗的功率就是系统中各发电厂应供应的功率，称为电力系统的供电负荷（供电量）；供电负荷再加各发电厂本身消耗的功率（厂用电），就是系统中各发电机应发的功率，称为系统的发电负荷（发电量）。P401. 平均负荷Pav平均负荷就是指电力负荷在一段时间内的平均值。电力用户的年平均负荷Pav可由年电能消耗量与年工作时间之比来计算：Pav=WaTgz式中：Pav-年平均负荷，单位为千瓦（KW）；Wa-年电能消耗量，单位为千瓦时（KWh）；Tgz-全年无间断工作时间，规定取8760h。2. 最大负荷Pmax最大负荷是指一年中典型负荷曲线（全年至少出现3次的最大负荷工作班内的负荷曲线）中的最大负荷，即30min内消耗电能最大时的平均负荷（简称半小时最大平均负荷），记作Pmax或P30。3. 有效负荷Pe有效负荷是指由典型工作班负荷曲线确定的平均负荷，其持续运行所产生的热效应和实际变动负荷长期运行产生的热效应是相等的。4. 计算负荷Pc电力用户的实际负荷并不等于用户中所有用电设备额定功率之和，这是因为：（1） 并非所有设备都同时投入工作。（2） 并非所有设备都能工作于额定状态。（3） 并非所有设备的功率因数都相同。（4） 还应考虑用电设备的效率与配电设备的功率损耗。因此，在用户供电系统设计中，必须首先找出这些用电设备的等效负荷。所谓等效是指用电设备在实际运行中对配电设备所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等，或实际负荷产生的最大温升与等效负荷产生的温升相等。等效负荷可以作为供电系统设计和电气设备选择的依据。在供电系统设计中，将等效负荷称为计算负荷Pc。对于已运行的电力用户，计算负荷是该用户典型负荷曲线上的半小时（30min）最大平均负荷。对于筹建中的电力用户，根据统计规律按照一定的计算方法计算得到的半小时最大平均负荷的假想值。P411. 负荷系数负荷系数是指平均负荷与最大负荷之比，它反映了负荷的平稳程度。负荷系数常分为有功负荷系数和无功负荷系数：通常工业企业：=0.650.75， =0.700.82智能建筑：=0.65350.80，=0.400.852. 利用系数利用系数是针对用电设备组而言的，定义见式：Kx=PavPN式中：Kx-利用系数；Pav-用电设备组在最大负荷工作班内消耗的平均负荷，单位为千瓦（KW）；PN-该设备组的总安装容量，单位为千瓦（KW）。3. 需要系数需要系数也是正对用电设备组而言的，定义见式：Kd=PmaxPN式中：Kd：需要系数；Pmax（P30）：用电设备组的最大负荷，单位为千瓦（KW）。P43四、 负荷的计算（一） 单台用电设备的计算负荷考虑到设备可能在额定工况下运行，单台设备的计算负荷就取设备的额定容量。（二） 用电设备组的计算负荷当计算配电干线上的计算负荷时，首先将用电设备分组，求出各组用电设备的总安装容量PNi，然后查表得到各组用电设备的需要系数Kdi及对应的功率因数cos和功率因数正切值tan。对于设备台数为3台及以下的用电设备组，其计算负荷应取各设备功率之和；4台用电设备的计算负荷宜取设备功率之和乘以0.90的系数。（三） 车间或全厂的计算负荷车间或全厂的负荷计算以车间内用电设备组或配电干线的计算负荷为基础，从负荷端逐级向电源端计算，而且需要在各级配电点乘以同期系数（不同种类设备乘各自需要系数后，归算到配电点时的同时使用系数）K。求出变压器低压侧总计算负荷后，变压器高压侧的计算负荷等于低压侧计算负荷与变压器功率损耗之和。（四） 单项用电设备计算负荷的确定当单项用电设备的总容量小于三相设备总容量的15%时，不论单相设备如何分配，均可直接按三相平衡负荷计算：若单相用电设备的总容量大于三相用电设备总容量的15%时，则需将其换算成三相等效负荷后，再参与负荷计算。 单项用电设备换算为三相等效设备容量的方法如下：（1） 单相设备接于相电压时，将三相线路中的单相用电设备容量最大的一相乘以3作为三相等效设备容量。（2） 单相设备接于线电压时，首先应将接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容量，然后再分相计算各相的设备容量，取最大负荷相的设备容量的3倍作为等效的三相负荷容量。P53 各级用电负荷的供电电源和供电方式,应根据负荷对供电可靠性的要求和地区供电条件,按下列原则考虑确定:(一)I级负荷 I级负荷应由两个独立电源供电，有特殊要求的一级负荷，两个独立电源应来自两个不同的地点。两个供电电源应在设备的控制箱内实现自动切换，切换时间应满足没备允许中断供电的要求。除正常电源外，还需增设应急电源。(二)级负荷级负荷应由两回线路供电，并可在配电装置内实现切换，当一回线路故障时，应不影响另一回线路供电。当负荷较小或取得两问线路有困难时，可由一回专用线路供电。