供配电系统中的节能与环境保护措施.pdf

觞簟麒易热谖儒萨第一部分 供配电系统的节能措施我国是能源紧缺的国家，但能源浪费却很严重。无论供配电系统或用电设备，都存在节 能的巨大潜力。节能工作的重点是：建立和健全节能管理机制，正确设计供配电系统，改革高电耗工艺,选用节能产品，更换改造低效设备，通过科学管理和合理组织生产，实现供配电及用电设备 的经济运行。相关内容可参考节约用电手册及电力网降损节能手册。一、变压器节能1.变压器损耗及效率的有关参数计算变压器损耗包括有功功率损耗和无功功率损耗两部分(1)变压器的有功功率损耗。变压器有功功率损耗有铁损和铜损，铁损又称空载损失，其值与铁心材质有关，而与负荷大小无关，是基本不变的；而铜损与负荷电流平方成正比，负载电流为额定值时的铜损又称短路损失，变压器有功损耗可用下式计算aP=Pj32Pk(1-1)式中 尸有功功率损耗，kw;PQ变压器空载损耗，kw;PK变压器短路损耗，kw；P变压器负载率，%o(2)变压器的无功功率损耗。变压器无功消耗由两部分组成，一部分由励磁电流即空载电流造成的损耗它与铁心有关而与负荷无关，可用下式求取Q0=IqSnx1Q-2(1-2)式中 Qq-变压器空载时的无功功率，kvar;1。空载电流百分率，%;SN变压器额定容量，kVAo另一部分无功损耗指一、二次绕组的漏磁电抗损耗，其大小与负载电流平方成正比，此损耗又称变压器无功漏磁损耗Qk，可用下式求得QK=UKSNX1Q-2(1-3)式中 Qk变压器额定负载时的无功功率，kvar;1u变压器阻抗电压，%O变压器总的无功消耗按下式计算Q=Go+Qk（1-4）式中&Q变压器无功功率消耗，kvaro（3）变压器的综合有功功率损耗。变压器综合有功功率损耗，指变压器的有功功率损耗、无功功率损耗折算成有功损耗两者之和，可按下式计算：aPz=aP+KqQ式中弓变压器综合有功功率损耗，kW；Kq无功经济当量，指变压器每减少Ikvar无功功率消耗，引起连接系统有功损失下降 的千瓦值，其值见表1-1。表1-1无功经济当量值序号变压器在连接系统的位置“值（kW/kvar）系统负载最大时系统负载最小时1直接由发电厂母线以发电机电压供电的变压器0.020.022由发电厂以发电机电压供电的线路变压器（例如，由厂用和市内发电厂供电的工企变压器）0.070.043由区域线路供电的11035kV降压变压器0.10.064由区域线路供电的610kV降压变压器0.150.15由区域线路供电的降压变压器，但其无功负荷由 同步调相机担负0.050.03变压器综合有功功率损耗弓的另一种表达示为弓=与0+尸之名Bo=+Kq2o（1-5）Pzk=Pk+KqQk（1-6）式中 Pz.空载综合功率损失，kW；额定负载综合功率损失，kW；Kq-无功经济当量，kW/kvar；2Go变压器空载时的无功功率，kvar;Qk-变压器额定负载时的无功功率，kvar;0负载系数。(4)变压器的效率()p2 尸Sn COS 02 inno/P B SN COS。2+K)+/Pk式中 F变压器电源侧输入功率，kw；P2变压器负载侧输出功率，kW；cos q)2-负载功率因数；0负载系数；SN变压器额定容量，kVAE变压器的空载损耗，kw；PK变压器短路损耗，kWo(5)变压器的负载系数(P)R12 丑2/7-kN SnCOS%式中：12变压器负载电流，A；I2N变压器二次额定电流，A；P2变压器负载侧输出功率，kW；SN变压器额定容量，kVA；cos(p2-负载功率因数。(6)变压器的综合经济负载系数。变压器综合经济负载系数是表示变压器综合功率经 济运行的参数。其表达式为3n=/PzO=.+KqQgjZ 色 一 归+KqQk式中 0jz变压器综合经济负载系数；PZQ空载综合功率损失，kW,见式(1-5)；%额定负载综合功率损失，kW,见式(l-6)o(7)变压器的有功功率损失率和损失率的负载特性。变压器有功功率损失率的计算式 为AP%=-4+尸线_ x 100%(1-7)C0S%+)+/式中 4变压器电源侧输入功率，kw；cos(p2-负载功率因数;0负载系数;SN变压器额定容量，kVA；P.变压器的空载损耗，kW；4 变压器短路损耗，kWo变压器有功功率损失尸和损失率0的负载特性曲线见图1-1。图1 1变压器功率损失和损失率的负载特性曲线由图1-1的变压器损失率曲线可以看出，当负载系数月达到某一数值时，损失率将达4到最小值?%1mn。