基于节能降耗的配电设备改造分析与应用

基于节能降耗的配电设备改造分析与应用

阚梅香赵芳阿依努尔•,卡德尔

（国网新疆电力有限公司乌鲁木齐供电公司新疆乌鲁木齐830011）

摘要：大力节约资源、降低能耗对提高企事业经济效益，加快建设资源节约型城市、推动企事业单位发展有着重要意义。电气设备是企业用电过程中的重要设备，但是，随着用电负荷的不断升高，有些电气设备由于运行年代久远、功率较低、能耗高，在使用过程中不仅难以满足用电需求，而且会对环境造成严重的污染。在此背景下，如何对电气设备进行节能降耗受到人们的重视，其不仅可以优化电气设备的运行性能，还可以起到良好的节能、降耗效果。基于以上问题，笔者以某烟厂配电室为例，提出了基于节能降耗分析的配电设备改造方案，并进行经济效益分析，为配电设备节能降耗改造提供参考依据。

关键词：配电设备；节能；改造；效益分析；线路损耗

1现场概况

某烟厂配电室设备安装于1993年4月，至今已运行使用23年。现场配电设备主要包括5台10kV高压开关柜、2台1600kVA变压器和12台低压开关柜。高压柜柜型为20世纪80年代末的固定式传统柜型GG-1A柜，内部采用的控制电器为少油断路器，保护回路采用反时限过流保护。低压配电柜采用老式的低压配电柜BSL，主断路器采用的是DW10空气开关。低压配电屏为BSL型固定面板式配电屏，后面无防护保护措施，相邻柜子间无隔板，无防护等级。

2基于节能降耗的改造方案

2.1柜体改造

2.1.1高压开关柜改造

GG-1A型高压开关柜为老型号高压开关柜，开启式结构，顶部的主母线裸露，柜前有防护，柜后和柜顶无防护，防护等级低；五防连锁闭锁程序复杂，操作不便，出现操作失误概率大。高压控制和保护系统的操作电源直接引自PT设备，由PT设备经10kV/220V转换而来，最大的缺点在于保护存在死区，不能全方位保护设备的安全运行。总之，设备维护成本高，且运行安全可靠性低。改造后，高压开关柜采用KYN28A-12型高压开关柜，开关柜按《2.6kV-40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》（GB3906-2006）中的铠装式金属封闭开关设备而设计。整体由柜体和中置式可移开部件（即手车）两大部分组成。柜体分四个单独的隔室，外壳防护等级为IP4X，各小室间和断路器室门打开时防护等级为IP2X。开关柜的联锁功能以机械联锁为主，辅之以电气联锁，功能上能实现开关柜“五防”闭锁的要求。联锁功能的投入与解除，大部分是正常操作过程中同时实现的，不需要增加额外的操作步骤，操作简便。增加一面直流屏，为高压控制和保护系统提供稳定的直流电源，从而实现无死区保护。

2.1.2低压开关柜改造

BSL为老型号低压配电屏，开启式结构，顶部的主母线裸露，屏前有防护，屏后和屏顶无防护，防护等级低，运维检修容易出现安全事故；相邻的低压配电屏之间无隔板，在运行中的某一台配电屏出现故障后，会影响其他配电屏，波及范围大。改造后，低压开关柜选用GGD型交流低压配电柜，柜体防护等级为IP40，该配电柜具有较好的散热性能，柜门安装、拆卸方便，柜体的顶盖在需要时可拆除，便于现场主母线的装配和调整，整套设备价格低廉。整套柜体改造的完成，不仅消除了安全隐患，达到了现行电气安全技术规范要求，而且减少了人工设备维护工作量，降低了维护成本，增加了企业经济收益。

2.2母线材质改造

配电线路的损耗，是低压配电系统重要的能量损耗，配电线路导体材质的选择显得至关重要。根据《电工用铜、铝及其合金母线》（GB/T5585.2-2005），人们可以获得环境温度为20℃时的直流电阻率，铝导体为0.02900Ω•mm2/m，而铜导体为0.01777Ω•mm2/m，也就是截面积为1mm2、长度为1m的铝导线电阻是0.02900Ω，而铜导线电阻是0.01777Ω。可见，在同等导体长度及导体截面积的情况下，铝导体的电阻值要大于铜导体的电阻值。因此，在三相线路中，大电流状态下，铝母线的有功功率损耗要远远大于铜母线的有功功率损耗。某烟厂配电室中的开关柜主母排及分支母排全部采用铝母线，且低压母线从变压器到低压进线柜距离5m左右，线路损耗较大，经过改造，将主母排及分支母排全部更换为铜母线，并将变压器紧挨进线柜放置，进线为低压侧进线，更好地减少了材料的使用和线路的损耗。