小容量负荷可以采用一路电源加不间断电源，或一路电源加设各自带的蓄电池组在末端实现切换。(三)级负荷级负荷对供电方式无特殊要求，但在小增加投资或经济允许的情况下，也应尽量提高供电可靠性。第六节 无功功率补偿 功率因数分为瞬时功率因数、平均功率因数、最大负荷时功率因数、自然功率因数和总功率因数等。改善企业用电的功率因数(即无功功率补偿)是企业节约电能的重要课题。P54全国供用电规则规定:无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功电力倒送。全国供用电规则还规定了在电网高峰负荷时，用户的功率因数应达到的标准:高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调压装置的电力用户，功率因数应达到0.90以上，其他用户功率因数应在0.85以上。二、无功功率补偿及其方法(一)无功功率补偿的基本概念无功功率补偿的基本原理是:把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量；而感性负荷释放能量时，容性负荷却在吸收能量，能量在两种负荷之间互相交换。这样，感性负荷所吸收的无功功率可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿。 (二)无功功率补偿的方法(1)利用过激磁的同步电动机，改善用电的功率因数，但设备复杂，造价高，只适于在具有大功率拖动装置时采用。(2)利用调相机做无功功率电源，这种装置调整性能好，在电力系统故障情况下，也能维持系统电压水平，可提高电力系统运行的稳定性，但造价高，投资大，损耗也较高。每千乏无功的损耗为1.8%5.5%，运行维护技术较复杂，宜装设在电力系统的中枢变电所，一般用户很少应用。(3)异步电动机同步化。这种方法有一定的效果，但自身损耗大，每千乏无功功率的损耗为4%19%，一般都不采用。（4)电力电容器作为补偿装置，具有安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小(每千乏功率损耗为0.3%0.4%)等优点，是当前国内外广泛采用的补偿方法。这种方法的缺点是电力电容器使用寿命较短；无功出力与运行电压平方成正比，当电力系统运行电压降低，补偿效果降低，而运行电压升高时，对用电设备过补偿，使其端电压过分提高，甚至超出标准规定，容易损坏设备绝缘，造成设备事故，弥补这一缺点应采取相应措施以防止向电力系统倒送无功功率。(三)电力电容器的补偿方法电力电容器作为补偿装置有两种方法:串联补偿和并联补偿。(1)串联补偿是把电容器直接串联到高压输电线路上，以改善输电线路参数，降低电压损失，提高其输送能力，降低线路损耗。这种补偿方法的电容器称作串联电容器，应用于高压远距离输电线路上，用电单位很少采用。(2)并联补偿是把电容器直接与被补偿设备并接到同一电路上，以提高功率因数，这种补偿方法所用的电容器称作并联电容器，用电企业一般采用这种补偿方法。P572.并联电容器的补偿形式安装电容器进行无功功率补偿时，可采取集中、分散或个别补偿三种形式， (1)个别补偿。个别补偿是指对单台用电设备所需无功就近补偿的办法，把电容器直接接到单台用电设备的同一个电气回路，用同一台开关控制，同时投运或断开。这种补偿方法的效果最好，电容器靠近用电设备，就地平衡无功电流，可避免无负荷时的过补偿，使电压质量得到保证，但这种方法在用电设备非连续运转时，电容器利用率低，不能充分发挥其补偿效益。(2)分散补偿。分散补偿是指将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路的出线上，它可与工厂部分负荷的变动同时投入或切除。该补偿方法效果较好。(3)集中补偿。集中补偿是指把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上，这种补偿方法，安装简便，运行可靠，利用率较高。但当电气设备不连续运转或轻负荷时，又无自动控制装置，会造成过补偿，使运行电压升高，电压质量变坏。电容器就地补偿的无功功率称为释放功率，其大小与初始功率因数和电容器的安装容量及其安装位置有关。【例题】已知:=50 Hz, U=220 V, P=10 kW, cos=0.6，要使功率因数提高到0.9 ,求并联电容C,并联前后电路的总电流各为多大?【解】cos1=0.6 = 1=53.13o cos 2=0.9 = 2=25.84oC = PU2(tg1-tg2)=102202(tg53.13o-tg25.84o)=557（F）未并电容时：I=IL=PUcos1=100.6=75.8（A）并联电容后：I=IL=PUcos2=100.9=50.5（A）P81第五章 电气线路 第一节 电气线路一、 电气线路的作用与分类电气线路是电网的重要组成部分，其作用是输送和分配电能。