二、電網(wǎng)的節(jié)能監(jiān)測

(一)電網(wǎng)基本介紹

由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電這五個環(huán)節(jié)所組成的電能生產(chǎn)、變換、輸送、分配和消費的整體，就叫做電力系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)中，除發(fā)電和用電這兩個環(huán)節(jié)以外的部分，即把由輸電、變電、配電設備及相應的輔助系統(tǒng)組成的聯(lián)系發(fā)電與用電的統(tǒng)一整體稱為電力網(wǎng)，簡稱電網(wǎng)。電網(wǎng)是連接發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，是傳送和分配電能的裝置。電網(wǎng)是由不同電壓等級的輸配電線路和變電站組成的，按其功能的不同常分為輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)兩大部分。輸電網(wǎng)是由35kV及以上的輸電線路和寫其連接的變電站組成，是電力系統(tǒng)的主要網(wǎng)絡，其作用是將電能輸送到各個地區(qū)的配電網(wǎng)或直接送給大型企業(yè)用戶。配電網(wǎng)則由10kV及以下的配電線路和配電變壓器所組成，其作用是將電能饋送至各類電能的用戶。

1.輸電網(wǎng)

由于發(fā)電廠與用電負荷中心一般相距很遠，將發(fā)電廠發(fā)出的電能通過升壓變壓器升壓(變電)至35—100OkV后，在高壓架空輸電線路上進行遠距離的輸送，直至用電負荷中心的全過程稱為輸電。輸電是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它使得電能的開發(fā)和利用超越了地域的限制。電能與其他能源的輸送方式相比，具有效益高、損耗小、污染少，且易于調(diào)節(jié)和控制等特點。另外，高壓輸電線路還可以將不同地點的發(fā)電廠連接起來，構(gòu)成大規(guī)模的聯(lián)合電力系統(tǒng)，以使得電能的質(zhì)量進一步提高，同時起到互相支援、互為補充的作用。它已成為現(xiàn)代社會的能源大動脈。按照輸送電流的性質(zhì)來分，有交流輸電和直流輸電兩種。目前較為廣泛應用的是交流輸電，但近年來直流輸電也越來越受到人們的重視;按照輸電線路的結(jié)構(gòu)來分又有架空線路和直埋敷設兩種形式。

輸電的功能是將發(fā)電廠發(fā)出的電力輸送到消費電能的地區(qū)，或進行相鄰電網(wǎng)間的電力互送，使其形成互聯(lián)電網(wǎng)或統(tǒng)一電網(wǎng)，保持發(fā)電和用電或兩電網(wǎng)間供需平衡;配電的功能是在消費電能的地區(qū)接受輸電網(wǎng)受端的電力，進行分配。輸電線路和配電線路電壓等級、輸送容量和配電距離見表4-12。

輸電網(wǎng)由輸電和變電設備構(gòu)成。輸電設備主要有輸電線、桿塔、絕緣子串、架空線路等;變電設備有變壓器、電抗器(用于330kV以上)、電容器、斷路器、接地開關(guān)、隔離開關(guān)、避雷器、電壓互感器、電流互感器、母線等一次設備和確保安全、可靠輸電的繼電保護、監(jiān)視、控制及電力通信系統(tǒng)等二次設備。變電設備主要集中在變電站內(nèi)。對于直流輸電，它的輸電功能由直流輸電線路的換流站的各種換流設備，包括一次設備和二次設備實現(xiàn)。輸電網(wǎng)一次設備和相關(guān)的二次設備協(xié)調(diào)配合是實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行，避免連鎖事故發(fā)生，防止大面積停電的重要保證。

電網(wǎng)按電壓等級的高低分層，按負荷密度的地域分區(qū);不同容量的發(fā)電廠和用戶應分別接入不同電壓等級的電網(wǎng);大容量的電廠應接入主網(wǎng)，較大容量的電廠應接入較高電壓的電網(wǎng)，容量較小的可接入較低電壓的電網(wǎng)。配電網(wǎng)應按地區(qū)劃分，一個配電網(wǎng)擔任分配一個地區(qū)的電力及向該地區(qū)供電的任務。配電網(wǎng)之間通過輸電網(wǎng)發(fā)生聯(lián)系。不同電壓等級的電網(wǎng)的縱向聯(lián)系通過輸電網(wǎng)逐級降壓形成。電力系統(tǒng)之間通過輸電線連接，形成互聯(lián)電力系統(tǒng)。連接兩個電力系統(tǒng)的輸電線稱為聯(lián)絡線。

