电气设备的经济运行方式探讨

李国芳

（中国石油集团渤海钻探工程有限公司塔里木钻井分公司，新疆库尔勒841000）

1 引言

节约能源具有深远的社会意义和显著的经济效益，为了节约能源，许多国家都采用了有效的节能措施，加强节能技术研究，努力提高能源利用率。众所周知，电气设备和电气线路在运行过程中，必将产生功率损耗。功率损耗之大小与所选设备是否合理，运行状态是否合理等因素有关，电气设备经济运行技术的主体思想是：力求电气设备和电力线路的功率损耗率最低。

2 异步电动机经济运行

就目前情况看，要通过设计使电机运行效率提高百分之几已相当困难，但由于运行不当而使电机运行效率降低百分之几却是常见现象，下面将讨论电机选择、配置负荷等方面的运行技术。

2.1 按经济原则选择电动机容量的方法

对同一系统中不同容量的电动机而言，电动机额定容量越大，其额定效率也就越高，反之亦然。两种不同容量的电动机效率曲线如图1所示，对同一台电动机而言，当负载率小于0.4时，负载越小运行效率也将越低，所以用很大容量的电动机拖动很小负载的运行效率，反而会比小容量电动机拖动此负载的运行效率低。上述两种因素是相互矛盾的，选择电动机容量时必须同时兼顾，既要避免大电动机拖动很小负载引起的低效率运行，又要避免大量使用小电机引起的低效率运行。兼顾上述两种因素，针对实际负载选择运行效率最高的电动机：①根据需要确定所选择电动机级数；②以原来电动机拖动实际负载，测定该电动机的输入功率P，根据其输入功率曲线P1=f（P2）求出输出功率P2；③选择符合要求的各种规格的电动机，并计算各电动机对应于实际负载的负载率；④根据各电机的负载率表查出运行效率；⑤比较各电动机的运行效率，运行效率最高者就是被选电动机。

图1 两种不同容量的电动机效率曲线

2.2 让峰附加线损计算与分析

所谓让峰是将负荷限制在规定的数值之内，在某一时间切除部分用电设备。让峰将会产生负荷波动进而产生附加线损。下面分别介绍让峰制运行和负荷恒定不让峰运行两种情况，分析让峰引起的附加线损。

对电力线路按让峰制运行的情况做如下假设：在一路干线上枝接完全相同的n1台电动机，每台电动机的工作电流均为I（A），功率因数均为cosΦ，在规定让峰的时间内切除n台电机，余下n2台电机继续运行；在一天中不让峰的时间为t1（h），让峰后的时间为t2（h）,如图2所示，让峰前后电源电压不变,在（t1+t2）时间内,电力线路向电动机输送的电能为Wy（kWh）。

图2

对电力线路负荷恒定而不让峰的情况做如下假定：在一路干线上枝接np台与上述假定完全相同的电动机，在（t1+t2）时间内向np台电动机输送的电能为 Wh（kWh），且 Wh＝Wy。

因此可得np与n1和n2的关系式，然后求得这两种情况线路的电能损耗。

让峰制运行时，在（t1+t2）时间内输送的有功电能为：

负荷恒定且不让峰时，在（t1+t2）时间内输送的有功电能为：

令 Wh＝Wy即：

经整理得

在（t1+t2）时内按让峰制运行时干线上的电能损耗为：

在（t1+t2）时内负荷恒定而不让峰时，干线上电能损耗Wh和让峰引起附加电能损耗Wfi1分别为：

上式表明让峰将引起附加线损，这个附加线损的大小与切除设备的总电流的平方成正比，因此避免让峰运行制。

3 电力线路的经济运行

3.1 按经济运行原则选择导线截面规格

在导体材料和敷设方式相同的情况下，单位长度的导线电阻r与导线截面A成反比，因此导线截面越大，单位长度的电阻r越小，同时导线截面越大，单位长度的电阻抗也略有减少。因此在负荷一定的情况下，导线截面越大，线损率将越小，但用铜(铝)量将随之增加；当敷设方式不同时，线损率也将不同，而且大截面导线线损率随敷设方式而变的差异更加显著，当cosΦ＜1时，导线的标称截面越大，线损率系数也将越大，线损率随标称截面增大而增大的规律接近于直线。负荷的功率因数越低，这条直线的斜率也将越大；负荷的功率因数越高，这条直线的斜率越小；负荷的功率因数等于1时，这条直线的斜率接近等于零。在功率因数相同的情况下，线损率随标称截面增大而增大的速率以架空线最高，室内明敷线次之，电缆和穿管线最低。

总之，同一种型号同一种敷设方式的导线，标称截面越大，线损率系数也越大，标称截面越小，线损率系数也将越小；采用大截面导线集中配电的线损率高，采用小截面导线分散配电的线损率低，用小截面导线并联起来代替大截面导线集中配电，线损率也低。

3.2 减少接线不对称附加线损

用一路单相二线制线路作为照明干线，会引起较大的接线不对称附加线损，为了减少这种线损，应做到：①将单相二线制照明干线改为三相四线制干线；②尽量扩大三相四线制干线的配电区域；③不仅要使各相的照明负荷相同，而且还应使各相的负荷力矩相等。

现在计算用三相四线制功率损耗与单相二线制功率损耗的关系。

单相二线制线路的功率损耗为：

三相四线制中将上述电流均匀地分配到三相线路上，故每相导线的电流将变为，故功率损耗为：

由上式可以看出三相四线制的功率损耗是单相二线制的六分之一。

4 电网无功补偿容量

根据经验，仅靠提高功率因数达不到功率因数规定值的标准，为了使功率因数达到规定值，必须进行无功补偿。根据无功补偿装置在各级电网的分布情况，分为纵向一次补偿和纵向分级补偿方案。纵向一次补偿方案是将供电系统的全部无功补偿装置分布于各级电网中，纵向分级补偿方案是装置分布于各级电网中，通常采用纵向一次补偿方案。

供电系统纵向补偿方案不同，功率损耗也将不同。相比之下，纵向一次补偿方案中，变压器、电力线路、补偿装置的总功率损耗最大；纵向分级补偿方案中，变压器、电力线路、补偿装置的总功率损耗较小。

在纵向分级补偿方案中，如果各级电网的补偿容量恰当，能使变压器、电力线路、无功补偿装置的总功率损耗最小。

5 结论

通过优选电气设备及运行方式、运行参数和运行状态等方法，可以充分提高电气设备的运行效率，是一种投资少效果显著的节电技术。

［1] 徐玉琦.工厂电气设备经济运行.

［2] 吕如良,沈汉昌,陆慧君,郭文华.电工手册.