电力网内的线路，大体可以用分为输电线路和配电线路。架设在发电厂升压变电站与地区变电站之间的线路，以及地区变电站之间的线路，是专用于输送电能的，称为送电线路，又称为输电线路。送电线路电压一般在110KV以上，220KV以上的输电线路也称为超高压输电线路。从地区变电站到用电单位变电站或者城市、乡镇供电的线路，是由于分配电能的，所以称为配电线路。配电线路根据电压高低又可以分为高压配电线路、中压配电线路和低压配电线路。一般高压配电线路为35KV或者110KV，中压配电线路为6kV或者10kV,低压配电线路为220/380V。电气线路按照其架设方式分为架空电气线路和电缆线路两大类。目前我国的输电线路基本是架空电气线路，配电线路，特别是农村配电线路也是以架空电气线路为主。电缆线路一般应用在城市中心地带或者重要负荷和大型工厂的厂区内部。P83 导线型号表示方法举例导线种类代表负荷导线型号举例单股铝线LL-10：标称截面积10mm2的单股铝线多股铝绞线LJLJ-16：标称截面积16mm2的多股铝绞线钢芯铝绞线LGJLGJ-35/6：铝线部分标称截面积为35mm2、钢芯标称截面积为6mm2的钢芯铝绞线单股铜绞线TT-6：标称截面积为6mm2的单股铜绞线多股铜绞线TJTJ-50：标称截面积为50mm2的多股铜绞线钢绞线GJGJ-25：标称截面积为25mm2的钢绞线 P86第二节 电力电缆一、 电力电缆的优点电力电缆同架空线路一样，也是输送和分配电能的，在城镇居民密集的地方，在高层建筑内以及工厂厂区内部，或在一些特殊场合，考虑到安全方面和市容美观方面的问题以及受地面位置的限制，不宜架设甚至有些场所规定不能架设架空线路时，需要使用电力电缆。电力电缆与架空线路相比有很多优点： （1）供电可靠，不受外界影响；（2）不占地面和空间，一般电力电缆都是敷设在底下，不受路面建筑影响，适合城市和工厂使用；（3）地下敷设，有利于人身安全；（4）不适用电杆，节约材料，使市容整齐美观，交通方便；（5）运行维护简单，节省线路维护费用。三、电力电缆的名称及使用范围（1）聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆：敷设在室内、隧道内、管道内，电缆不能受机械外力作用。（2）聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套阻燃电力电缆；敷设在室内、隧道内、管道中、敷设在地下，电缆能受机械外力作用。（3）交联聚乙烯绝缘、聚氯乙烯护套电力电缆，交联聚乙烯绝缘、聚氯乙烯护套阻燃电力电缆；敷设在室内、隧道内、管道中、电缆不能受机械外力作用。（4）交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套阻燃电力电缆；敷设在室内、隧道内、管道中、敷设在地下，电缆能受到机械外力作用。P87（一） 照明线路照明线路是对照明灯具等用电设备供电和控制的线路。供电电源电压一般为220V二线制，负荷大时，用220/380V三相四线制。通过引入线的工作电流，为所有灯具及电气设备工作电流的总和，乘以同时使用系数，引入导线的截流量，应大于或等于引入线工作电流。（二） 动力线路动力线路是对电动机等生产用电设备供电和控制的线路。供电电源电压，一般为三相380V，有单相用电设备的，为三相四线220/380V。通过引入线的工作电流，为所有电动机工作电流与其他电器设备工作电流的总和，乘以同时系数。引入导线的截流量，应大于或等于引入线工作电流。P88（一） 室内布线的一般要求（1） 对使用导线的要求：其额定电压应大于线路的工作电压；其绝缘层应符合线路的安装方式和敷设环境的条件；其截面应满足供电的要求和机械强度的要求。（2） 导线应能更换。（3） 导线连接和分支处，不应受到机械力的作用。（4） 导线中应尽量减少接头，减少故障点。（5） 导线与电气端子的连接要紧密压实，力求减少接触电阻和防止脱落。（6） 线路应尽量避开热源和不在发热的表明敷设。（7） 水平敷设的线路，若距地面低于2m或者垂直敷设的线路距离里面低于1.8m的线段，均应装设预防机械损伤的装置。（8） 布线的位置，应便于维修和维护。（9） 为防止漏电，线路的对地电阻不应小于0.5M。电气照明利用各种电气光源照亮工作和生活场所或个别物体的措施。照明方式可为：一般照明、分区一般照明、局部照明和混合照明。其使用原则应符合下列规定：（1） 当不适合装设局部照明或采用混合照明不合理时，宜采用一般照明。（2） 当某一工作区要求高于一般照明照度时，可采用分区一般照明。（3） 在一个工作场所内不应只装设局部照明。