供配电设计中节能方法与技术措施的运用实践

封明帆

随着经济的不断进步和技术的快速发展，节能与可持续发展已进入重要阶段，成为世界各国的热门研究方向。电力作为稀缺的能源之一，供应短缺问题正变得越来越普遍。电力能源工作者应深刻认识到节能的重要性，将节能理念应用到电气工程的设计和研发中，真正实现节能实践的目标。本文从供配电系统的总体规划入手，分析了供配电节能设计的重要性，进一步总结了供配电设计工作中的特点，重点分析了供配电设计中的节能方法，希望能够为一线设计人员提供有益参考。

一、供配电系统总体规划

根据国家统计局公布的数据，近年来我国发电量呈持续增长趋势，2011—2022 年全国发电量增速情况如图1 所示。实施电力供应和分配计划的第一步是制定供配电系统总体规划，而影响实际工作的因素很多，最重要的影响因素是电气设备的能效、性能、功率和供电距离。在传输电流时，有必要选择正确的电压电平，以确保系统的稳定运行。此外，应根据经验和计划活动的实际影响进行持续优化，以改进能源供应和分配系统的建设。在规划节能时必须考虑两个方面：节能和控制投资成本，这两个要求都可以通过支持布线技术和减少功率转换和分配来满足。如在布线施工中，简化布线过程中的工作，合理改进布线设计，减少布线损耗，满足功能要求。

图1 2011—2022 年全国发电量及增速情况

对于变压器，应根据实际使用要求和经济运行标准选择管道的数量和特性，并考虑负载条件，了解变压器在正常运行中的作用。由于昼夜需求以及季节性使用的变化，预计会出现严重的压力情况，设计人员应在科学计算负荷的基础上选择变压器的功率水平，充分考虑经济和技术因素的影响。通常，在传输和分配过程中可能会出现传输问题，电力和配电线路的电压越高，电流就越低；线路上的电流越小，相应的能量损失就越小。因此，为了减少线路上的能量损失，有必要优化设计，减少配电站或变电站与充电中心之间的距离，并减少电力线材的半径。以上说明提高输配电电压水平可以大大减少电气使用过程中的电气损耗，从而保证整体线路的正常使用，但提高供电和配电电压，其成本需要相应增加。

二、供配电节能设计的重要性

近年来，在我国发电量结构中，虽然清洁能源占比有所提升，但火电仍是最主要的部分，2011—2022 年全国发电量结构如表1 所示。这意味着我国电力供给对火电高度依赖，实施节能措施十分重要。在实施节能措施中，低能耗配电设计可以保护生态环境、减少能源损失，优化电网结构、确保输电效率，保障电网安全运行，提高电网容量，以满足现代市场的需求。配电方式必须与节能措施相结合，从而满足电网规划的各方面需要，实现可持续发展。随着社会经济的发展，电力能源逐渐占据重要的地位，发挥着独特作用，对国家的产业结构产生重要影响，能源系统中的节能措施不仅可以节约能源，还可以为能源行业的未来发展奠定更好的基础，同时又能控制购电成本。由于开发用于发电的新型和创新能源的成本很高，对供配电节能设计，不同企业间仍存在较大的差距。科学的节能设计，能够帮助企业减少损失，更好地实现节能减排目标。

表1 2011—2022 年全国发电量结构（单位：亿千瓦时）

三、供配电设计的组成部分

供配电设计工作主要涉及四个方面：一是供配电系统。低压供配电系统作用是将电力由发电厂输送至变电站，继而在供配电设备与有关先进技术的协助下，将电力资源传输至所需之处。低压系统能够降低电气系统施工作业量，保证产品质量及使用寿命，压缩建筑工程的造价成本。二是断路器。断路器在线路发生故障时能够快速使线路断开，分为真空断路器、绝缘气体断路器和油气断路器，一般情况下通常选择真空断路器。三是变压器。变压器是供配电系统中最重要的组成部分，分为环氧树脂变压器和干式变压器，能够及时调整线路中的电压电流，更好地实现节能目的。四是电力照明。电力照明是供配电中最常见也是数量最多的组成部分，在设计时需要根据我国的电力和照明价格来进行。电力照明系统可以分为常规系统和应急系统，因此，在实际设计中，电源和照明系统应分为正常照明、应急照明，并根据其特点进行设计，以确保电源设计的安全性和经济性。

四、供配电设计中的节能方法

（一）线路的节能设计

如果线路的负载功率相对稳定，则线路损耗与线路功率系数和电压的比值为负，相反，它与电阻值成正比，因此，可以通过控制电阻来减少线路损耗，以减少导线之间的距离。可以根据此原理，科学规划变电站，根据中心区域的线路分布进行规划，并安装延长线。在选择导线时，应优先选择低电阻导线。在所有电线中，铜线是最好的导体，可以有效地控制功耗。