2.配電網(wǎng)

配電網(wǎng)是由架空線路、電纜、桿塔、配電變壓器、隔離開關(guān)、無功補償電容器以及一些附屬設施等組成的。在電力網(wǎng)中起重要分配電能作用的網(wǎng)絡就稱為配電網(wǎng);配電網(wǎng)一般是指35kV及其以下電壓等級的電網(wǎng)，作用是給城市里各個配電站和各類用電負荷供給電源。

配電網(wǎng)按電壓等級可分為高壓配電網(wǎng)(35～l10kV)、中壓配電網(wǎng)(6～10kV)、低壓配電網(wǎng)(220V/380V);在負載率較大的特大型城市，220kV電網(wǎng)也有配電功能;按供電區(qū)的功能可分力城市配電網(wǎng)、農(nóng)村配電網(wǎng)和工廠配電網(wǎng)等。

在城市配電網(wǎng)系統(tǒng)中，主網(wǎng)是指l10kV及其以上電壓等級的電網(wǎng)，主要起連接區(qū)域高壓(220kV及以上)電網(wǎng)的作用。

3.變電

通過電壓變換裝置將低電壓變換為高電壓或?qū)⒏唠妷鹤儞Q為低電壓的過程稱為變電。變壓器是變電站的主要設備，分為雙繞組變壓器、三繞組變壓器和自耦變壓器，即高、低壓每相共用一個繞組，從高壓繞組中間抽出一個頭作為低壓繞組的出線的變壓器。電壓高低與繞組匝數(shù)成正比，電流則與繞組匝數(shù)成反比。

變壓器按其作用可分為升壓變壓器和降壓變壓器。前者用于電力系統(tǒng)送端變電站，后者用于受端變電站。變壓器的電壓需與電力系統(tǒng)的電壓相適應。為了在不同負荷情況下保持合格的電壓，有時需要切換變壓器的分接頭。

4.基本參量

電網(wǎng)中的基本參量有總裝機容量、年發(fā)電量、最大負荷、額定頻率、最高電壓等級等。

(1)總裝機容量。該區(qū)域電網(wǎng)中實際安裝的發(fā)電機組額定有功功率的總和。

(2)年發(fā)電量。該電網(wǎng)中所有發(fā)電機組全年實際發(fā)出電能的總和。

(3)最大負荷。在規(guī)定統(tǒng)計時間內(nèi)(如一天、一月、一年)，該電網(wǎng)總有功功率負荷的最大值。

(4)額定頻率。按國家標準規(guī)定，我國所有交流電力系統(tǒng)的額定頻率為50Hz。

(5)最高電壓等級。該電網(wǎng)中最高電壓等級為電力線路的額定電壓。

(二)電網(wǎng)損失分析

在電力變壓、輸送過程中，由于電阻(或電導)的存在，將產(chǎn)生一定的有功功率和電能損耗，消耗在線路、變壓器等電氣設備上的電量.就是線路損失電量，簡稱線損。

損失電量占供電量的百分比，稱線損率，即

線損率=(供電量一售電量)/供電量×100%

這種計算方法，并不能真正反映電網(wǎng)輸變電設備中電能損失的大小。因為它除了輸變電設備的電能損失外，還包括了電網(wǎng)運行管理中的一些不明損失(如表計誤差、管理工作中的漏洞等)。一般將這種辦法計算出的線損率，稱為統(tǒng)計線損率;把經(jīng)過理論分析計算得出的線損率，稱為理論線損率。

一般35kV及以上線路的損失，稱為供電線路損失;6～10kV及以下線路的損失，稱為配電線路損失。

1.供電線路損失情況

供電部門管理的10kV農(nóng)村配電網(wǎng)和城市配電網(wǎng)線路功率因數(shù)大都在0.65～0.85之間，非電業(yè)管理的企業(yè)用戶，其內(nèi)部10kV配電網(wǎng)功率因數(shù)在0.85左右;由于大部分380V用電線路動力設備實際出力比額定容量小及家用電器的特性決定了其功率因數(shù)偏低，線損偏高。