（4） 对于照度要求较高，工作位置密度不大，且单独装设一般照明不合理的场所，宜采用混合照明。P89光源效率是以其所发出的光通量除以其消耗电量所得的比值。也就是每一瓦电力所发出的光量，其数值越高表示光源效率越高，所以对于使用时间较长的场所，如办公室、走廊、隧道等，光源效率通常是一个重要的考虑因素。光源效率的计算见式：=W式中：-光源效率，单位为流明每瓦（lm/W）;-单位时间内的光通量，单位为流明（lm）；W-单位时间内的耗电量，单位为瓦特（W）。 常用照明术语量单位说明名称符号名称符号光通量流明Lm发光体每秒钟所发出的光量之总和，即发光量发光强度I坎德拉Cd发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量照度E勒克斯Lx发光体照射在被照物体单位面积上的光通量亮度L坎德拉每平方米Cd/m2发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量平均寿命小时H指一批灯泡点灯至50%的数量损坏不亮时的小时数经济寿命小时H在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下，期综合光束输出减至一特定比例小时数。此比例用于室外光源为70%，用于室内的光源如日光灯为80%第六章 高压电器及成套装置P91一、高压电器的定义 高压电器是在高压线路中用来实现关合、开断、保护、控制、调节、测量的设备。一般的高压电器包括开关电器、测量电器和限流、限压电器。国际上公认的高低压电器的分界线交流是1OOOV(直流则为15OOV )。交流1OOOV以上为高压电器，1000 V及以下为低压电器。有时也把变压器列入高压电器。三、高压电器的要求(1)绝缘安全可靠。高压电器既要能承受工频最高工作电压的长期作用，又要能承受内部过电压和外部(大气)过电压的短期作用，因此对绝缘要求很高。 (2)短时过载能力。在额定电流下长期运行时，其温升合乎国家标准，且有一定的短时过载能力。 (3)短时短路效应不致损坏。能承受短路电流的热效应和电动力效应而不致损坏。 (4)开关安全可靠。开关电器应能安全可靠地关合和开断规定的电流。 (5)符合测量精度。提供继电保护和测量用信号的电器应具有符合规定的测量精度。(6)适应环境要求。高压电器，特别是户外工作的高压电器应能承受一定自然条件的作用。大气压力、环境温度以及风、霜、雨、雪、雾、冰和凝露等自然条件都会影响电器的工作性能，在规定的使用环境条件下高压电器应能安全可靠地运行。四、高压电器的选用条件(1)额定电压。应符合工作的线电压(有效值)。(2)最高工作电压。应满足可能出现的最高工作线电压(有效值)。(3)额定电流。应满足工作场所长期通过的最大工作电流(有效值)。(4)额定短路开断电流。在规定条件下能开断运行出现的最大短路电流(有效值)。 (5)短时耐受电流(热稳定电流)。在规定的使用条件和性能条件下，在规定的短时间内，设备在合闸位置所能承载的电流(有效值)。(6)峰值耐受电流(动稳定电流)。能耐受工作场合出现短路的最大峰值电流。(7)关合电流。即在规定条件下能关合而不造成触头熔焊(或其他妨碍继续正常工作)的电流，应满足工作场合关合时电流最大峰值要求。P103三、低压电器的选用及污染等级(一)基本原则(1)安全原则。使用安全可靠是对任何开关电器的基本要求，保证电路和用电设备的可靠运行，是使生产和生活得以正常进行的重要保障。 (2)经济原则。经济性考虑又可分开关电器本身的经济价值和使用开关电器产生的价值。前者要求选择的合理、适用；后者则考虑在运行当中必须可靠，而不致因故障造成停产或损坏设备，危及人身安全等构成的经济损失。(二)选用条件 (1)控制对象(如电动机或其他用电设备)的分类和使用环境，(2)确认有关的技术数据，如控制对象的额定电压、额定功率、起动电流倍数、负载性质、操作频率、工作制等。(3)了解电器的正常工作条件，如环境空气温度、相对湿度、海拔高度、允许安装方位角度和抗冲击震动、有害气体、导电尘埃、雨雪侵袭的能力。(4)了解电器的主要技术性能(或技术条件)，如用途、分类、额定电压、额定控制功率、接通能力、分断能力、允许操作频率、工作制和使用寿命等。(5)结合不同的控制对象和具体电器。(三)污染等级低压电器产品标准规定有四个污染等级，其具体含义为:污染等级1:指无污染或仅有干燥的非导电性污染的环境条件。污染等级2:指一般情况仅有非导电性污染，但在偶然产生凝露时有可能造成短时的导电性污染的环境条件。污染等级3:指有导电性污染(包括因凝露而使干燥的非导电性污染变为导电性污染情况)的环境条件。污染等级4:指有能持久存在的导电性污染(如导电尘埃或雨雪造成的污染)的环境条件。