电力系统中高压变电站的节能与环保技术研究

石昊轩

摘  要：高压变电站作为电力系统的关键组成部分，其节能与环保技术的应用对于提高能效、降低运行成本、响应环保政策、提升企业社会责任与形象具有重要意义。通过选用高效变压器、优化高压变电设备配置、建设节能监控系统，以及减少环境污染物排放、处理废弃物、使用环保材料与技术，高压变电站能够实现能源的高效利用和环境的可持续发展。

关键词：高压变电站；节能技术；环保技术

高压变电站的节能与环保技术是电力行业关注的焦点，节能技术的应用不仅能够提高能效、降低运行成本，还能响应环保政策、提升企业社会责任与形象。环保技术的应用则有助于减少环境污染物排放，实现废弃物的循环利用，以及采用环保材料与技术，促进电力系统的绿色可持续发展。

1. 高压变电站节能与环保技术的重要性

1.1 提高能效与降低运行成本

高压变电站是电力系统中的一个重要环节，它的能效水平高低直接关系着整个电力系统运行成本以及能源消耗。利用先进节能技术不仅能够优化电力传输中能量损耗、减少变电站本身用电量，还能有效降低设备老化、效率低下等原因带来的附加能耗。如采用无载调压或有载调压高效变压器可根据负载需求对运行状态进行自动调节，明显地降低了无效能量损耗。另外通过能效管理系统能够对高压变电站的能耗情况进行实时监测、数据分析及设备运行参数优化，使能耗及运维成本得到进一步的降低。这种不断提高能效与成本控制的方式，不仅提高了电网经济运行能力，而且对全社会能源利用效率也有积极作用。

1.2 响应环保政策与法规要求

从世界范围来看，环保政策和规定越来越严格，这就要求高压变电站采取有效措施来降低对环境的影响。环保政策法规一般都要求减排温室气体，减少噪音污染，控制化学物质的使用等，而高压变电站对这些要求的回应已经成为了运行中的重要内容。比如，采用低SF6或不含SF6的开关装置能有效地降低硫六氟化物的排放量，同时通过使用封闭式变电站设计能够有效地降低噪声、粉尘等对周围环境造成的影响。另外，执行废物的循环再利用方案，例如对变压器油的回收和再次使用，也是对环保政策的有力回应[1]。通过这些举措，使高压变电站既能够遵守有关规定，又能够起到环境保护作用，推动全行业可持续发展。

1.3 提升企业社会责任与形象

高压变电站采用并推行节能环保技术，既表现出对环境保护的决心，也反映出对社会责任的关注。企业在降低能耗，减少环境污染等方面进行合作，将成果进行公开透明的共享，能够有效促进大众对于自身品牌的感知与信赖。正面的企业形象建设，有利于提高消费者与投资者信心，让企业能够在竞争激烈的市场上立于不败之地。另外，企业履行社会责任也能吸引更多有环保意识的人加入，营造积极创新的工作氛围。此举既能够提升企业内部团队凝聚力，又能够推动企业在行业中的影响力。

2. 电力系统中节能技术在高压变电站的应用

2.1 高效变压器的选用与应用

2.1.1 采用无载调压或有载调压技术

高压变电站内，变压器作为关键设备，变压器运行效率的高低直接关系到电站整体能耗水平。为提高能效，采用无载调压与有载调压相结合的方式已成为一种重要的工艺选择。无载调压技术使变压器无负载状态时电压等级可调，适合负载变化较小场合。并且有载调压技术能够在变压器工作过程中，不间断地调节电压以适应电网负载动态变化。这两项技术可以保证电力供应稳定高效，特别是对于负载波动比较大的高压变电站来说就显得更加重要[2]。通过精确调节电压等技术有利于降低能量损失、优化电能传输与分配效率。

2.1.2 选用低损耗的变压器材料

高压变电站在选择变压器材料时，采用低损耗材料是提高整体能效和降低运营成本的有效途径。低损耗变压器材料如硅钢片、非晶态合金等，具有更低的铁损和铜损，直接减少了在电能转换过程中的能量浪费。使用低损耗材料的变压器不仅能提升其效率，还能降低因过热造成的额外能耗和设备退化。例如，非晶态合金变压器在同等条件下，其能效比传统硅钢变压器高出很多，尽管初期投资可能更高，但从长远来看，它们能够为电站带来更大的经济节约和环境效益。此外，高效材料还能够提高变压器的负载响应能力，使其在不同电网条件下都能保持优良的运行性能。

