用电管理三 节约用电管理.ppt

第三章 节约用电管理,主讲人： 刘春明,华北电力大学 电力自动化技术研究所,§31节约用电的意义及途径,一节约用电的概念： 1理解：节约用电就是通过采取技术上可行，经济上合理和对环境保护无妨碍的一切技术节电和管理节电措施，消除用电过程中的不合理和浪费现象，提高电力能源的有效利用程度，以实现能源的节约和电力供需的平衡，提高电能使用的经济效益。 2节电工作的三个方面：管理节电、技术节电和结构节电。 二节电的潜力： 我国目前电能的使用状况大致如下：电动机消耗的电能约占总电能的70，电热设备约占l6，电气照明约占8，电化学约占6。从我国目前的用电情况分析，电能利用的有效程度普遍较低，每年约有65的电能被损耗掉了。我国目前单位产值的耗能量是法国的5倍，日本的4.5倍，巴西的4倍，印度的1.6倍。这一方面说朗我国在能源消耗中存在严重的浪费现象，从另一方面说明我国节约用电的潜力是相当大的 。,主要表现 ： (1)设备性能差。我国生产中使用的大量机电设备，大多属陈旧落后的产品，性能很差，与国外同类产品相比，中小型电动机的效率低1.54，中小型变压器的损耗高7090，水泵效率低510，风机效率低lo15，电阻炉热效率低1520。由于长期使用，得不到及时改造和更新，性能更差。有的地区使用中的风机效率仅为18，较好的也只有4050。 (2)生产工艺落后。我国一些产品的生产工艺水平低，致使产品生产周期长、质量差、电耗高。 (3)经济结构不合理。国民经济各部门之间、供需之间的比例关系不协调，可造成用电的损耗和浪费。 (4)管理工作薄弱。企业对电能的使用管理工作薄弱，特别是一些中小型企业，用电无计划，消耗,三节电的意义： 1节约一次能源 2缓和电力供需矛盾 3提高了企业的生产水平和科学管理水平 4提高了电能的有效利用率 5降低了供、用电设备的投资 四节约用电的方法： 1大力宣传节约用电 2建立科学的定额管理制度 3利用经济杠杆作用 4开展电能平衡工作 5推广节约用电的技术措施 6开展群众性的节电活动,§32 电能平衡,一电能平衡的意义： 目的：考察企业电能构成、分布、流向和损失。 二电能利用率： 单一产品的企业： 是一项衡量电能利用率程度的综合性指标。 高损耗小，效率高、管理水平高。,三企业电能利用率测定方法： 1企业综合电能利用率的测定： 式中： 分别代表变电设备、配电设备、电气设备、机械设备等的利用率。 2企业设备电能利用率： （1）设备电能利用率： 对电气设备、水泵和风机等通用设备来说相当于它们的效率； 对于电加热、电解槽等直接参与产品生产，其工况与生产及操作有密切联系的设备来说，在一定程度上相当于它们的综合电能利用率。,（2）测定方法： 直接法：直接法就是直接测定电源供给用电设备的电能和产品生产有效消耗的电能，然后计算设备的电能利用率。 优点：简单易行。 缺点：不能按损耗原因详细分析各项电能损耗的大小。 间接法：间接法也称损耗分析法，是以测定的计算用电设备的各项电能损耗为基础，求出总的损耗电能和电源供给电能及产品所需的有效电能，最后经计算确定用电设备的电能利用率。,五企业电能平衡的内容： 1在用电体系确定的范围内，电能消耗的分布状况，即在哪些车间、严品、工艺和设备上用电。 2电能在用电体系内输送、转换与传递的流向和产品生成的过程。 3对用电体系的供给电量和损失电量进行测定。 4计算分析以及研究提高电能利用率的改进措施。 六电能平衡的计算步骡： 1确定用电体系电能平衡的边界线。 2查清边界线内的用电设备。 3查清电能的流向和产品（或工质）生成的过程。 4设备(即元件)电能平衡。 5绘制能流图。 6电能利用率的测定与计算。 7制定提高电能利用率的改进措施规划。,§33 企业用电功率因数管理,一功率因数的基本概念 ： 1定义： 解释： 有功：将电能转化为其他能 无功：建立交变磁场和感应装置的磁通，只实现能量交换而不做功。,2功率因数分类： （1）自然功率因数：指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，或者说用电设备本身所具有的功率因数。自然功率因数的高低主要取决于用电设备负荷的性质。 （2）瞬时功率因数：指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数值。也可根据电压表、电流表和有功功率表在同一瞬间的读数经计算而确定。瞬时功率因数是随着企业用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻变化的。瞬时功率因数可以用来判断工矿企业所需要的无功功率数量是否稳定，以便在运行中采取相应的措施。 （3）平均功率因数：指企业在一定时间段（个工作班、一周或一个月等）内功率因数的平均值。对企业功率因数的考核通常是以一个月的平均功率因数进行的，是通过企业一个月内消耗的实用有功电量和无功电量计算而得。其计算公式为： 供电部门每月定时来企业考核月平均功率因数的大小，再与国家规定的平均功率因数值比较，从而决定对企业所交纳电赞是奖励还是惩罚，并决定应采取的措施，以利于节约用电。,3影响功率因数的因素： （1）用电设备的轻载或空载。 （2）感性设备的增多。 （3）变压器的空载和轻载。 （4）线路中的无功功率损耗。 （5）无功补偿的不足。,二功率因数对配电网路系统的影响： 1降低线路损失： 2改善电压质量： 线路的电压损失由两部分构成：一部分是输送有功功率产生的；另一部分是输送无功功率产生的。