基于节能降耗的配电设备改造分析与应用

2021-02-26李劲锋

农村电气化 2021年2期

郝巍，李劲锋，姚阳

（1.国网冀北电力有限公司张家口供电公司，河北张家口 075000；2.国网玉田县供电公司，河北张家口 075000；3.国网冀北综合能源服务有限公司，北京西城 100045）

随着社会经济水平的不断提高，人们逐渐加大了对用电量的需求，这无疑增加了用电负荷度，然而，部分企业为了节省成本，仍在使用传统落后的电力设备，这些设备具有功率低、配置低、能耗高等特点，难于满足企业的用电需求，甚至加剧了环境的污染程度。因此，为了倡导我国节能降耗发展理念，如何科学改造和应用配电设备是相关企业必须思考和解决的问题。

1 某烟厂配电室概况

某烟厂配电室内部设备安装使用于1992年5月，至今28年。生产现场所使用的配电设备主要包含以下类型，分别是6台10 kV高压开关柜、13台5 kV低压开关柜和3台1600 kVA变压器。其中，高压开关柜作为一种固定式传统柜，内部使用的控制电器主要以断路器为主，采用过流保护的方式，实现对回路的保护。低压开关柜主要使用了传统的低压配电柜，这种类型的配电柜，内部缺乏防护机制，无法根据防护等级对低压开关柜进行防护。

2 基于节能降耗的配电设备改造方案

2.1 高压开关柜改造

高压开关柜型号为GG-1A型，属于一种老型号柜，内部结构主要以开启式结构为主，主母线主要暴露于顶部位置，柜前有防护装置，柜后和柜顶没有防护装置，整个高压开关柜防护等级较低；此外，连锁闭锁流程过于烦琐和复杂，操作难度高[1]，这无疑增加了作业人员操作失误的可能性。保护系统内部的电源直接与TA设备相连接，这种保护方式存在盲区，无法对设备运行状态进行全面有效的保护。总之，高压开关柜设备不仅维护成本高，而且安全性能差，无法满足配电设备的运行需求[2]。而改造后的高压开关柜型号为KYN28A-12型，开关柜在具体的设计中，主要是在参照金属封闭开关设备的基础上进行设计的。1KYN28A-12高压柜一次系统如图1所示。从图中可以看出，该系统主要由2大部分组成，分别是柜体和移开部件，其中，柜体被划分为4个不同的隔室，防护等级为IP4X，开关柜内部含有机械联锁功能，在电气连锁功能的配合下，可以满足开关柜的闭锁相关标准和要求。连锁功能在具体的使用中，往往会涉及到投入使用和解锁使用两个环节，作业人员在确保操作行为规范的情况下，可以同时进行这两个环节[3]。无须增加其他多余的操作环节，极大地提高了操作的快捷性和方便性，为确保保护系统能够可靠、稳定、安全地运行打下坚实的基础。

2.2 低压开关柜改造

低压开关柜在改造前，所选用的型号为BSL老型号，内部结构主要以开启式结构为主，主母线通常暴露在低压开关柜的顶部，防护等级相对较低，开关柜在运行期间，容易发生安全事故现象。同时，由于低压配电屏之间没有设置相应的隔板，一旦某低压配电屏出现运行异常问题，势必会影响其他低压配电屏的正常运行[4]，因此，无法满足配电设备安全使用需求。经过改造后，低压开关柜型号为GGD型，所选用的电压类型为交流电压，柜体的整体防护等级有所增加，达到了IP40，该开关柜具有良好的散热性能，柜门拆装方便快捷，设备价格便宜，缩小了企业的购买成本。通过对低压开关柜进行改造，不仅降低了该开关柜的安全风险，还达到了电气设备安全技术相关标准和要求，同时，还降低了配电设备的人工维修工作量，使得设备维修成本降到最低，为进一步提高企业的社会效益和经济效益打下基础。

图1 1KYN28A-12高压柜一次系统

2.3 母线材质改造

为了进一步降低配电线路的电能损耗量，技术人员要重视对母线材质的科学改造，为此，技术人员要严格按照合金母线设置相关标准和要求，将铝导体和铜导体的直流电阻率分别设置为0.02900Ωm、0.01777 Ωm，确保三相线路能够尽可能降低铝母线的功率损耗量。此外，与铝母线相比，铜母线的功率消耗量最低，因此，技术人员还要根据某烟厂配电室的管理需求，将母线材质统一改造为铜母线[5]，同时，还要将变压器与低压进线柜之间间距缩小，尽可能缩小低压母线的长度，以达到降低材料使用量和线路电能损耗量的目的。

2.4 变压器改造

某烟厂配电室内部所使用的原变压器型号为S9系列型号，原变压器共3台，电容量为1600 kVA，这种类型的变压器内部还有大量的铁芯成分，这无疑增加了变压器的空载电能损耗量。自投入使用配电设备28年来，企业从未对变压器油进行相关的油谱研究，导致变压器的内部绝缘性能难以得到有效保证。同时，原变压器内部没有设置相应的防护网，导致电击伤亡事故频繁发生[6]，因此，为安全起见，技术人员要及时购买和更换新的变压器。通过将原变压器更换为节能变压器，变压器的整体电能损耗量不断下降，取得了良好的节能效果。节能变压器型号为CBH15型，这种类型的节能变压器作为一种非晶合金干式变压器，在具体的运用中，可以采用防护隔离的方式，将防护罩安装在节能变压器的外部，从而增强变压器的防护等级。另外，技术人员还要根据配电设备改造相关标准和要求，将配电屏与通道之间的距离设置为1.8 m，并将改造后的高压开关柜安装在节能变压器室，同时，还要进一步优化和改善运维人员的工作环境，不断激发运维人员的工作热情，提高运维人员的工作效率和效果。

2.5 无功补偿装置改造

某烟厂配电室所使用的配电设备，没有根据变压器电能损耗量，及时更新和优化无功率补偿装置性能，导致无功补偿装置内部零件出现损坏问题，严重影响了该补偿装置的补偿能力。此外，烟厂配电室内部使用了多个变频器[7]，这些变频器在具体的运行中，会形成大量的次谐波，导致电网整体谐波量远远超过了相关标准和要求，这无疑增加了线路的电能损耗，甚至还影响了配电设备的使用寿命，不利于相关企业生产力和市场核心竞争力的提高。为了从根本上解决以上问题，技术人员要对无功补偿装置进行科学改造，在这个过程中，首先，要针对相关测试数据，制定和完善滤波处理相关措施和方案，在利用无功补偿装置的基础上，采用增加滤波补偿方式，以达到无功补偿的目的。其次，还要根据烟厂配电室管理需求，在保证配电设备运行可靠性和安全性的前提下，尽可能将线路能损耗量和线路谐波危害程度降到最低，这样一来，不仅促进烟厂配电室正常、稳定地生产，还降低了配电设备的维护成本和使用成本，从而取得良好的节能降耗效果，为进一步提高相关企业的社会效益和经济效益创造了良好的条件。

3 基于节能降耗的配电设备应用效果

为了更好地验证改造后配电设备的节能降耗效果，技术人员通过将改造后的配电设备应用于烟厂配电室中，从变压器节能效果、线路电能损耗量等环节出发，对改造后的配电设备可靠性进行科学检验。通过使用SCBH15型非晶合金干式变压器，得出如表1所示的变压器性能比较，从表中的数据可以看出，非晶合金干式变压器具有较高的节能特性，为国家节约煤炭资源，降低CO2的排放量，提高企业社会效益和经济效益。