10kV與380V電網(wǎng)功率因數(shù)偏低的主要原因是無功補償設備集中在變電站10kV側(cè)，只對10kV以上電網(wǎng)具有補償作用，沒有實現(xiàn)無功就地補償，380V配網(wǎng)無功功率投入不足，缺乏可靠實用的無功功率補償設備以及合理的補償方式。無功功率不足，是功率因數(shù)低的主要原因，造成了10kV及以下配電網(wǎng)有功功率損失較大。

2.配電線路損失分析

配電線路消耗的無功功率僅次于感應電動機，約占無功功率的20%。電網(wǎng)改造中考慮解決過負荷問題較多，在選擇變壓器容量時往往不經(jīng)過調(diào)查，沒有與實際負荷配合，只選擇容量大的變壓器，而配電變壓器負荷的特點是用電時間集中，白天和黑夜多數(shù)為輕載或空載狀態(tài)，由于變壓器負荷電流小，同時受空載勵磁損耗的影響，功率因數(shù)較低，空載和輕載時變壓器自身功率因數(shù)只有0.5—0.6，消耗的無功功率占變壓器容量的10%左右。

提高電網(wǎng)功率因數(shù)，降低電能損耗。提高電網(wǎng)功率因數(shù)的方法，歸納為提高設備本身的功率因數(shù)和利用無功補償設備，以就近解決無功功率需要兩個方面。

(1)合理選擇使用變壓器，調(diào)整并聯(lián)變壓器臺數(shù)，降低電能損耗。變壓器的最佳負載率，是按有功功率損失最小確定的，一般為60%—80%。

(2)采用并聯(lián)電容器提高功率因數(shù)。在配電線路上，安裝補償電容器是直接減少線路無功功率輸入量和縮短線路無功功率輸送距離，從而達到降低線路損耗的有效技術(shù)手段，并可以有效地提高供電電壓。

(三)電網(wǎng)節(jié)能監(jiān)測方案

1.企業(yè)供配電系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測項目

(1)日負荷率。電網(wǎng)負荷率是一個總的概念：電網(wǎng)負荷率——電網(wǎng)平均負荷/電網(wǎng)設計的最大負荷。而具體的負荷率又分為日負荷率、年負荷率、年平均日負荷率等。具體的意義也因為具體的概念的不同而有些差別。總的來說，負荷率是描述平均負荷(電量)與最大負荷的比率的物理量。

電網(wǎng)負荷率與系統(tǒng)有功負荷高峰低谷有關(guān)。電網(wǎng)負荷率高表明該地區(qū)負荷峰谷差較小，負荷比較平均，電網(wǎng)負荷率低說明該地區(qū)峰谷差異較大，需要削峰填谷，使各時段負荷變化減小。

調(diào)整負荷，提高負荷率，不僅使用電單位的用電達到經(jīng)濟合理，而且也為整個電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行創(chuàng)造了條件。

(2)變壓器負荷率。

1)變壓器降耗改造。變壓器數(shù)量多、容量大，總損耗不容忽視。因此降低變壓器損耗是勢在必行的節(jié)能措施。若采用非晶合金鐵芯變壓器，具有低噪聲、低損耗等特點，其空載損耗僅為常規(guī)產(chǎn)品的1/5，且全密封、免維護，運行費用極低。S11系統(tǒng)是目前推廣應用的低損耗變壓器，空載損耗較S9系列低75%左右，其負載損耗與S9系列變壓器相等。因此，應在輸配電項目建設環(huán)節(jié)中推廣使用低損耗變壓器。

2)變壓器經(jīng)濟運行。變壓器經(jīng)濟運行是指在傳輸電量相同的條件下，通過擇優(yōu)選取最佳運行方式和調(diào)整負荷，使變壓器電能損失最低。變壓器經(jīng)濟運行無需投資，只要加強供、用電科學管理，即可達到節(jié)電和提高功率因數(shù)的目的。每臺變壓器都存在有功功率的空載損失和短路損失、無功功率的空載消耗和額定負載消耗。變壓器的容量、電壓等級、鐵芯材質(zhì)不同，故上述參數(shù)各不相同。因此，變壓器經(jīng)濟運行就是選擇參數(shù)好的變壓器和最佳組合參數(shù)的變壓器運行。