将式（1-7）对 月取一阶导数，并将使之为零，即（?%）n-二Udp即可求出产生最小损失率的条件为式（1-8）说明当铜损等于铁损时，变压器的损失率达到最低，尸7P称为有功经济负载 系数。所以，当固定变压器运行时，可以通过调负载来降低?%.一般变压器的 旦2,1,故最低损失率大体发生在负载系数尸。0.50.6左右。（8）变压器的无功功率消耗率和消耗率的负载特性。变压器无功功率消耗率的计算式为0%=义100%或近似%=蛙=2+6 Qk Ro。（1_9）P2 PSN cos2式中 P变压器电源侧输入功率，kW；P2变压器负载侧输出功率，kW；cos2-负载功率因数；P负载系数；SN变压器额定容量，kVA；Qo变压器空载时的无功功率，kvar;Qk变压器额定负载时的无功功率，kvaro变压器无功功率消耗和消耗率的负载特性曲线与图1-1类似。对式（1-9）求极值，即令其一阶导数为零，即使一（2%）=0得5式中6;Q是变压器的无功经济负载系数。式（1一1）可写成为Qk=。，即当变压器 负载漏磁功率等于空载励磁功率时，其无功消耗率最小。2.变压器的经济运行（1）变压器经济负载系数及经济运行区的划分。在变压器有功损耗率曲线最低点对应的 负载系数称为有功经济负载系数，无功消耗率曲线最低点对应的负载系数称为无功经济负载 系数,综合损耗率曲线最低点对应的负载系数称为综合经济负载系数。经济负载系数的大小，取决于变压器自身的技术参数。GB/T13462-1992工矿企业电力变压器经济运行导则提出了变压器经济运行区的概 念，并给出了按综合功率确定变压器经济运行区的方法。该标准在变压器经济运行区内又提 出了变压器经济运行区的优先运行段（即最佳经济运行区），并给出了最佳经济运行区的确 定方法，同时也为判定变压器“大马拉小车”（称最劣运行区）提供了科学依据。（2）变压器有功功率经济运行。反应变压器有功功率损耗的主要参数是空载损耗和负载损耗（即短路损耗）及。降低空载损耗和负载损耗的途径有：1）采用优质硅钢片，改进铁心结构，降低空载损耗。2）改进绝缘结构，适当减少电流密度，降低负载损耗。（3）变压器无功功率的经济运行o反应变压器无功功率损耗的主要参数是空载电流/0及短路电压Uk。变压器在空载试验时电源侧的视在功率S。为SQ=43IoUlN=Io%SNxlO-2式中 SQ视在功率，kVA;10空载电流，A；U、N电源侧额定电压，kV；4%空载电流百分比；SN变压器额定容量，kVAo变压器在短路试验（额定负载）时所测的视在功率除为6Sk=6InUk=Uk%SnXG-2式中 Sk变压器在短路试验时的视在功率，kVA；I1N-电源侧额定电流，A；UK变压器短路电压，kV；UK%短路电压百分比；SN变压器额定容量，kVAo由于变压器的变压过程是借助于电磁感应完成的。因此,变压器是一个感性的无功负载。在变压器传输功率的过程中，变压器自身的无功功率消耗远大于有功功率损失，因此在分析 计算变压器经济运行时，不仅要考虑有功损失最小，同时也应考虑无功消耗最小。在变压器 经济运行时，无功电量的节约远大于有功电量的节约。所以变压器经济运行不仅能节电，同 时也能提高功率因数。由于变压器是个感性负载，其空载功率因数很低，一般变化范围为cos%=0.050.2。变压器容量越大，cos%越小。变压器空载因数计算式为cos 0=媪=5。U、n式中 PQ空载损失，kW;I。空载电流，A；U、N变压器电源侧额定电压，kV；SQ变压器空载试验时的表观功率，kVAo(4)变压器综合功率的经济运行。变压器经济运行主要有三种情况，如果用电单位以节 约电量为主，则按有功功率考虑，如果以提高功率因数为主，则按无功功率考虑，如果对两 者均无特殊要求，则按综合功率考虑。(5)变压器经济运行的措施：1)选择变压器的容量及台数时，应根据计算负荷，负荷性质，生产班次等条件进行选 择。2)对负载率很低(正常使用时低于30%),而且损失率又很高，通过计算证明是“大 马拉小车”的变压器，应予以调整或更换。73）根据计算负荷，对重载负荷（80%负载率）通过计算证明不利于经济运行的变压器,可放大一级容量来选择变压器，以降低其负载率和损失率。4）向一、二类负荷供电的变压器，当选用两台变压器时，应同时使用，以保证变压器 的经济运行。5）对采用多台变压器的厂房，其配电系统设计，应根据负荷情况，有切换每台变压器 的可能性，通过调整是参数好的变压器在运行状态，让参数差的在备用状态，以实现变压器 的经济运行。