电力系统节能方式浅析
1、电力系统存在的主要问题
设备负载率低的原因主要有二方面：一是选用设备的能力通常按一段时间内出现的最大负荷考虑,也就是说设备在某一时段是高负荷运行,其他时间由于生产运行工况的变化,负荷下降,负载率较低；二是设计选用拖动设备时,考虑拖动能力、保险系数等因素,拖动设备、配套电动机也均大于理论值。
设备负载率低对能耗的影响主要表现在以下方面：
(1)电动机、变压器自身损耗所占比重加大，三相异步电动机的损耗主要有恒定损耗(包括铁心损耗及机械损耗)、负载损耗(铜耗)和杂散损耗。负载损耗大小取决于负载电流大小及绕组中的电阻值,随负载变化而变化；而恒定损耗、杂散损耗与负载大小无关,因此电动机轻载就会加大自身损耗所占的比重。电动机额定功率越大,恒定损耗所占比重就越大。
变压器有功损耗是由铁损和铜损组成。铜损大小与变压器负载率的平方成正比,而铁损大小只与外加电压和频率有关,与负载大小无关,因此变压器轻载时自身消耗的有功功率比例就大。
(2)系统功率因数下降较大。三相异步电动机为感性负载,在运行时所消耗的功率包括有功功率和无功功率两个分量。负载的变化直接影响有功功率的大小,而对无功功率影响却很微小。在实际运行中,电源供给电动机的总电流是有功电流和无功电流的矢量和,当电动机处于满负荷运行时,有功电流大,功率因数高,当负载下降时,有功电流小,无功电流基本不变,功率因数降低。
部分供电线路走向不合理,井排线路距离配电房较远存在着很大的能耗损失。
1.3.1 电压波动对电动机各种损耗的影响
电压波动将对电动机的各种损耗产生影响。电动机满载或高负载率运行时,运行电压下降,电动机转矩下降,转差率变大,定子、转子的铜耗将增加,电动机的总损耗增加；电动机负载率较低时,由于电动机的铁耗与电压的平方成正比,电压升高将会增加铁损,同样损耗增加。
1.3.2 高次谐波电流对异步电动机和配电线路损耗影响
电网中有许多用电设备是非线性负载,这些负载将产生高次谐波电流并注入供电网络,从而在系统的阻抗上产生出相应频率的高次谐波电压,使系统电压波形畸变。高次谐波对用电设施影响非常大,对于电动机而言,将产生频率较高的旋转磁场,使杂散损耗剧增,局部产生过热甚至烧坏电动机;对变压器而言,造成变压器铁心中磁通量的减少和变压器绕组中导线的趋肤效应加大,也就是最通常的铁损、铜损增加,工作温度上升,降低效率:对于导线和电缆而言,电阻会随着频率的升高而增加,又由于导线中趋肤效应的作用,谐波会使得用户自身供电系统中导线的附加损耗增加。尤其值得注意的是这类谐波还会使三相供电系统中的中性线的电流增大,导致中性线过载。
2、解决方案
2.1.1 降低用电设备自身损耗
电动机方面:一是合理选型,更换容量较小的电动机,提高负载率；二是更换为节能型电动机,如YX系列电动机、高滑差电动机、稀土永磁电机，淘汰高能耗的老式电动机；三是采取调速技术降低电动机转速节能。
变压器方面:一是调整变压器负载率。第一降低变压器容量；第二整合负载,提高变压器负载率；二是采用节能型用变压器。日前普遍应用的变压器有S11、SH11系列,另外还有新型变压器S13系列。
2.1.2提高系统功率因数
调整设备负载率到最佳值可提高设备自身功率因数,另外还可通过安装无功补偿装置来提高系统功率因数,降低配电线路损耗，节约电能。
改变供电路径，减少供电半径；用电负荷尽量靠近线路始端。
一是谐波治理。分有源滤波器和无源滤波器两大类。常规手段有采用D,yn11接线组别的配电变压器,可有效减少3、9次谐波；安装滤波器滤除5、7、11次谐波。
二是电压治理。对线路末端电压较低而负载率较高的用电设备提高电压,使之达到需求值，对线路始端电压较高而负载率较低的用电设备降低电压,使之运行经济电压范围内。
3、现阶段各类方案的可行性分析
变压器方面，一是节能变压器的选用。我们对S9、S11、S13、SH11变压器的能耗情况进行了理论计算,50kV-A和630kV-A变压器负载率按照40%和75%考虑,结果显示:以目前的电价和变压器价格,更换S7变压器的投资回收期很长,不符合国家对更换节能变压器5~7年回收期的要求:新选用变压器时,S13变压器投资回收期最短,SH11变压器最长,但节电效果最好,如果价格降到合理范围内,应为首选。二是变压器调整,使负载率在合理范围内。大容量低负载的变压器可更换为容量小些的变压器,距离较近的负载可共用一台容量较大的变压器。提高系统功率因数。
配电系统的设计和施工中，变配电室要尽可能靠近负荷中心；增加导线的截面积尽管增加了线路费用，但由于节约了电能，因而也减少了运行费用，从长期来看，加大导线截面的投资是值得的。在供配电系统的设计和施工中，要尽可能减少导线连接点的数量，同时要重视搭接处的搭接质量，保证导体接触紧密。
(1)谐波治理。
(2)电压治理,缩小压降。对压降较大的线路主要有以下三种可实施方法:一是缩短供电半径,线路分段运行；二是提高进线路功率因数,线路末端安装无功补偿装置；三是末端电压升高后,降低变电所出线电压。
4、几点认识
（1）电动机、变压器、配电线路是确保其正常运行的配套设施，如果能够通过系统优化、改进工艺流程,优化设备选型、降低电气设备本身的损耗，对配电系统也会节能,可以说工艺方面的节电,产生的节电效果是连锁的。
（2）电机、风机、泵类与工艺流程的合理匹配在系统节能方面至关重要。最佳负载率时为经济运行。设备耗电,负载变化范围较大或无法最佳匹配时,可采取变频调速等技术措施节约电能,使之工作在合理的能耗区域内。