（二）照明节能设计

1.选用高效光源

市面上的白炽灯相对便宜、易于安装、颜色指数高、照明良好，但通常只有低发光效率并且缺乏能量效率，适合用于某些声光控制的住宅区和某些艺术照明区。在所有种类灯泡中，高压钠灯和低压钠灯的效率最高，然而，由于它们的暖色和较低的色温特点，通常用于广场和街道照明。高亮度钠灯具有较高的光效，可以与汞灯组合使用，通常用于运动场、工厂灯。金属卤化物灯的光效可高达140 流明/瓦，色温通常在3000 开尔文（K）至4500 开尔文（K）之间，亮度指数通常在80 到95 之间，染色质在使用前后变化很小，不仅广泛应用于展厅、商场等场所，还应用于码头的候车室。为保证照明系统安装的合理性，在设计环节中应遵照节能减排、成本低廉及使用范围广等原则，与国家相关部门全力倡导的节能环保要求相匹配，制定绿色施工技术方案，将智能化技术融合其中，在不超出电气工程预算的基础上，全力保证建筑照明系统的可持续性发展。

2.充分利用自然采光

自然采光可以使日光作为主要或补充的照明来源，以减少人工照明的需求并提高室内环境的舒适性，不仅可以节约能源，还可以提供与人的生物节律更为匹配的光照环境。因此，在室内照明设计时，应选用透光率高的玻璃制作的门窗。针对大厅、购物中心、教室等场景，照明布局与需要分类和分区的外窗平行。

（三）平衡三相负荷

为了最大限度地减少三相负载的不平衡功耗，三相负载的配置应满足规定的要求：确保中性电流始终等于额定电流的1/4；第一条支线与主线之间的不平衡应小于20%；三相配电线路的配电必须平衡，以保持三相配电中最大相电荷大于115%，单相配电中最小相电荷大于85%；配电变压器位置的电流不平衡应小于10%。

（四）电器设备的选择

电气设备作为电力和销售系统中最重要的基础设施，有着广泛的应用。单个电气设备通常只需要很少的电能，但整个电力系统中安装大量的电气设备，不可避免地会消耗大量的电能，因此，在设计配电系统时，尽可能选择节能的电气设备。在电气系统中，功率因数可以作为衡量电气设备效率的关键技术数据。为了提高电气设备的功率因数，有必要降低电气设备的无功损耗，实现节能降耗。

（五）选择合适的供电电压等级

在设计过程中，根据供电距离和负载容量选择适当的电压水平，科学地设计供配电系统。允许输电线路在网络运行期间移动相对远并且具有相对高的功率和电压，在相同的电压下，随着功率的增加，路径必须缩短。为了达到长途运输的效果，有必要提升运输能力。

（六）选择合适的线路

设计时应考虑电线和电缆的横截面积，如果选择的横截面太小，可能电缆寿命会缩短，甚至导致停电，选择的横截面积太大，将无法达到预期的能源和减排效果，导致成本增加。线路越长，损耗越大，所以设计时应根据实际情况选择最好的线路提供直流电，减少能量损失，另外，还需要对线路电阻进行良好的控制。

（七）减少电动机的电能损耗

在电力系统和配电系统中，电动机是重要组成部分，所以需要不断提高电动机的功率和效率以降低损耗。在供配电正式设计之前，应充分考虑综合性能，以选择合理高效的发动机。异步电动机是工业企业发展中常用的电动机，根据相关研究，异步电动机的功率因数与效率密切相关，目前，异步电动机的功率因数和运行效率都有了显著提高。

（八）采取其他的人工无功率的补偿措施

在供配电系统中，可以通过不断提高系统功率来实现减少线路损耗，人工无功率补偿提供了更大的灵活性，并根据电网和配电网的具体情况采取具体方式。可根据功率大小选择适当的补偿装置，对高压电容器的一部分进行补偿或对一些低压电容器进行补偿。

五、结语

供配电系统在电力系统中发挥着重要作用，为了减少电力能源的输送损耗、保证输送效率，优化电网结构，进行供配电节能设计十分必要。本文针对性地提出了线路节能设计、照明节能设计、平衡三相负荷等实用方法，能够为一线设计人员提供参考。但如何通过供配电节能设计提高企业的经济效益，仍需因地制宜进行研究。此外，新尖技术在供配电节能设计的应用也将成为未来重点研究方向。