6）对于夜里或节假日里不生产的车间或设备，可把其中不能停电的负荷集中到某一变压 器上，设置专用变压器供电，停用其他变压器，以利节电。7）不容许变压器长期空载运行。8）在大型厂房或非三班生产的车间中，应安装照明专用变压器供电。3.高耗能变压器的更换与改造我国目前运行的变压器中存在20世纪6070年代出厂的高耗能变压器,对这些高耗能 变压器进行更换和改造是变压器节能的一个重要措施。（1）变压器产品的损耗比较。按变压器技术参数水平进行分析，可把60年代以来的各 类型变压器划分为四代产品。第一代变压器称为热轧硅钢片变压器，其型号为TM、TN、SJ、SJ及SJ型（简称“64”标准变压器）；第二代变压器称为冷轧硅钢片变压器，按 GB1300-1973系列生产的SJ3SJ5或S3S5型（简称“73”标准变压器）；第三代变压器 产品称为低损耗节能型变压器，即S7、SL7和S9型（简称“86”标准变压器）；第四代是 非品合金铁心变压器。非晶合金铁心变压器是利用铁、硼、畦和碳四种元素合成的非晶合金作铁心材料而制作 成的变压器，铁磁损失极小，是我国“九五”重点推广的新型节能产品，对配电系统的节能 降耗具有重大意义。根据不同标准配电变压器空载损耗的比较，64”标准的配电变压器空载损耗比较最大,其次为“73”标准，“86”标准最小。以lOOkVA配电变压器为例，“64”标准的空载损耗为 1,则三种标准的配电变压器空载损耗比为1：0.85:0.44o不同标准配电变压器负载损耗见图1-2o图中为三种标准的lOOkVA配电变压器在不同 负载时的负载损耗曲线。图12损耗曲线图非晶合金铁心配电变压器（AMDT）的损耗及节能效果见表1-2o8表1-2非晶合金铁心配电变压器（AMDT）节能效果和投资差额回报配电变压器类型AMDTS9变压器容量（KVA）400400空载损耗（W）170810负载损耗（W）46004600年空载损耗电量（KWh）1489.207095.60年节约损耗电量（KWh）5606.40配电变压器类型AMDTS9年节约电费（元）（按每千瓦时电费0.6元）3363.84每台变压器售价（元）6903053100变压器差价（元）15930投资差额回收年限（年）4.736*注表中价格仅供参考*通常为46年（2）高耗能变压器的更换。更新变压器必然会带来有功电量和无功电量的节约，但要增 加投资。这里存在一个回收年限问题。变压器不是损坏后才更新，而是老化到一定程度，还 有一定剩值时就可以更新。特别是当变压器需要大修时更应考虑更新，这在技术经济上是合 理的。变压器的回收年限计算公式如下：1）旧变压器使用年限已到期，即折旧费已完，没有剩值，其回收年限计算公式为T _ZnGj ZcB=Gd式中 tb变压器回收年限，年；Z新变压器的购价，元；Gj旧变压器残存价值，可取原购价的10%；Z 变压器更新后减少电容器的总投资，元；Gd每年节约电费，元。2）在1）的情况下，如变压器需大修时，其回收年限计算公式为T _ Zn-GJD-GJ-Zc式中 Gjd 旧变压器大修费，元。93）旧变压器使用年限还未到，即还有剩值，其回收年限计算公式为广一一Wj=Zj乙。7；义10一2式中 也旧变压器的剩值，元；Zj旧变压器的投资，元；Q%折旧率，%；Ty运行年限，年。4）在3）的情况下，如旧变压器需大修时，其回收年限计算公式为_Z+%-GjlGj-Zc B 自关于更新变压器的回收年限，一般考虑：当计算的回收年限小于5年时，变压器应立即 更新为宜；当计算的回收年限大于10年时，不应当考虑更新；当计算的回收年限510年 时，应酌情考虑，并以大修时更新为宜。（3）高耗能变压器的改造：1）变压器改造的技术要求。根据国家对配电变压器能耗标准的要求，对高耗能变压器 进行节能技术改造，必须达到以下技术指标：a）空载损耗比改造前要降低45%65%,优于JB/T13001999回转支承I组的数据，接近或达到SL7系列变压器同容量的空载损耗值。b）空载电流比改造前要降低70%左右。c）短路损耗符合JB/T13001999规定或达到SL7系列变压器同容量的短路损耗值。d）阻抗电压一般在4%4.9%范围之内。2）变压器的改造方法。a）降容改造。变压器的降容改造是企业目前采用的一种对高耗能变压器进行节能技术改 造的主要方法。其改造原理主要是通过增加线圈匝数，减少铁心磁通密度，减少变压器的单 位损耗来实现。b）保容改造。无力更新变压器的企业，对高耗能变压器进行保容改造一般则是一个既能 节约资金，又能达到节能降耗的好办法，变压器保容改造一般采取四种方式：1.