摘要：电能是提高现代人类生存质量不可或缺的能源之一，也是人类社会生存和发展的物质基础。节约电力资源是节能的重要内容。随着我国经济的发展，人们生活水平的不断提高，我国能源更加紧张，但同时能源浪费现象严重。无论是供配电系统或用电设备，都存在着节能的巨大潜力，因此本文以供配电系统设计的节能措施为研究对象，对如何实现其节能设计进行分析论述，希望能够提供一些有价值的探究。
关键词：供配电系统；设计；节能措施
一、变压器的节能设计
供配电系统的线损由变压器损耗和线路损耗所组成。变压器的有功损耗包括空载损耗和短路损耗，即ΔP=Ρ0+β2ΡK,式中ΔP为变压器的有功损耗，Ρ0为变压器的空载损耗，ΡK为变压器的短路损耗,β为变压器的负载率。Ρ0又称铁损，它是由铁芯涡流损耗及漏磁损耗组成，是固定不变的部分，它的大小取决于矽钢片的性能及铁芯制造工艺。所以变压器应选用节能型的。第一、二代变压器已基本不采用；第三代变压器产品称为低损耗节能型变压器，即S7、SL7和S9型；随后又有S11~S13型等。第四代是非晶合金铁心变压器。非晶合金铁心变压器是利用铁、硼、硅和碳四种元素合成的非晶合金作铁心材料而制成的变压器，铁磁损失极小，是我国“九五”重点推广的新型节能产品，对配电系统的节能降耗具有重大意义。
ΡK是功率传输的损耗，即变压器的铜损，它决定于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，与负载率β的平方成正比。Β2ΡK用微分求它极值时，当β=50%时变压器的能耗最小。此时，仅仅是为了节能而没有考虑经济价值。其实变压器实际运行的负荷率是很不均匀的，根据《变压器允许过负荷系数的负荷率最大负荷持续时间关系曲线》可求得变压器的过负荷系数，所以在确定变压器容量时，工厂配电用变压器可按75%-85%的负荷率选择。
变压器损耗的计算方法如下：
①变压器的有功功率损耗
△PT=P0+β×Pk
式中： -----变压器有功功率损耗，kW；
-----变压器空载损耗，kW；
-----变压器短路损耗，kW；
β-----变压器负载率，%。
②变压器的无功功率损耗
a. 变压器空载时的无功功率
Q0=I0×SN×10-2
式中： -----变压器空载时的无功功率，kvar；
-----空载电流百分率，%；
-----变压器额定容量，kVA。
b. 变压器额定负载时的无功功率
Qk=Ud×SN×10-2
式中： -----变压器额定负载时的无功功率，kvar；
-----变压器阻抗电压，%；
-----变压器额定容量，kVA。
c. 变压器的无功功率损耗
△QT=Q0+β×Qk
③变压器的综合经济负载系数
式中： -----变压器综合经济负载系数；
-----无功经济当量，kW/kvar。
④变压器电能损耗计算
每台变压器的年电能损耗
△W=（P0•T+ Pkβ2•τ）×10-4
式中：P0----- 变压器空载损耗，kW；
Pk----- 变压器短路损耗，kW；
β---- 变压器负载率，%；
T----- 变压器全年投入运行小时数，h；
τ----- 变压器的最大负荷损失小时数，h。
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所选变压器应为节能型设备。综合功率最佳经济运行区间应在1.33βjz≦β'≦0.75。或在综合功率经济运行区1.33βjz≦β'≦1。符合《电力变压器经济运行》GB/T 13462-2008国家标准。
同时，还要根据GB24790-2009《电力变压器能效限定值及节能评价值》和《三相配电变压器能效限定值及能效等级》（GB 20052-2013）的要求，对变压器的先进性及合理性进行评估。以满足不同使用场所的能耗等级需求。
二、配电系统的节能设计
根据上文提到的供配电系统的节能要点，在供配电设计中可采取如下节电措施：
第一，降低变压器损耗；第二，降低输配电线路损耗；第三，采用高效节能、高功率因数电气设备；第四，配电线路优化；第五，供配电设备经济运行；第六，提高用电平均负荷与最大负荷之比；第七，提高供配电系统功率因数；第八，合理选择配电电压，避免重负降压；九，根据不同工程，合理进行光伏发电的设计。