2.2 高压变电设备的优化配置

2.2.1 采用高效断路器与隔离开关

高压变电站内断路器和隔离开关性能的好坏关系到整个电网是否能够平稳运行。使用高效断路器及隔离开关既能提高响应速度及可靠性，又能减少能耗及维护成本。现代高效断路器一般都是以真空或者SF6气体为灭弧介质的，它能够迅速灭弧，且受环境影响较小。该型断路器与传统油断路器相比更安全可靠，维修简便，有效地缩短了由于检修及故障处理而造成电力系统停机时间。同时，此类断路器一般设计得比较紧凑，占地空间较小，节约了变电站较多的资源。另外，对隔离开关进行优化是系统效率提升的重要方面。现代的隔离开关可以在无负载的情况下运行，使电气设备得到了安全隔离，给检修工作带来了方便。

2.2.2 能量回收与再利用技术

能量回收与再利用技术是高压变电站中一种重要的节能措施，特别是在高负荷运行的环境中。此类技术主要目的是捕捉在电力系统运行过程中产生的闲置能量，并将其转换为可用电力。例如，一些高压变电站利用调压器产生的热能进行能量回收，通过热交换系统将这些热量转换成电能或用于加热、制冷等其他用途。此外，通过配置能量存储系统（如电池存储或飞轮存储），可以在需求低峰時存储过剩能量，然后在高峰时段释放，以平衡电网负荷并降低能源消耗。在提高了能源利用效率的同时也减少了对外部电力资源的依赖，提升了变电站的能源自给能力。实施能量回收与再利用技术，能显著提升高压变电站的整体能效，同时也是响应环保和可持续发展政策的有效手段。

2.3 节能监控系统的建设与完善

2.3.1 实时能耗监测系统的建设

实时能耗监测系统在高压变电站的节能管理中处于核心地位。该系统通过设置传感器及智能仪表可以对变电站各部分能量消耗进行准确测量和记录，其中包括对变压器、断路器等关键设备实时用电监测。数据被实时传送到中央监控系统中，以便运维人员能立即掌握能耗状态并及时发现能耗异常，迅速采取相应的处理措施[3]。另外，实时能耗监测既有利于辨识系统内高耗能点及潜在节能改进区域，又支持对远期能耗趋势进行分析，对今后能效优化及设备维护提供数据支撑。实施该监测系统后，高压变电站可以实现更加精细化能源管理、显著提升能效、降低运营成本、进一步增强电力系统的可靠性与稳定性。

2.3.2 能效管理与优化策略的实施

能效管理与优化策略的实施是提高高压变电站运行效率的关键措施。策略包括对设备和系统进行定期的能效评估，以及基于评估结果制定和执行优化计划。通过对变电站内部运行参数的细致调整，例如调整负载配比、优化设备运行时间表和实施高效的维护实践，能显著提高整体的能源使用效率。此外，采用先进的软件和分析工具，如能效管理软件（EMS）和数据分析平台，可以帮助管理者更好地理解能耗模式，预测能耗变化，并制定更为有效的节能措施。能效管理的实施还涉及到员工培训和参与，确保所有操作人员理解并执行节能措施，形成良好的节能管理模式。

3. 电力系统中环保技术在高压变电站的应用

3.1 减少环境污染物排放

3.1.1 使用无SF6或低SF6设备

六氟化硫（SF6）在电力产业中是一种被广泛应用的绝缘和灭弧气体。尽管它具有出色的绝缘特性，但也是一种具有强烈温室效应的气体，考虑到环保及可持续发展要求，高压变电站正在逐步使用不含SF6或者含SF6较低的装置来降低对环境的污染。使用无SF6设备，如真空断路器或使用其他类型的环保气体（如干空气、氟化氮等）的设备，可以大幅度降低变电站的温室气体排放。另外，此类环保型设备一般设计得更紧凑、更容易维修，而且不会涉及危险化学物质处理的危险，进一步减少运行及长期处理的环境费用。利用这些先进技术使高压变电站既可以符合环保法规，又可以提高公众与市场对高压变电站可持续经营的肯定。

3.1.2 采用封閉式变电站结构减少噪声与灰尘

封闭式变电站结构是高压变电站应对环境影响，尤其是噪声和粉尘污染的有效解决方案。通过物理隔离设备和外界环境，有效控制了变电站内部运行时产生的噪声和灰尘对周围环境的影响。封闭式变电站采用的隔音材料和尘埃控制系统可以大幅度降低设备运行时的噪声水平，并防止设备产生的微粒扩散到外界环境中。此外，封闭结构还为设备提供了额外的物理保护，减少了由于环境因素（如污染和湿度变化）引起的设备损耗，延长了设备的使用寿命。设计不仅提升了变电站的环境兼容性，还优化了设备的维护条件，降低了运维成本。