同时更换铁 心、绕组，减少铁损、铜损；2.铝线换铜线，增加绕组匝数，降低匝电势，降低磁通密度，对改造SL1和SJL变压器最适用；3.更换铁心，将热轧畦钢片改为冷轧畦钢片，对改造SJ1 系列变压器适用；4.更换心体改制，按低损耗变压器标准技术要求重新设计铁心及绕组。二、供配电系统节能1.供配电系统节能要点10供配电系统节能的主要方向是减少供配电系统电能的损失。电力系统电能损失率的 构成见图l-3o供配电系统节能要点：（1）降低变压器损耗。（2）降低输配电线路损耗。（3）采用高效节能、高功率因数电气设备。（4）配电线路优化。（5）供配电设备经济运行。（6）提高用电平均负荷与最大负荷之比。（7）提高系统功率因数。发电机 升压充压 一次变电所 二次变电所 配电变压B 负荷o|a|gd|c|3l5kV 超高压电线 高压送电线 离限配电线 低压线跳220-500kV 35-1 IOkV 6 IOkV o.4kV闻._%_J%（%）.7%6%7%100%90%92%76%*81%68%73%4）用户失15%图1 3电力系统电能损失率的构成图2.供配电系统的电能损耗（1）供配电系统的线损率。从电网到企业的电能，经一次或两次降压后，经高、低压 线路送到车间、各建筑物的用电设备，构成企业供配电系统。电能在变压输送过程中造成损 耗，这部分损耗称线变损或简称线损，供配电线损由以下几部分构成：1）企业各级降压变压器损耗；2）企业内高压架空线损耗；3）企业内低压架空线损耗；4）电缆线路损耗；5）车间配电线路损耗；6）汇流排、高、低压开关柜、隔离开关、电力电容器及各种仪表元件等损耗。供配电系统的线损率是指线损电量占供电量的百分率，其计算公式是线损率=线损电量 供电量xlOO%在GB/T3485-1998评价企业合理用电技术导则中规定，根据受电端至用电设备的变 压级数，其总线损率分别不应超过以下指标：一次变压不得超过3.5%；二次变压不得超过 5.5%;三次变压不得超过7%o（2）供配电系统线损的计算方法。电力网电能损耗是指一定时段内网络各元件上的功率 11损耗对时间积分值的总和。从这个意义上讲，准确的线路计算比在电力系统确定的运行方式 下稳态潮流计算还复杂，这是因为表征用户用电特性的负荷曲线具有很大的随机性，各元件 上的损耗对时间的解析函数关系很难准确表达出来，因此只能用数理统计的方法解决。有些电网由于表计不全，运行数据无法收集，或者网络的元件和节点数太多，譬如10(6)KV配电网和低压电网，运行数据和结构参数的收集整理很困难，无法采用潮流法计算,则要求简化计算方法，以便减少人力、物力而又能达到一定的准确度。均方根电流法是线损理论计算的基本方法，在此基础上根据计算条件和计算资料，可以 才采用平均电流法(形状系数法)、最大电流法(损失因数法)、等值电阻法、电压损失法等。(3)电能损耗计算。见相关参考书。3.供配电系统的节能措施(1)根据用电性质，用电容量选择合理供电电压和供电方式：1)企业变配电所的位置应接近负荷中心，减少变压级数，缩短供电半径。避免重复降压，简化电压等级是有力的降损措施，目前城市供电(企业配电)一般要求3级降压即220/110/10/0.38KV 或 220/66/10/0.38KV 或 220/35/10/0.38KV。对重复降压的、非标准电 压的或者负荷过重的要进行电压改造，其降损效果是，当输送负荷不变时升压后降低功率损耗的百分率 是：2=1 *xlOO%降损节电量是：(?1)式中 Uni电网升压前的额定电压，kV；UN2电网升压后的额定电压，kV；A电网升压前的损失电量，kWh；电网升压后功率损耗降低百分率，见表1-3。2)合理选择线路导线截面。线路架设时，应按经济电流密度来选择导线截面，经济电流密 度是根据节省投资、年运行费用及有色金属消耗是等因素综合考虑后制订的，我国颁布经济 电流密度值(/2)见表L4。