按标准规定低压电器产品一般应按污染等级3的要求制造。家用或类似用途的电器产品可按污染等级2的要求制造。当安装使用现场的污染等级有可能高于污染等级3时，不可简单选用普通低压电器产品。P112三、电控设和配电设备的区别电控设备和配电设备的主要区别在于:电控设备的功能以控制为主，多用接触器、继电器等控制电器，操作频率较高，控制电路比较复杂，具体传动控动方案也随用户要求变化较大；配电设备的功能则以传输电能(配电)为主，多用刀开关、断路器、熔断器等配电电器，有时也用接触器(多作为线路接触器用)，其操作频率较低，控制电路比较简单，且主电路和辅助电路方案标准化程度较高。P115 控制理论第十章 输配电系统节能技术P151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。电力系统对用户系统供电的中断，将使工农业生产停顿，生活发生混乱，可能会造成严重的后果和无法挽回的经济损失。（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。我国电力系统的额定频率是50Hz，电网容量在300万kW以上的，规定的允许偏差为0.2。(3)保证电力系统运行的经济性。在保证电力系统安全可靠发电、供电及电能质量达到一定指标的前提下，应当合理安排各类发电厂的负荷，力求降低能源消耗以及电网的配电功率损耗，以获得最大的经济效益。大型工厂和某些负荷较大的中型工厂一般采用35185.0 10 kV电源进线，先经过总降压变电所将35110 kV的电源电压降到610kV，然后经过高压配电线路把电能送到各车间变配电所将6 10 kV的电压降到380/220 V。这种供电力方式称为几次降压供电方式。一般的中小型工厂，一般采用610kV电源进线，经降压变电所次降到380/220V。这种供电方式称为一次降压供电方式。工厂供配电系统中的节能方法及措施。(一) 研发新型的输电导线，减少输电线路损耗在高压线路电能的输送中，导线的电阻率是一个关键指标。如果导线的电阻偏高，不但使输电过程中的线损增加，电能损祥增大，还会使导线本身发热增大，影响导线的使用寿命。(二) 推广应用节能型电力变压器目前我国使用的硅钢铁芯变压器，其自身消耗的电能占全国发电量的5%以上，在配电网损耗中，变压器损耗占60%以上。因此节能型变压器的应用意义重大，节能型变压器主要类型有以下几种。1.改进材质节能的变压器(1)超导变压器。超导就是当温度降至某一温度时物质突然失去电阻的现象。现在超导体的最高临界温度己达到150K，即-123。导变压器具有节能高效、占地面积小、不污染环境等很多优点，被认为是有可能取代常规油浸变压器的更新换代产品。其最大特点是可大幅度降低损耗，节能效果显著。而且在相同容量下，其体积可缩小40% 60%，可明显节约变电站的建设费用。（2）非晶合金变压器。金属分子是结晶态，分子呈晶格整齐排列，而将金属熔化后让其极速冷却，来不及结晶排列便成了分子排列杂乱无章的非晶态而成非晶合金。后来发现其铁损耗很低，将其做成变压器铁芯，便成了一种新颖的节能变压器即非晶合金铁芯变压器。中国从1998年开始批量生产，应用至今约有几万台非晶合金变压器挂网运行。与同容量配电变压器的空载损耗相比较，非晶合金配电变压器空载损耗可下降50%60%。另外非品合金变压器不但节能效果显薯，而且有环保效益。非晶合金不但可用于配电变压器，还可以推广到组合式变压器和箱式变电站，不但可用于油浸式配电变压器，还可以用于树脂浇注式干式变压器。所以大力推广非晶合金配电变压器在城乡电网系统发展与改造中应用，可以获得节能与环保的双效益。2.改造部件结构节能的变压器卷铁芯变压器的铁芯由厚度小于或等于0.3mm的冷轧硅钢片纵剪成不同宽度的条料，在铁芯卷制机上连续不断卷制(中间没有接头)而形成阶梯圆形铁芯(闭铁芯)或单一长方形框状铁芯(开铁芯)。卷铁芯比传统的叠铁芯的铁芯四角减少大、小各4个尖角，故铁重减小；又因卷铁芯几乎没有叠积接缝，连续卷绕又充分利用硅钢片的取向性，且成自然紧固状态，无需夹件紧固，避免夹紧引起的损耗增大，叠装系数增大3%5%，卷铁芯退火后有利恢复磁性能，卷铁芯比叠铁芯空载损耗一般可降低20%35%，空载电流降低60%80%。如SII型立体卷铁芯变压器。3.根据工作原理节能的变压器（1）调容量变压器。调容量变压器是将仪器中常用的换档方法应用于变压器，将线圈的绕制和联接方式加以特别而简单的改动，配上调容转换开关，使得一台变压器具有两种额定容量，从而在使用中就可以根据负载的大小随时变换变压器容量(无励磁或有载调节)，避免“大马拉小车”现象，达到节能的目的。如S9-T型调容量变压器等。（2）有载调压变压器。由于电力系统运行状态的变化，使电压发生偏移。有载调压变压器器是变压器配备有载分接开关来实现。