节电技术在农村电网建设中的应用

刘桂涛,白敬中

(1.孝感学院计算机与信息科学学院,湖北孝感432000;2.中国市政工程中南设计研究院,湖北武汉430010)

节电技术在农村电网建设中的应用

刘桂涛1,白敬中2

(1.孝感学院计算机与信息科学学院,湖北孝感432000;2.中国市政工程中南设计研究院,湖北武汉430010)

以湖北省云梦县农村电网建设为例,从按经济电流密度选择导线标准截面、提高农村电网功率因数、变压器选型及变压器布点方式等方面,介绍和探讨了节电技术在农村电网建设中的应用。

节电技术;经济电流密度;功率因数;变压器布点方式

目前,我国正在进行社会主义新农村建设。农村电网建设是社会主义新农村建设中的一项重要内容,在农村电网建设中必须注重节电技术的应用,农村电网节电对提高农村经济效益和社会效益具有十分重要的意义。本文以湖北省云梦县电网建设为例,从按经济电流密度选择导线标准截面等方面对节电技术在农村电网建设中的应用作一些介绍和探讨。

1 农村电网中应用的节电技术

1.1 按经济电流密度选择导线标准截面

在农村电网建设中,导线截面的选择是一项很重要的工作,它直接影响着农村电网的经济效益和节电效果。导线截面取决于经济电流密度Jn,经济电流密度用Jn以下方法确定。

导线的投资年金额与年电能损耗费、年综合支出费的数学表达式如下[1]:

式中:F——导线年综合支出费;

Fl——导线投资年金额;

Fs——导线年电能损耗费;

α——综合系数,相关手册可查;

Z0——单位长度的第一项费用,单位为元/km;

b——线路造价与导线截面间的关系系数;

A ——导线截面,单位为mm2;

l——线路长度,单位为km;

Imax——设计时求得的最大电流即 IC,单位为A;

ρ——导线的导电率,单位为Ω·m;

τ——最大负荷损耗时数,单位为h;

β——电价,单位为元/(kW·h)。

式中:Jn——经济电流密度,单位为A/mm2;

由式(2)可以分析得到,经济电流密度 Jn与年最大负荷损耗时间τ成反比,而τ∝ Tmax;Jn∝若小时数 Tmax越高,则 Jn应越小。这是因为在同样的最大负荷电流 Imax下,Tmax越大就表示负荷曲线越平,最大负荷电流持续的时间越长,电能损耗费用所占的比重越大,Jn取得越小一些,就使导线的截面A大一些,从而电阻小,降低了在导线上的电能损耗。

在进行农村电网设计时,Jn可以通过导体材料及最大负荷利用时数Tmax两个参数查表得到具体值,那么只要通过计算得到计算电流即Ic值,就可以利用式确定导线截面,但未必是标准截面,那么如何取标准截面呢 ?由下图1可以看出,标准截面在直线 Fl和曲线 Fs交点对应处,同时也在曲线 F最低点对应处。导线取得标准截面后,既能满足最小电能损耗的要求,又能使运行费用较小。

图1 导线截面与年运行费的关系曲线

1.2 提高电网的功率因数

随着社会主义新农村的建设不断推进和中央的惠农政策不断落实,农村的经济状况和社会状况有了很大改观,家用电器进入普通百姓家庭,一些小型工厂也落户到了农村,农村用电量快速增长。在农村供电电网中,许多用电设备具有电感的特性,这些设备不仅从电网吸收有功功率,还要吸收无功功率以产生这些设备正常工作所必需的交变磁场。然而在输送有功功率一定的情况下,无功功率增大,就会降低供电电网的功率因数,增加电网中的计算电流,从而加大电网电能的损耗。因此,功率因数是衡量农村电网电能利用程度及电能损耗的一个具在代表性的重要指标。

客观上,农村电网处于电力系统的末端,农电负荷又大量消耗无功,农网电网的功率因数普遍较低,在0.65～0.75之间,农村线路功率因数普遍偏低是导致高低压线路损耗大、局部地区末端用户电压低的原因之一,因此必须进行无功补偿。无功补偿的目的是使电力系统中的用电设备所需的无功功率就地平衡,使电网的功率因数得以调节。由于农村供电线路长、负荷分散且供电点多,因此合理确定农网的无功补偿方式、科学计算补偿容量和提高自然功率因数是农村电网提高供电质量、减少损耗、合理经济运行的重要途径。