2.3节能变压器的使用

某烟厂配电室内变压器原为S9系列油浸式变压器，容量1600kVA2台。S9系列油浸式变压器采用冷轧硅钢片作为铁芯，变压器空载损耗较大。现场变压器运行23年来，从未进行过变压器油的油谱分析，变压器绝缘性能不确定。且变压器没有防护网，不能有效防止误入带电间隔，容易造成电击伤亡事故。所以，必须对变压器进行更换。更换变压器要从自身损耗上考虑，变压器的损耗主要包括空载损耗和负载损耗，空载损耗主要由涡流损耗和磁滞损耗组成，涡流损耗与铁芯材料的厚度成正比，与电阻率成反比，磁滞损耗与磁滞回线所包络的面积成正比。非晶合金带材的厚度仅为27μm，是冷轧硅钢片的1/11左右，电阻率是冷轧硅钢片的3倍左右，因此由非晶合金制成的铁芯的涡流损耗比冷轧硅钢片制成的铁芯要小很多。另外，非晶合金的矫顽力小于4A/m，是冷轧硅钢片的1/7左右，非晶合金的磁滞回线所包络的面积远远小于冷轧硅钢片，因此非晶合金的磁滞损耗比冷轧硅钢片的也小很多。此次改造采取SCBH15型非晶合金干式变压器代替原有的S9型油浸式变压器，变压器容量不变，并对变压器外加防护罩进行防护隔离，能够克服防护等级低的缺陷。根据《低压配电室设计规范》GB50054-2011要求，固定式配电屏成排布置通道的最小宽度屏前应不小于1.8m，屏后应不小于0.8m，现场变压器及开关柜布置与原地基不同，改造后高压柜安放在原变压器室，并将原高压室作为运维人员值班室，改善运维人员的工作环境。

2.4无功补偿装置的代换

烟厂原有配电设备只从考虑变压器损耗角度出发进行无功功率补偿，且现场无功补偿装置的大部分器件已经损坏，造成无法补偿。另外，烟厂生产设备中使用了大量变频器，这些设备工作时，由于电力电子器件的非线性特征，会产生大量特征次谐波，因此系统中的谐波含量较高。同时，变压器控制中可能会出现直流分量电流，致使变压器磁路因直流偏磁而增加其饱和程度，导致交流激磁电流中谐波分量增大，使系统中的谐波影响更加严重。电网谐波的超标增加了线路的用电损耗，并对用电设备造成无形破坏，严重制约着生产力的发展。

综合考虑上述问题，在改造过程中，根据测试数据制定滤波方案，采用具无功补偿装置加有源滤波的补偿方式，进行无功补偿，并滤除谐波。主要目的是使设备在提升配电系统运行的安全性和可靠性的基础上，最大限度降低线路损耗和谐波危害，切实保证生产正常运营，降低系统运行和维护成本，为节能降耗，增加企业效益提供坚实的保障。

3结语

某烟厂配电设备改造工作的完成，增加了系统运行的可靠性，提高了系统的防护等级，消除了安全隐患，达到了现行电气安全技术规范要求。滤波补偿设备的投入，抑制了系统的谐波成分，改善了系统电能质量。节能效果明显，给企业带来了较大的经济效益。稳定的供电系统和良好的电能质量为安全生产奠定了良好的基础，保障了企业设备运行的稳定，降低了用电设备故障概率，并有效延长了设备的使用寿命，为企业长期受益提供了根本保障，也为其他单位的配电设备改造提供了有益借鉴。

参考文献：

[1]张立滨.新建配电室的关键技术问题探讨[J].机电信息，2013，（33）：87-88.

[2]吴长浩，邹军.老旧配电室的隐患和防范措施[J].农村电工，2013，（1）：44.