表1-3 电网升压后功率损耗降低百分率升压前额定电压UN1(kV)升压后额定电压0N2(kV)升压后功率损耗降低百分率(%)升压前额定电压0N1(kV)升压后额定电压UN2(kV)升压后功率损耗降低百分率(%)22033055.6223560.51091.811022075610643916611067.20.381099.83589.912表1-4我国经济电流密度值导线材料最大负荷使用时间(h)3000以下3000-50005000以上铜裸导线3.02.251.75铝裸导线，钢芯铝线1.651.151.75铜芯电缆2.52.252.0铝芯电缆1.921.731.54各种导线的经济电流值见表1-5 表1-5 各种导线经济电流表导线型号最大负荷利用小时数(h)导线型号最大负荷利用小时数(h)3000以下3000 50005000以上3000以下3000 50005000 以上M-25755644LGJ-701168163M-351057961LGJ-9515710986M-50150113108LGJ-120198138108M-70210158123LGJ-150248173135M-95285214166LGJ-185305213167LGJ-35584032LGJ-240396276216LGJ-50835845(2)设计中选择低耗能、高功率因数的电气设备。(3)根据用电负荷的特性和变化规律，正确选择和配置变压器容量和台数，通过运行方 式的择优，合理调整负荷，实现变压器及配电网的经济运行。1)提高配电网负荷率节电降损：a)提高负荷率的节电原理。配电网的负荷率是指平均负载功率与最大负载功率之比。负荷率低标志着负荷曲线波动大，负荷率越高表明负荷波动越接近平均值，即负荷曲线趋于 平直，提高负荷率的实质就是调整变压器的负荷曲线，使之接近于平稳，资料表明，负荷率 提高10%,线损可降2%。提高负荷率可以降损节电，可从图1-4中有功功率负荷特性曲线?=/()的定性分析 中得出：由于=/是一个二次递增函数,任何两个自变量S,、Sb的平均值0=9哆%o 函数4金=/(%)小于该自变量的函数与=/(力)和4Pb=/(%)的平均值，即13e g（心+片），该式也可用数学上的平均值小于均方根的公式推导出由此可知在保持变压器某一段时间内的供电量不变时，通过调整年、月、日负荷曲线使均方根更趋于平均值，就可以减少变压器的功率损耗。此分析同样适用于对变 压器无功消耗的负荷特性，即调载可以减少变压器的无功消耗。b）企业日负荷平均指标。调整企业用电设备的工作状态，合理分配与平衡负荷，使企业 用电均衡化，提高企业负荷率。根据不同的情况，企业日负荷率应不低于以下指标：1连续 性生产95%；2三班制生产85%；3二班制生产60%；4一班制生产30%。2）削峰填谷的节电降损。所谓削峰填谷，就是将负荷曲线高峰负荷时段的部分负荷调整 到低谷负荷时段，即要求用户按负荷变化规律，让部分用电设备躲过系统负荷高峰，而在系 统低谷时段运行。削峰填谷的主要作用是合理利用国家电力资源，充分利用发、供电设备能力，提高发、供、用电部门经济效益；它也是缓和电力供需矛盾、实现均衡用电的重要手段之一。同时还 能够减少电力线路、电力变压器等供电设备的有功损耗和无功消耗，具有节电的作用。削峰填谷不是不用电，也不是少用电，而是改变用电时间，所以削峰填谷也是调整负荷 曲线、提高负荷率的一种特例。削峰填谷节电的原理见图1-5O14从图1-5中明显反映出，在横坐标轴上调整负荷aS(即高峰时段减少aS,低谷时段增 加aS)在纵轴上高峰时段减少的损耗4大于低谷时段增加的损耗兄。由此可见削峰 填谷可减少变压器的有功功率损耗，实现节电。削峰填谷不仅能减少变压器的有功功率损耗，同时也能减少变压器的无功功率消耗，而 无功电量的节约由远大于有功电量的节约，这是由于变压器是个感性很强的负荷。如把图1-5中的纵坐标改为aQ,则为削峰填谷和变压器无功功率节约的原理图。用与削峰填谷能减少有功功率损耗类似的方法可以分析出削峰填谷能减少变压器的无功功 率消耗。3)平衡三相负荷。低压电网如果在运行中三相负荷不平衡，会在线路、变压器上增加损 耗，三相不平衡负荷电流愈大，损耗增加愈大。GB/T34851998评价企业合理用电技术导则中规定：企业单相用电设备应均匀地 接在三相网络上，降低三相电压不平衡度，供电网络的不平衡度应小于2%。(4)提高功率因数，减少电能损耗：1)提高功率因数的节能作用：a)提高功率因数可减少线路损耗。如果输电线路导线每相电阻为R(Q),则三相输电线 路的功率损耗为p2 RAP=3I2Rx1Q-3=xlO-3(1-11)U cos(p式中 尸三相输电线路的功率损耗，kW；P电力线路输送的有功功率，kW；U线电压，V；I线电流，A；cos。电力线路输送负荷的功率因数。由式(1-11)看出，在全厂有功功率一定的情况下，COS0越低，功率损耗也将越大。设法将cos 0提高，就可使尸减小。在线路的电压。