選擇變壓器的參數(shù)和優(yōu)化變壓器運行方式可以從分析變壓器有功功率損失和損失率的負載特性人手。

(3)線損率。降損節(jié)能是衡量和考核電網(wǎng)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)營管理水平的一項綜合性經(jīng)濟技術(shù)指標。線損由技術(shù)線損和管理線損組成。在電網(wǎng)中，只要有電流流過，就要消耗電能。電能在電力網(wǎng)輸、變、送、配電過程中產(chǎn)生的電量損耗稱技術(shù)線損。管理線損是指由于電力管理部門和有關(guān)人員管理不夠嚴格，出現(xiàn)漏洞，造成用戶竊電或違章用電，電網(wǎng)元件漏電，電能計量裝置誤差以及抄表人員錯抄、漏抄等引起的電能損失;這種損失既沒有規(guī)律性，又不易測算，所以又稱為不明損失。降損節(jié)能是有效提高電力企業(yè)經(jīng)濟效益的重要途徑之一。

降低線損的技術(shù)措施可分為建設性措施和運行性措施兩種。

1)建設性措施。通過增加投資費用，更新改造原有設施，從而達到降低線損的目的，具體可以從以下幾方面考慮：

①加快高耗能變壓器的更新改造。為降低變壓器自身的損耗，宜選用S1I系列低耗能變壓器或非晶合金變壓器。

②合理配置變壓器。對于長期處于輕載運行狀態(tài)的變壓器，應更換小容量變壓器;對于長期處于滿載、超載運行的變壓器，應更換容量較大的變壓器。變壓器容量的選擇，一般負荷在65%～75%時效益最高。配電變壓器應盡量安裝于負荷中心，且其供電半徑最大不超過500m。農(nóng)村用電有其自身的特點，受季節(jié)和時間性的影響，用電負荷波動大，有條件的地方可采用子母變壓器供電，在負荷大時進行并聯(lián)運行，一般負荷可采用小容量變壓器供電，負荷較大時可采用大容量變壓器供電。無條件的地方一般要考慮用電設備同時率，按可能出現(xiàn)的高峰負荷總千瓦數(shù)的1.25倍選用變壓器。

③增建線路回路，更換大截面導線。根據(jù)最大負荷和相應的最大負荷利用小時數(shù)，與經(jīng)濟電流密度比較，如果負荷電流超過此導線的經(jīng)濟電流數(shù)值，應采取減小負荷電流或更換導線，架設第二回線路，加裝復導線，

④增裝必要的無功功率補償設備，進行電網(wǎng)無功功率優(yōu)化配置。功率因數(shù)的高低，直接影響損耗的大小，提高功率因數(shù)，就要進行無功功率補償，無功功率補償應按“分級補償、就地平衡”的原則，采取集中、分散和隨即補償相結(jié)合的方案，對沒有安裝集中補償裝置的變電所10kV母線上加裝補償電容器，使無功功率得到平衡。在線路長、負荷大的10kV線路上安裝并聯(lián)電容器進行分散補償;對容量為30kVA及以上的10kV配電變壓器應隨即就地補償，使配電變壓器自身無功功率損耗得到就地補償;對7.5kW及以上年運行小時數(shù)在100h以上的電動機重點進行隨即補償。低壓線路也應安裝無功功率補償裝置，通過一系列的無功功率補償措施，將電網(wǎng)的電力率保持在0.9以上。

強化計量裝置的更換與改造。用電計量裝置應安裝在供電設施產(chǎn)權(quán)界處，并提高計量裝置的準確度。選用86系列寬幅度電能表或電子式電能表、防竊電能表有非?？捎^的降損效果。它的主要優(yōu)點是：①自耗小(0.3W左右);②誤差線性好;③準確度高;④抗傾斜;⑤正反向計數(shù);⑥有較強的防竊電性能。實行一戶一表計量每戶電量并作為收費的依據(jù)，有利于監(jiān)督、分析用電損失情況，及時消除損耗高的原因。