它能获得稳定优质的电压使工作设备正常工作。可避免由于电压偏移过大，对工、农业生产的质量和产量产生响，甚至造成用电设备的过热、损坏等。P156第二节 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供电系统中，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。对于相同的功率，若电压提高一倍，则电流减少一倍，电流在导线中产生的热量只有原来的四分之一，这样电压越高，线路损耗就越小。（2）减少变压级数。输电电压每经一次电压变换，要消耗1%2%的有功功率。所以减少输电电压等级，即可减少损耗。另外要减少变压器本身的损耗，选用节能型变压器。(3)要合理配置变压器。对于长期处于轻载运行的变压器，要换成小容量的变压器;对于长期处于满载、过载运行的变压器要采用大容量的变压器替换，以便使变压器处于最佳的工作状态，减少损耗。一般变压器容量的选择保证负荷在65%75%时效益最高。（5） 安装无功补偿设备，优化电网的无功配置。输电系统功率因数的高低，直接影响系统损耗的大小。增加无功补偿装置，可以提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网质量。例如电网补偿前、后传输的有功功率不变，补偿前、后的电压不变，则补偿前、后电网电流大小关系为：则当功率因数提高后，即功率因数从0.70.85提高到0.95时，有功功率的损耗将降低20%45%。一般无功补偿应按“分级补偿，就地平衡”的原则，目前采用的无功补偿方式有:变电所高压集中补偿，这种补偿方式将高压并联电容器组集中装设在变电所的高压母线上，其补偿经济效果较差，但投资较少，便于集中运行维护；线路补偿，这种方式是将电容器分散安装在电力线路上，以补偿线路的无功损耗；随器补偿，随器补偿是将电容器安装在配电变压器的低压侧或用电设备现场。P157二、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。变压器的损耗主要是铜损和铁损。如果变压器在超过其额定电压5%运行时，变压器铁损将增加15%以上；若超过额定电压10%，铁损将增加50%以上。当电网电压低于变压器的所用分接头电压时，对变压器本身没有损害，只是降低了变压器的出力大小。如果变压器的铜损大于铁损，提高运行电压，则有利于降低损耗。所以及时调整变压器的运行分接头(要保证电压正常偏差)，是降低线路损耗的最经济的方法。（2）使三相负载要平衡。如果三相负载不平衡，将增加线损，因为当三相负载不平衡时，每相的负载电流将不相等，这些不平衡电流除了在其相线上引起损耗外，还将在中线上引起损耗，这样将增加了线损。如果三相负载平衡，则中线上电流为零，可使总的线损降低。（3）处理好导线接头。减少导线接头的接触电阻，可以直接降低线路损耗。一般可在接头处加涂导电膏；另外将点与点的接触变成面与面的接触。（4）实施经济调度。调度部门应充分利用调度自动化系统，制定出各变电所主变的经济运行曲线，将主变经济运行的临界负荷输入计算机远动系统，当需投切主变压器或并列、解列时，提醒调度员及时下令，使各变电所主变压器保持最佳的运行状态，维持最佳的潮流分布，合理分配调度有功、无功负荷潮流，使电网的线损进一步降低。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，其节能效果将非常显著。（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，引入了空载损耗和短路损耗。（1）空载损耗。空载损耗是指变压器没有外接负载时，变压器从电源吸取的功率。空载损耗的绝大部分是铁芯损耗（即铁损），只有极少部分是变压器原边绕组电阻产生的铜损，一般变压器在空载时铜损占空载损耗的比例相对较小，一般不超过2%。当电源电压一定时，铁损是个恒定值，基本上等于空载损耗，与负载大小、性质无关。（2）短路损耗。变压器短路损耗是变压器在额定运行下，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，变压器在额定负载下的铜损，近似等于变压器的短路损耗。变压器的铜损与负载大小和性质有关，若知道负载的电流大小，即可算出任一负载时变压器的铜损。（二）变压器的选择和经济运行为了节约能源，提高经济效益，在选择变压器时，应选用低损耗节能型变压器，如S10或S11系列；对于高层建筑、地下建筑、化工企业及消防要求较高场合，应采用低功耗节能型干式变压器（SG11、SG10）对电网电压波动较大，应采用有载调压电力变压器。所谓电力变压器的经济运行即在低损耗状态下工作。变压器的损耗包括有功损耗和无功损耗两部分，而无功损耗也对电力系统产生附加的有功损耗。