和有功功率尸不变的情况下，改善前的功率因数为cos6,改善后的功率因数为cos%，则三相问路实际减少的功率损耗可按下式计算P?1 1 a八 P=U)2R(1-)X1O3U cos 9i cos cp?b)减少变压器的铜损。变压器的损耗主要有铁损和铜损。如果提高变压器二次侧的功率 因数，可使总的负荷电流减少，从而减少铜损。提高功率因数后，变压器节约的有功功率和节约的无功功率的计算公式为15-二）及SN cos 9i cos%P i i0=（）2（-电SN cos 9i cos（p2式中尸、aQ变压器的有功功率节约值和无功功率节约值，kW、kvar;P2 变压器负载侧输出功率，kW；SN变压器额定容量，kVA；COS内变压器原负载功率因数；cos2提高后的变压器负载功率因数；%变压器的短路损失，kW；Qk变压器额定负载时的无功功率，kvaroc）减少线路及变压器的电压损失。由于提高了功率因数，减少了无功电流，因而减少了 线路及变压器的电流，从而减小了电压降。d）提高功率因数可以增加发配电设备的供电能力。由于提高了功率因数，供给同一负载功率8所需的视在功率及负荷电流均减少，所以，对现有设备而言，变压器容量和电缆截面就有了富余，这可用来增加负荷。即使在增加设备时，现有设备的容量也可能够用。另外,在基建时由于提高了负荷的功率因数，可减少电源线路的截面及变压器的容量，节约设备投 资。2）提高功率因数的措施：a）提高用电设备的自然功率因数，主要措施有：1合理安排和调整工艺流程，改善电气设 备的运行状态，使电能得到最充分的利用。2合理使用异步电动机及变压器，变压器要作到 经济运行。3正确设计和选用变流装置，对直流设备的供电和励磁，应采用硅整流或品闸管 整流装置，取代变流机组、汞弧整流器等直流电源设备。4限制电动机和电焊机的空载运转。设计中对空载率大于50%的电动机和电焊机，可安装空载断电装置。对大、中型连续运行 的胶带运输系统，可采用空载自停控制装置。5条件允许时，用同等容量的同步电动机代替 异步电动机，在经济合算的前提下，也可采用异步电动机同步化运行。b）功率因数的人工补偿，主要措施有：1企业在提高自然功率因数的基础上，应在负荷 侧合理装置集中与就地无功补偿设备，在企业最大负荷时的功率因数应不低于0.90;低负荷 时，应调整无功补偿设备的容量，不得过补偿。2对车间内供电系统，根据负荷性质，应分 别采取以下措施进行无功补偿：在车间负荷变动大的变电所母线上，应采用集中功率因数自 动调节补偿和SVC无功自动调节补偿的节电措施；在车间负荷变动不大的变电所母线上，16也可采用手动控制进行无功补偿。3并联电容器补偿装置具有投资省，有功功率损耗小，运 行维护方便，故障范围小等优点，在供配电系统中得到广泛应用。c)利用同步电动机补偿无功。当工艺条件适当，证明工艺设备采用同步电动机合理时，可 利用同步电动机过励磁超前运行，以补偿系统的感性无功功率。当经技术经济比较，确认采 用同步电动机作为无功补偿装置合理时，可采用同步电动机作为无功补偿装置。同步电动机输出的无功功率以Qm=SMkvar)式中Sr同步电动机的额定容量，kVA；q同步电动机的补偿能力，kvar/kVA,与电动机负荷率/、励磁电流乙与额定励磁电流的比值及额定功率因数cos/有关，其值可从图1-6查得。图16同步电动机的补偿能力q与负荷率B、励磁电流11与额定励磁电流hr的比值及额定功率因数COS 的关系(a)当 cos=0.9 超前(b)当 cos=0.8 超前(c)当 cos=1.0当同步电动机的负荷率在0.4-1范围内变化时，同步电动机输出的无功功率或可按如下近似公式求得Qm=Srsin(pr+r(l-)(kvar)(1-12)式中 Sr同步电动机的额定容量，kVA；(pr同步电动机额定功率因数角；(3同步电动机负荷率；r同步电动机带负荷时的无功功率增加系数，其值见表1-6。17r值表表1-6cos%sin/r0.80.60.20.90.440.361.000.4当电动机的负荷率/低于0.4时,其输出的无功功率等于按式(1-12)求出的无功功率加上(0.010.04)Sr o三、电动机的合理使用及节能1.电动机的效率(1)三相异步电动机。电动机的效率为A4X100%P2+aP式中 P?电动机的输出功率，kw；电动机的输入功率，kW；P电动机的功率损耗，kWo电动机的损耗分为负载损耗(主要是铜损)和空载损耗(主要是铁损)，见图1-7O当输出功率鸟减少后，虽然总的损耗也在减少，但减少的速度较慢。