3.2 废弃物的处理与循环利用

3.2.1 变压器及其他设备的再生利用

在高压变电站的运营过程中，变压器、断路器等在到达使用寿命后通常会被更换。然而，直接处置这些废弃设备不仅会造成资源浪费，还可能对环境产生负面影响。因此，变压器及其他电气设备的再生利用显得尤为重要。通过专业的拆解和分类，许多设备部件（如金属外壳、铜线圈、硅钢片等）可以被回收并再利用。一些设备部件经过适当的处理后，可以作为原材料再次进入生产流程，用于制造新的电气设备或其他相关产品。此外，再生利用过程中采取的先进技术，如精确的材料识别和分离技术，不仅提高了资源的回收效率，还减少了对环境的污染。再生利用策略实施，不仅符合可持续发展的原则，也为变电站管理单位节约了成本并创造了新的经济价值。

3.2.2 电气设备废油的处理与再利用

高压变电站中的电气设备如变压器经常使用特殊的绝缘油以保持其性能和安全运行。随着设备的老化和损耗，油液会积聚大量的污染物质和失去原有的绝缘特性，需要定期更换。废油的处理与再利用是一个关键的环保挑战。通过现代化的化学处理和精炼技术，废油中的有害物质如PCBs（多氯联苯）等可以被有效去除，恢复油液的绝缘性能。处理后的油不仅可以再次用于电气设备，减少新油的需求，也可以转化为其他工业用油或燃料。此外，再利用过程减少了环境污染和资源浪费，符合当前的环保法规和政策趋势[4]。废油的有效处理和再利用不仅保护了环境，还提供了一种经济效益显著的解决方案，为电力行业的可持续发展贡献力量。

3.3 使用环保材料与技术

3.3.1 生态友好型绝缘材料的使用

随着环保意识的增强和可持续发展策略的推广，高压变电站在选择和使用绝缘材料时也越来越倾向于采用生态友好型材料（如生物基绝缘油、环氧树脂和硅橡胶等），它们不仅具有优良的绝缘性能，而且其生产和处置过程对环境的影响较小。生物基绝缘油是从可再生植物资源中提取，相比传统矿物油，它们在泄漏发生时对土壤和水体的污染较小，更易于生物降解。环氧树脂和硅橡胶等合成材料则因其长期耐候性和出色的化学稳定性，减少了维护需求和更换频率，进一步降低了变电站的环境足迹。环保材料不仅可以提高设备的性能和可靠性，还可以在其整个生命周期内减少对环境的负担，从而支持电力行业的绿色转型和持续发展目标。

3.3.2 绿色建筑设计与施工

在高压变电站的设计和施工中，绿色建筑的概念正逐渐成为一项重要的考量。绿色建筑设计强调使用可持续材料、提高能源效率和最小化对环境的影响。在变电站的建设中，可以采用高效能的建筑材料，如反射型屋顶、高性能的绝缘系统和节能窗户，能有助于减少建筑物的热损失和冷却需求。此外，变电站的布局和外围设施设计也可采用自然光和通风策略，减少对人工照明和空调的依赖。绿色建筑还包括采用地表水管理系统，如雨水收集和利用系统，不仅有助于降低运行成本，还能减少对地方水资源的压力。通过绿色设计和建筑实践，高压变电站能够在建设和运营过程中实现更高的能源和资源效率，同时提升其对环境的整体适应性和可持续性[5]。因此，绿色建筑设计和施工不仅符合当前的环保趋势，也是高压变电站未来发展的重要方向。

4. 结论

高压变电站的节能与环保技术是实现电力系统可持续发展的关键。通过采用高效变压器、优化设备配置、建设节能监控系统，以及减少污染物排放、处理废弃物、使用环保材料与技术，高压变电站能够在提高能效、降低运行成本的同时，积极响应环保政策，提升企业社会责任与形象。未来，随着技术的不断进步和创新，高压变电站的节能与环保技术将更加成熟，为电力系统的绿色转型和环境保护做出更大的贡献。

参考文献

[1]崔育诚。电力系统中高压电气试验的分析[J]. 城市建设理论研究（电子版）， 2024， （07）： 4-6.

[2]邓立群， 李守成， 王成琼。电力系统中高压电气设备试验与安全设计[J]. 电子测试， 2022， 36 （11）： 112-114.

[3]孙洋。电力系统中高压电气试验的分析[J]. 中国设备工程， 2022， （01）： 233-234.

[4]周云。 电力系统中高压电气的试验研究[J]. 中国高新科技， 2021， （21）： 70-71.

[5]段国红， 任亚军， 王新， 许明英。 新时期电力系统中高压电气试验研究[J]. 人民黄河， 2021， 43 （S1）： 251+254.

作者单位：辽宁工程技术大学