变压器的综合空载损耗一般表示为式： P1=P0+KqQ0 式中： P0-变压器空载有功功率，单位为千瓦（KW）； Q0-变压器空载无功功率，单位为千乏（kvar）； Kq-无功经济当量，表示电力系统多发送1 kvar的无功功率时，将使电力系统增加的有功功率损耗千瓦数。Kq根据变压器在电力系统中的位置取值为：发电机母线直配0.02 0.04；二次变压0.050.07；三次变压0.080.10。变压器的综合功率额定损耗见式： P2=Pk+KqQN 式中： Pk-变压器额定负载损耗，单位为千瓦（KW）； QN-变压器额定负载时的无功功率，单位为千乏（kvar）；变压器单位容量的有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5O%左右。不过若按此原则选择变压器，则使初始投资加大，所以对于变压器容量的选择要多方面综合考虑，负荷率大致在70%比较合适。 变压器的经济负荷供电系统经济运行的重要方面是供电变压器的经济运行。变压器的损耗包括有功损耗与无功损耗两部分，利用折算系数可将变压器无功损耗折算成电网等值有功损耗，故从电网视角观察的变压器综合有功损耗可表示为： （4-15）式中，为变压器有功损耗（kW），为变压器无功损耗（kvar），为空载有功损耗（kW），为短路有功损耗（kW），为空载无功损耗（kvar），为额定负荷时的无功损耗（kvar），为变压器额定容量，为变压器实际运行容量。变压器的绝对损耗最低自然是其空载状态，甚至是其停运状态；而所谓经济运行状态系指单位输出（视在）负荷下变压器综合有功损耗的相对最低状态。换言之，变压器的经济运行（视在）负荷应是发生在最低状态下的特定负荷。经计算可知，对应的经济运行负荷为： 供电系统领域中将变压器的经济负荷与变压器的额定容量之比称为经济负荷系数或经济负荷率： 如果认为变压器低压母线上集中补偿电容器可完全抵消变压器产生的无功功率，则上式可简化为： 供电变压器的经济负荷率约为3050%，且变压器的容量越高其经济负荷率越低。变压器的容量选择的第一标准应是不低于计算负荷。在一定范围内，变压器容量高于计算负荷水平越多，变压器的投资成本越高，而变压器的运行成本越低。因此，变压器容量的优选应从投资与运行成本两个方面考虑，同时考虑变压器的投资与运行成本时，变压器的综合经济负荷系数应保持在5060%水平。值得指出的是，近年来大量应用的非晶合金铁心变压器中的非晶材料是一种新型功能材料，具有很高的导磁率，同时具有较低的饱和磁感应强度、低矫顽力及低变压器损耗。与硅钢片变压器相比，非晶合金铁心变压器的空载损耗下降了70%80%，空载电流下降了约80%，其节能效果十分明显。例4-1 试计算S11-500/10型变压器的经济负荷率与经济负荷。解：查表可知，S11-500/10型变压器的有关数据为：空载损耗=670W， 负荷损耗=5100W，阻抗电压= 4，空载电流=0.3。=5000.003=1.5kvar=5000.04=20kvar取无功对有功的折算系数=0.1，则可得该变压器经济负荷率为：变压器的经济负荷为：。不计无功功率作用时，变压器的经济负荷率为：，相应的变压器的经济负荷为：。P159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式：Scr=SNn(n-1)P0+KqQ0Pk+KqQN例题1某变电所安装有两台S9-630/10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。解 经查手册知，S9-630/10型变压器的有关数据为：P0=1.2KW，Pk=6.2KW，I0%=0.9（空载电流占额定电流的百分值），Uk%=4.5（短路电压占额定电压的百分值）。变压器的空载无功损耗近似等于:Q0I0%100SN=6300.009kvar=5.67kvar变压器额定负荷时的无功损耗近似为:QNUk%100SN=6300.045kvar=28.35kvar取Kq=0.1，两台变压器经济运行的临界负荷为:Scr=SN2P0+KqQ0Pk+KqQN=21.2+0.15.676.2+0.128.35=394（kva）当负荷S小于394kVA时，宜采用一台变压器运行；当负荷S大于394kVA时，宜采用两台变压器运行。例题2某厂变电所装有两台S9-250/10型变压器。已知变压器参数为：P0=0.56kW，空载电流百分值I0%=2.6，Pk=3.05kW，短路电压百分值Uk%=4.0，Kq取0.1。试决定当总负荷S=160KVA时，应采用几台变压器运行比较经济？解根据变压器参数可求得：Q0I0%100SN=2.6100250=6.5（kvar）QNUk%100SN=4.0100250=10（kvar）由于有两台变压器，n=2。