因此电动机的效 率随负荷的减少而降低。特别是负荷系数低于50%以后，电动机效率下降更快。当空载运 行时，=0,而总的损耗等于额定损耗。因此，空载时电动机的效率为零。电动机效率18和功率因数cos。与负载系数万的关系如图1-8所示。(2)直流电动机。直流电动机的效率通常比交流电动机差，主要是由于直流电动机的励磁 损耗和铜损大的缘故。与同一容量的三相异步电动机相比，效率要低2%3%左右，这是近 来交流调速装置被引起重视的原因之一。而且，直流电动机需要励磁，为了连续使用必须进 行强迫冷却，在直流电动机较多时，风机的耗电不可忽视。因此，在有条件且经济合理时宜 用交流调速系统代替直流调速系统。2.电动机的功率因数电动机的功率因数cos。的降低，不仅会增加电动机输电线路及变压器的电能损耗，而 且会增加发电、输配电系统中的附加损耗，从而增加这方面的投资。因此，在电动机的节能 工作中，必须了解功率因数cos。的变化规律。(1)异步电动机的功率因数。异步电动机的等值电路如图1-9所示。图19异步电动机的等效电路对电源来说，相当于一个电阻和一个电感串联负荷，因而功率因数COS。总是小于1的。为了建立磁场，异步电动机从电网吸取很大的无功电流/。，它在正常工作范围内几乎不变,在空载时定子电流此时功率因数很低，一般cos0=0.2左右。当负载增加时，定子 电流的有功分量增加，是COS0很快上升，当接近额定负载时，cos。达最大值。但负荷增 19大到一定程度后，由于转差率的增加，转子漏抗增大，转子电路的无功电流增加，相应定子 的无功电流也增加，因此，功率因数反而下降。异步电动机的cos。与负荷系数的关系如图 1-8所示。(2)同步电动机的功率因数。同步电动机的功率因数cos。与异步电动机的不同。它可以 为滞后，也可以超前。当励磁电流改变时，对同步电动机的定子电流和功率因数有影响，但 并不改变电动机的输出功率和转速。三相同步电动机的输出功率8可用下式表示8=/COS9 77M当电压。不变时，在同一负荷下，电动机的效率77M也是不变的。这时定子电流/与 cos。的乘积应该在励磁电流变化后仍然保持不变。在同步电动机中，控制励磁电流是非常 简单的。在任何负荷下，只要把功率因数cos。调整到1,就可以使网路电流最小。减少励 磁电流，输入电流增加，于是电动机吸收网路中的无功功率(指感性无功)。与此相反，如 果增大励磁电流，输入电流也增加，则同步电动机给网路输送无功功率。图1-10为各种负 荷系数的同步电动机V型曲线，表1-7表示同步电动机的功率因数与有功功率和无功功率 的关系。图1 10同步电动机的V型曲线表1-7 同步电动机的功率因数与有功功率和无功功率的关系COS010.9750.950.90.850.80.70.6有功负荷(KW)100100100100100100100100无功负荷(kvar)023334962751001333.电压波动对电动机特性的影响20电动机端电压波动时，异步电动机的特性变化。电压下降时最成问题的是起动转距的减 少，使负荷电流的增加，从而引起线路损耗增加，电动机温度上升等，而电压升高也要引起 励磁电流的显著增加，温度上升和效率降低，所以要加以注意。4.电动机经济运行计算与判定电动机经济运行（motors economic operation）的定义为：在满足被拖动负载工作特性 要求的前提下，安全可靠、不影响生产、不带来负面环境影响、节约电能与运行维护费用的 运行方式。（1）电动机经济运行有关参数计算见GB/T124972006三相异步电动机经济运行。（2）电动机经济运行的判定：1）电动机综合效率大于或等于额定综合效率表明电动机 对电能利用是经济的；电动机综 合效率小于额定综合效率但大于额定综合效率的60%,表明电动机对电能利用是不经济的。2）在现场计算电动机综合效率有困难的情况下也可用电动机输入功率（电流）与额定输 入功率（电流）之比来判断电动机的工作状态；输入电流下降在15%以内属于经济使用范 围；输入电流下降在35%以内属于允许使用范围；输入电流下降超过35%属于非经济使用 范围。在考察输入电流变化的同时应检查测量电动机功率因数的变化，并估计其影响。5.电动机的节能措施（1）根据电动机经济运行的原则合理选用电动机：1）电动机类型应在满足电动机安全、起动、制动、调整等方面要求的情况下，以节能的 原则来选择：a）恒负载连续运行，功率在250kW及以上，宜采用同步电动机。b）功率在200kW及以上，宜采用高压电动机。