三、电动机节能设计
减少电动机电能损耗的主要途径是提高电动机的工作效率和功率因数。在工程设计中应选用高效率的电动机和同步电动机。但是在具体工程中电动机通常都是工艺及建筑等专业设备所配套的，由设备制造商统一供应的，所以节能措施只能贯彻在运行过程中。
除了就地电容器补偿以减少线路损耗外主要是减少电动机轻载和空载运行，因为在轻载运行下电动机效率是极低的，切实可行的办法是，采用变频调速控制电动机使其在负载率变化时自动调节转速，使得与负载变化相适应，以提高电动机轻载时的效率，从而达到节约电能的目的。
四、照明的节能设计
照明节能原则：
（1）根据视觉工作需要，决定照明水平；
（2）得到所需要照度的节能照明设计；
（3）在考虑显色性的基础上采用高光效光源；
（4）采用不产生眩光的高效率灯具；
（5）室内表面采用高反射比的材料；
（6）照明和空调系统的热结合；
（7）设置不需要时能关灯或灭灯的可变装置；
（8）不产生眩光和差异的人工照明同天然采光的综合利用；
（9）定期清洁照明器具和室内表面，建立换灯和维修制度。
实施绿色照明工程，在设计中采用照明节能的技术措施：
合理选择和确定照度标准值由于我国幅员辽阔、各地经济差距很大，建筑标准也不同，应根据这些条件，在满足基本视觉要求的条件下，选择合理的照度值，照度太低，会损害工作人员的视力，影响产品质量和生产效率。不合理的高照度则会浪费电力。选择照度必须与所进行的视觉工作相适应。设计照明可按国家颁布的《建筑照明设计标准》GB50034来选择照度，并按绿建要求，每平米功率密度值达到目标值要求。必要的照明质量合理的照度值和优良的照明质量形成的光环境可以提高工作效果和改进人们的心情，要综合考虑照明系统的总效率。照明节能设计就是在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下，力求减少照明系统中光能的损失，从而最大限度的利用光能。
合理选择照明方式对视觉作业要求照度高，而作业面密度又不大的场所，宜采用混合照明方式，即增加局部照明来满足这些作业面的照度要求。对于同一场所不同区域有不同照度要求的作业时，应分区域采用不同的照度标准值。
合理选择照明线路照明线路的损耗约占输入电能的4%左右，影响照明线路损耗的主要因素是供电方式和导线截面积。大多数照明电压为220V，照明系统可由单相二线、两相三线、三相四线三种方式供电。三相四线式供电比其它供电方式线路损耗小得多。因此，照明系统应尽可能采用三相四线制供电。三相配电干线的各项负荷宜分配平衡，最大相线负荷不宜超过三相负荷平均值的115%，最小相线负荷不小于平均值的85%。
充分利用天然光天然光是免费的光源，要充分利用，因此就要合理设计照明开关。充分利用自然光，正确选择自然采光，也能改善工作环境，使人感到舒适，有利于健康。充分利用室内受光面的反射性，也能有效地提高光的利用率，如白色的墙面的反射系数可达70％～80%，同样能起到节电的作用。
另外，根据灯具使用的不同环境和场所，合理选择节能灯具和高光效照明光源如LED等。积极推广节能型镇流器。道路照明可采取时控和光控相结合的控制方式，可根据地理位置和季节变化合理确定开关灯时间，并根据天空亮度变化进行必要修正。合理的选用太阳能路灯以节约电能。
参考文献：
[1] 李雷军.分析煤矿供配电系统设计的节能措施[J].电子测试，2015（09）.
[2] 《固定资产投资项目节能审查办法》（发改委令[2016]第44号）
[3] 注册电气工程师执业资格专业考试复习指导书（供配电专业）2016年版
[4] 照明设计手册（第三版）北京照明学会照明设计专业委员会编中国电力出版社出版
论文作者:吴跃强
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/21
标签：变压器论文; 节能论文; 照度论文; 负荷论文; 负载论文; 功率论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第13期论文;