经济运行的临界负荷为：2502（2-1）0.56+0.16.53.05+0.110=193.3（kVA）由于经济运行的临界负荷大于实际总负荷160kVA，所以选用一台变压器运行较为经济。P160四、供电系统中的无功补偿节能技术（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cos1，补偿后的功率因数为cos2，则补偿容量见式：QC=Ppjtan1-tan2=Ppj（1cos21-1-1cos22-1）例题4 某用户原来的功率因数cos1=0.75，视在功率S等于800kVA，时间3000h。现欲将功率因数提高到0.95，若补偿装置投资60元/kVA，投资回收率每年10%计算；设无功补偿装置的损耗为其额定容量的3%。试分析安装补偿装置后，用户所获得的年收益。解设所装补偿容量为cosC，经补偿后用户的无功功率为:Q2=Ssin1-QC，用户的有功功率为： 。又因为补偿后的功率因数，所以 ，即所以补偿容量为：补偿前的用户支出费用计算：（1） 补偿前年缴费的基本费用，按最大负荷收取，每收取值180元/年。 Fj1=180800=（元）（2） 补偿前年用电量，按0.209元/kWh计算： Pc=Scos1 =8000.75=600kw （元）（3） 补偿前用户年支付总费用：（元）补偿后的用户支出费用计算：（1） 补偿后年缴的基本电费： （元）（2） 补偿后年用电量电费： （元）（3） 支付资产折旧费： （元）（4） 补偿后用户年支付总费用： （元）补偿后用户年节约电费计算：（元）由以上实例看出，结合本地区具体情况，采取合适的无功补偿措施，提高电力系统的功率因数，可以达到改善配电系统的电能质量和提高企业的经济效益。P162第三节 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的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、气体放电灯等。（一） 诱发电网谐振，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，导线阻抗增大，线损加大，发热增加，绝缘过早老化，容易发生接地短路故障，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） 导致保护装置误动作或拒动，导致区域性停电事故（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、 谐波抑制技术无源LC滤波装置的选用无源LC滤波装置由电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，其基本原理是利用电路谐振的特点，形成某次或某些谐波的低阻抗通道，将大部分谐波电流分流，分为单调谐滤波器、双调谐滤波器和高通滤波器等几种。有源滤波装置APF的选用APF(Active Power Filte)也是并联接入系统，通过实时检测负载电流波形，得到需要补偿的谐波电流成分，并将其反向，通过控制IGBT的触发，将反向电流注入供电系统，实现滤除（抵消）谐波功能。滤波装置选用建议：在谐波或无功动态变化的场合，采用有源滤波装置APF；在谐波滤除要求高、或电气安全性要求高的场合，采用有源滤波装置APF；LC无源滤波只用于谐波次数固定、幅值不动态变化、滤波要求低的场合。三、谐波抑制的效益（一）保证供配电系统的安全稳定运行谐波治理后，不仅节约用户电能消耗，还减少了电网的线损和对上一级变压器容量的占用。谐波污染的减少，降低了对通信、自动控制装置、电能计量和继电保护的干扰，提高了电网的安全性能。（二）提高电气设备运行可靠性，延长设备使用寿命通过谐波治理及无功动态补偿，避免谐波过电压与谐波过电流对电气设备的危害；此外，负荷无功电流、谐波电流减少，设备的发热、损耗降低，振动减少。系统内各元件损坏率降低、设备绝缘老化减缓，故障率下降，延长设备寿命，提高了整体用电的安全性与可靠性。通过谐波治理，将单相电气设备的使用寿命提高了近32%，三相设备的使用寿命提高了近20%，变压器的使用寿命提高了近5%。（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谐波电流降低后，系统内原有电容补偿装置或其他动态无功补偿装置可正常运行，并起到功率因数调整的作用，使无功电流减小。同时，滤除谐波电流可取得良好的节能降耗效果，通常仅考虑谐波治理的节能降耗率在6%30%。（四）降低损耗，降低变压器运行容量功率因数提高、谐波电流减小，使上一级变压器的平均负荷电流减小，使变压器铜损大大降低，变压器运