c）除特殊负载需要外，一般不宜采用直流电动机。2）电动机功率选择，应根据负载特性和运行要求合理选择，使电动机工作在经济运行范 围内。3）异步电动机当采取更换或改造措施时，须经综合功率损耗与节约功率计算及起动转距 的校验后，在满足机械负载要求的条件下，使新投入的电动机工作在经济运行范围内。（2）采用高效率电动机，减少电动机损耗。GB/T3485评价企业合理用电技术导则中规 定：年运行时间大于3000h、负载大于60%的电动机应优先选用能效指标符合GB18613 2006中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值中节能评价值的节能电动机。不应采用国家明令淘汰的高耗能电动机产品。我国设计生产的Y系列，XY系列，YZ-E系列等高效电动机具有能耗低、效率高、效率 曲线平坦、功率因数提高、起动力矩提高等特点。减少电动机的措施见图1-11。21损耗种类减少损耗的措施选择合适的绕线方法和线圈节距选用合适的线路杂散损耗 切槽装配合适总损耗进行转子沟槽的绝缘处理降低冷却用的风扇损耗机械损耗 采用高润滑轴承图1-11减少电动机损耗的措施（3）对轻载电动机采取降压运行方式实现节能：1）异步电动机应当采取调压节电措施时，需经综合功率损耗与节约功率计算及起动 转距、过载能力的校验后，在满足机械负载要求的条件下，使调压的电动机工作在经济 运行范围内。2）轻载运行降压节电的效果：a）减少电动机损耗。异步电动机的损耗可用下式表示产=小心+%+4式中 先I、玲也一定子和转子铜耗；4e铁耗；p机械损耗；P杂散损耗。当电动机轻载时输出功率减少，同时转子铜损Au2随之降低；但4e、Pm、月基本不变。由于励磁电流未变，定子铜损2-降低不多，因此电动机效率和功率因数大为降低如果在轻 载时适当降低输入电压，则电机铁耗耳e差不多随电压平方而减少，励磁电流也因磁通的减 小而下降，使耳减少，从而降低了总损耗?,使效率和功率因数得到提高，这就是电动 机轻载降压节能的基本原理。但当电压的降低不能过分，因为为了产生同样的轻载转距，当 电压和磁通过分降低后转子电流必然回升，减小了?“1、不也的降低程度，甚至使他们反而 增大。此外过分降低电压会使电机带不动负载而堵转。b）提高电动机功率因数。图1-12表示感应电动机在不同负荷时，改变电压对功率因数 的影响。从图中可以看出降压运行对功率因数的改善具有很明显的效益。图1 12在不同负荷时改变电动机电压对功率因数的影响但是减少加在电动机定子上的外加电压之后，将使电动机的输出转距减小，由于它们之 间是平方的关系，所以对轻负载电动机才能采用。同样电动机的出力也与转距一样与电压平 方成正比，电压降低之后电动机的实际出力如下式计算，即式中 P降压后电动机的实际出力;P电动机的额定容量；u降压以后的电压；23UN电动机的额定电压。3）改变电动机绕组接法的节电方法。对经常处于轻负荷运行的电动机，应采用三角一 星切换装置，将三角形接法的电动机改为星形接法，降低电机运行电压可以达到良好的节电 效果。电动机的星形接法和三角形接法的效率比近与负荷系数尸的关系见表1-8。“D表1-8 负荷系数与不同接法时的电动机效率负荷系数万0.100.150.200.250.300.400.450.50效率比工“D1.271.141.101.061.041.011.0051.00由表1-8知,只有在负荷系数低于0.3后，将电动机的三角形接法改为星形才能使电动机 的效率有明显提高。当负载系数为0.5时，星形接法和三角形接法的效率基本相等，无节电效 果。当负荷系数大于0.5后，电动机星形接法的效率反而低于三角形接法。另外，电动机的 功率因数cos。在负载系数低于0.4后，将三角形接法改为星形接法后都有比较明显的提高,这对于变压器和输电线路的节电是有好处的。但电动机由三角形接法改为星形接法后，其极限容许负载大致为铭牌容量为38%45%。因此，在采用三角形接法改为星形接法作为节电方法时，一定要考虑到改接后的电动机容量 是否满足负载的要求。一般认为，由三角形接法改为星形接法的转换点在/二0.30.4之间.对不同型号的电动机,其转换点并不一定完全相同,应该进行具体分析计算才能确定。根据经验,当/0.3时，将三角形连接的绕组改为星形连接，往往可以节电。（4）电动机无功功率就地补偿：1）在安全、经济合理的条件下，对异步电动机采取就地补偿无功功率，提高功率因素，降低线损，达到经济运行。2）就地