农村电网无功补偿方式主要有如下几种[2]:

1)集中补偿。将电容器组集中装设在农村降压变电所的6～10 kV母线上,用来提高整个变电所的功率因数,使该变电所在供电范围内无功功率基本平衡,可减少高压线路的无功损耗,而且能够提高本变电所的供电电压质量。

2)分组补偿。将电容器组分别装设在功率因数较低的村镇终端变配电所高压或低压母线上,也称为分散补偿。

3)就地补偿。将电容器或电容器组装设在异步电动机或电感性用电设备附近,就地进行无功补偿,也称为单独补偿或个别补偿方式。其优点是可使低压干线和分支线上电流减小,电压降和线路损耗相应降低;缺点是投资较高。

由于农村电网用电负荷分散,因此一般采用集中补偿的方法,即无功补偿装置设置于各 35 kV终端变电所。当有较大供电负荷10 kV时,可考虑采用分组补偿或就地补偿。若将3种补偿方式统筹考虑、合理布局,将可能取得很好的技术经济效益。提高功率因数和降低线损见表1。

表1 功率因数下降与损耗增加的关系表

1.3 变压器的选型和布点方式

1.3.1 变压器的选型

在农村电网中,变压器自身要产生有功功率损耗与无功功率消耗。一个变电所一般需要2台大容量的变压器,每两到三个小自然村庄就需要1台小容量配电变压器,所以变压器的台数较多,农村电网中变压器总的电能损耗约占农村电网电量的10%。在农村电网中,目前用得较多的是S9、S7、SL7型等几种型号变压器,但这种类型变压器在低负荷或空载运行时损耗较高,而农村电网的用电特点是常年低负荷或空载运行,因此,在农村电网建设中变压器选型时,应选择非晶态变压器SH系列,非晶态变压器 SH系列与 S9相比,尽管价格高出40%左右,但空载损耗平均下降80%,空载电流下降50%,运行效益显著。因此,在当前农村电网建设应大力提倡采用SH系列非晶态变压器。

1.3.2 变压器的布点方式

配电变压器的合理布置是农村电网建设的重要内容之一,随着配电变压器布点方式的不同,电能损失率有很大的差异。配电变压器一般有3种布点方式:一是配电变压器布置在线路一端;二是配电变压器布置在线路长度的1/2处;三是将配电变压器改为两台,分别布置在1/4处和3/4处。这3种布点方式的节电效益对比如表2所示[3]。

表2 配电变压器布点不同方式下的线路损失率

从电能降损来,将配电变压器变伸入负荷中心和采用小容量配电变压器进行两点或多点布置具有显著的降损节电效果。

2 节电技术在农村电网中的应用

云梦县境位于湖北省中部偏东,现有12个乡镇,供电公司下辖14个农村供电所,担负着15.66万客户,49.66多万人口的供用电管理任务,全县农网共有44条10 kV线路,总长1115.4 km;0.4 kV及以下等级的低压线路6317.9 km;配电变压器1653台,总容量168.1 M VA,其中客户专用变压器540台,总容量86.33 M VA,公用配电变压器1113台,总容量81.77 MVA。

2.1 电网导线标准截面的选择

云梦县在农村电网建设中,大力推广用经济电流密度选择导线标准截面,取得了良好的节电效果。例如,从伍洛镇变电所至黄渡村的一条10 kV(裸铝绞线)线路长13.7 km,经统计,线路的视在功率为1704.3kVA,最大负荷损耗小时数为2300 h,电价为0.65元/(kW·h),线路中 KQ取0.1,KP取0.235。