2)運行性描施。運行性措施是指在已運行的電網(wǎng)中，合理調(diào)整運行方式以降低網(wǎng)絡的功率損耗和能量損耗。實際操作中的主要方法有：

①電壓的調(diào)整。變壓器的損耗主要是銅損和鐵損，而農(nóng)村配電網(wǎng)中一般變壓器的鐵損大于銅損，是配電網(wǎng)線損的主要組成部分。如果變壓器超過額定電壓5%運行時，變壓器鐵損增加約15%以上;若超過電壓10%，則鐵損將增加約50%以上;當電網(wǎng)電壓低于變壓器的所用分接頭電壓時，對變壓器本身沒有什么損害，只是可能降低一些出力;同時電動機在0.95Ue下運行最經(jīng)濟，所以適當降低運行電壓對電動機也是有利的。如果變壓器銅損大于鐵損，提高運行電壓，則有利于降損。因此及時調(diào)整變壓器的運行分接頭(要保證正常電壓偏差)，是不花錢就可降低線損的好辦法。

②三相負荷平衡。如果三相負荷不平衡，將增加線損。這是因為三相負荷不平衡時，各相的負荷電流不相等，就在相間產(chǎn)生了不平衡電流，這些不平衡電流除了在相線上引起損耗外，還將在中性線上引起損耗，這就增加了總的線損。如果三相負荷平衡，則向量差為零，應當盡可能使各相負荷相對平衡，否則，中性線上將有電流流過。中性線上流過的電流越大，引起的損耗也越大。因此在運行中經(jīng)常調(diào)整變壓器的各相電流，使之保持平衡，以降低線損。一般要求配電變壓器出口處的電流不平衡度不大于10%，因為不對稱負荷引起供電線路損耗的增加與電流不對稱度的平方成正比。在低壓三相四線制線路中線路的電流不平衡附加線損也是相當大的，定期地進行三相負荷的測定和調(diào)整工作，使變壓器三相電流接近平衡，這也是無需任何投資且十分有效的降損措施。

③導線接頭處理。導線接頭的接觸電阻一般較小，如果施工工藝較差，接觸電阻將猛增，而此處的電能損耗和接觸電阻成正比，除提高施工工藝減少接觸電阻的辦法外，還可以在接頭處加涂導電膏的辦法，使點與點的接觸變成面與面的接觸，從而進一步減少接觸電阻。

④加強對電力線路的維護和提高檢修質(zhì)量。定期進行線路巡查，及時發(fā)現(xiàn)、處理線路泄漏和接頭過熱事故，可以減少因接頭電阻過大而引起的損失。對電力線路沿線的樹木應經(jīng)常剪枝伐樹，還應定期清掃變壓器、斷路器及絕緣瓷件。

(4)企業(yè)用電體泵功率。用電體系有功功率與視在功率之比，即功率因數(shù);以用電體系有功電量與無功電量為參數(shù)計算而得的功率因數(shù)，即企業(yè)用電體系功率因數(shù)，又稱企業(yè)用電體系加權(quán)平均功率因數(shù)。

交流電網(wǎng)需要電源同時供給有功功率和無功功率，有功功率用于電能做功，無功功率用于建立交變電磁場。由于用電體系的負載大多數(shù)都是感性負載，而不是純電阻性負載，既要消耗有功功率，也要消耗一些無功功率，因而用電體系有功功率與視在功率之比，即功率因數(shù)通常是小于1的正數(shù)。

若用電體系消耗的有功功率一定，則消耗的無功功率越大，功率因數(shù)越低，為了滿足用電的要求，必須加大電網(wǎng)供電線路和變壓器的容量，這不僅需增大電網(wǎng)供電的投入，也造成企業(yè)用電的浪費。因此，各地區(qū)電網(wǎng)普遍實行按功率因數(shù)調(diào)整用電收費價格的辦法，規(guī)定對一個企業(yè)的功率因數(shù)要求達到一定的數(shù)值，企業(yè)功率因數(shù)低于規(guī)定值，要多收電費;企業(yè)功率因數(shù)高于規(guī)定值，可減少收費，有獎有罰?？梢?，提高功率因數(shù)對企業(yè)有利，對整個社會電網(wǎng)的運行有利，經(jīng)濟效益明顯。

為此，GB/T3485-1998中規(guī)定：企業(yè)應在提高自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，合理裝置集中與就地補償設備，在企業(yè)最大負荷時的功率因數(shù)不低于0.90;低負荷時.應調(diào)整無功功率補償設備的容量，不得過補償。