由式(1)及式(3)可以算出按新旧两种方法选择导线标准截面及投资和节电效益,计算结果如表3所示。

云梦县共有44条10 kV线路,总长1115.4 km,若全部按经济电流密度选择导线标准截面,其年节资效益和年节电效益十分可观。

表3 导线标准截面选择与投资和节电效益比较表

2.2 电网的无功补偿

云梦县进行农村电网无功补偿的具体做法包括:一是对10 kV线路进行集中补偿,这类补偿总容量达到2971.96 kvar。二是对各类配电变压器进行分组补偿,补偿总容量达到1694.6 kvar。三是对大容量负荷台区的变压器(如城关镇),在低压侧进行自动补偿,补偿总容量达到2266.4 kvar,四是对客户端低压电动机进行就地补偿,补偿容量为5175.7 kvar。五是对专用变压器客户进行分组补偿,这类补偿容量为27440 kvar。截止2006年底,云梦县共安装各类无功补偿容量达到108.6 M var,无功补偿装置安装和投运率已达87%,起步较早的伍洛、义堂、隔蒲潭等乡镇,无功补偿的总容量已超过420.2 kvar,其中义堂镇的覆盖率高达96%以上。云梦县对农村电网进行无功补偿后,节电效果显著。如伍洛镇2005年5月对1#、2#变压器实施并联电容器进行无功补偿后,7月按规定周期抄表,低压线损率由4～5月份的9.4%降低到5.58%,下降了3.82个百分点,尽管供电量只有64278 kW h,节电却多达2517 kWh。进行无功补偿后,云梦县农村电网中的电压质量、功率因数、电动机启动运行状态、电网及用电设备安全等方面都得到了显著改善。

2.3 变压器的选型和布点方式

云梦县农村电网经20世纪末改造后,变压器的型号由原来的64型、73型、S7型基本上改为S9型节能变压器,其节电效果如表4所示[4]。

表4 S9型变压器的节电效果

随着技术的不断进步,SH型非晶态变压器是目前最节能的变压器,其空载损耗和负载损耗均较S9型节能变压器低,但鉴于当前云梦县农村的技术经济状况,S9仍是主体,随着农村经济的不断发展,SH型非晶态变压器将会逐步代替S9型节能变压器。

云梦县农村电网建设中配电变压器的布点也逐步趋于合理。上世纪90年代中期以前,配电变压器的布点以布置在一端为主,以布置在负荷中心为辅,经农村电网改造后,云梦县农村电网的布点方式中配电变压器布置在负荷中心的方式较多,配电变压器布置在两端的方式比重也有较大提高。虽然配电变压器布置在负荷中心的方式在节电方面的比不上两点布置方式,但相对于以前的一端布置方式节电效果还是十分显著的,由前面表2可知,配电变压器布置在负荷中心与布置在一端相比,线路损耗下降了73.75%。随着农村经济的发展和节电技术的进步,云梦县农村电网中的变压器布点方式一定会越来越合理。

3 结束语

通过按经济电流密度选择导线标准截面、提高农村电网功率因数、选择高效节能变压器及合理进行变压器布点来减少损失,是降低农村电网损耗、节约电能的主要技术措施。实践证明:节电技术在农村电网建设中技术上是可行的,经济上是合理的,并且具有广阔的应用前景和良好的经济效益和社会效益。

[1] 苏文成.工厂供电[M].北京:机械工业出版社,1994.

[2] 严雪萍,韩庆福,成立,等.农村电网的无功补偿探讨[J].农机化研究,2007(8):46-48.

[3] 朴在林,杨涛,南俊星.农村电网改造中若干技术经济问题的研究[J].农业工程学报,2001(2):119-122.

[4] 胡景生.变压器能效与节电技术[M].北京:机械工业出版社,2007.

Application of Power Saving Technology in Rural Electric Network Construction

Liu Guitao1,Bai Jingzhong2
(1.School of Computer and Information Science,Xiaogan University,Xiaogan,Hubei 432000,China;2.Central South Municipa l Engineering Design Institute,Wuhan,Hubei 430010,China)

This article takes the electric network construction in Yunmeng county as an example to introduce and discuss the power saving technology in rural electric network construction from the aspects of selecting leading wire section according to economical current density,enhancing power factors of rural electric network and selecting types and arrangement of transformers.

power saving technology;economical current density;power facto rs;arrangement of transformers

TM 727.1

A

1671-2544(2010)06-0009-04

2010-04-26

刘桂涛(1972— ),男,湖北云梦人,孝感学院计算机与信息科学学院讲师,硕士。白敬中(1976— ),男,安徽临泉人,中国市政工程中南设计研究院高级工程师。

(责任编辑:陈锦华)