由于输配电线路的电抗分量约是电阻分量的24倍，变压器的电抗分量是电阻分量的510倍，因此，远距离输送无功功率会在线路和变压器中造成很大的电压损失，使输配电线路末端电压严重降低。若提高功率因数，就可减少线路和变压器中输送的无功功率，从而减少线路的电压损失，有效地改善用户端电压质量，从而达到节电目的。,3增加电网的传输能力，提高设备利用率： 4减少设备容量： 5减少用户电费支出：在国家电价制度中，从合理利用电能出发，对不同企业用户的功率因数规定了不同标准值。低于规定数值，企业要多交一定的电费；高于规定数值，企业可少交一定的电费。 6减少变压器的铜损：,三提高功率因数的办法： 1提高自然功率因数： （1）合理地选择电动机，使其接近满载运行。 （2）合理安排和调整工艺流程，改善用电设备的运行方式，限制空载运行。 （3）合理选择变压器，提高变压器的负载率（80左右）。 （4）提高电动机检修质量，防止间隙过大。 2无功补偿： 同步调相机、并联电容器、静止补偿装置。 一般采用并联电容器。，并联电容的优点：投资省，有功功率损失小，运行维护方便，故障范围小。,3、电容器补偿容量确定： 额定电压下： ：一年中最大负荷月份的平均有功负荷； ：补偿率，可查 非额定电压下： 个别补偿的电动机： 注意：功率因数补偿的幅度：0.90.95为宜。 防止因负荷轻载而引起过补偿，并联电容器能自动投切。,4、并联电容器补偿方式和原则：,总原则：全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡。 补偿方式： 集中补偿：将电容器组接在变电所（或配电所）的高压或低压母线上。这种补偿方式的电容器组，利用率较高，但不能减少用户内部配电网络的无功负荷所引其的损耗。 分组补偿（分散补偿）：将电容器组分别安装在各车间配电盘的母线上。这样配电变压器及变电所至车间的线路都可以收到补偿效果。分组补偿的电容器组利用率比个别补偿时高，所需容量也比个别补偿少。 就地补偿（个别补偿）：广泛用于低压网络，将电容器直接接在用电设备附近，一般和用电设备合用一套开关。个别补偿的优点是补偿效果好，缺点是电容器利用率低。对连续运行的用电设备所需补偿的无功功率容量较大时用个别补偿最为合适。,5、电容器的投切控制：,（1）电容器补偿的固定投切与自动投切比较： 固定投切 ：a、易造成欠补偿或过补偿，过补偿将造成企业用电户向配电系统倒送无功功率，使系统电压升高，产生过电压 。 b、对于供用电部门来说，由于在欠补偿时无功电能表正转，过补偿时电能表反转，这样就会使得无功电能表累计总数值很小，它不仅掩盖了企业用户功率因数的真实性，而且对企业的经济核算不合理，也达不到国家对功率因数调整电费奖罚效果。 自动投切：可以根据配电系统中无功负荷的大小，自动及时地投切无功功率补偿容量，克服了上述欠补偿或过补偿所引起的不良后果，可使无功功率分布合理，充分发挥供配电设备的供电能力，提高功率因数、降低线损，保障电能质量。因此无功功率的自动投切补偿得到越来越广泛的应用。,（2）、高压并联电容器的自动控制方式：,a电压型自动控制方式：根据配电系统电压的变化规律，确定适当的电压整定值，自动投切并联电容器组的容量，以改善配电系统的电压质量。 b电流型自动控制方式：根据配电系统负荷电流的大小，自动投切一定数量的并联电容器组的容量， c程序控制方式：根据一定的生产规律编制出并联电容器的投切程序，用时间切换器按固定程序进行投切并联电容器组的容量。这主要是由于企业变电所或企业负荷的变化有一定的规律性的原因。 d无功功率自动控制方式：根据配电系统无功功率或无功电流的大小投切并联电容器组的容量。,（2）、高压并联电容器的自动控制方式：,e功率因数自动控制方式：根据功率因数的高低，利用功率因数继电器控制投切的并联电容器组的容量。对于与配电系统相连接的变电所或实行功率因数奖罚的企业，宜采用按功率因数控制并联电容器组的投切，以保证在最佳的功率因数下运行。不足之处是当所需补偿容量小于一组电容器容量时，可能会出现反复投切。 f综合型自动控制方式：这是采用功率因数型与电压型相结合的综合型自动控制方式。它既能满足在功率因数或电压低于下限时自动投入并联电容器组的容量，又能在功率因数或电压超过上限时自动切除并联电容器组。 注意：前三种自动控制方式的特点是结构简单，控制方便，但补偿的效果较差；后三种方式的结构虽然复杂，但补偿准确、经济、效果好、因而在企业中较广泛应用。,（3）低压并联电容器的自动控制方式： a时间型自动控制方式。对于一班制或两班制生产的企业，宜采用时间型的自动控制方式，按时间投入并联电容器组的容量，在非生产时间全部切除并联电容器组， b功率因数型自动控制方式。一般企业均以提高功率因数、降损节电、减少电费开支和提高经济效益为目标，宜采用此种自动控制方式。 （4）并联电容器的接线方式： 三角形接线：三角形接线的并联电容器直接承受配电网的线电压。 容量： 当任何一台并联电容器因故障被击穿发生短路故障时，就形成两相短路，通过故障点的电流为相间短路电流，短路电流非常大，可能导致并联电容器油箱爆炸，威胁配电网的安全运行。所以，三角形接线多用于短路容量较小的工矿企业用户变电所和配电线路中。,星形接线：星形接线的并联电容器承受的是相电压 。 容量： 当一台电容器被击穿而短路时，通过故障点的电流是额定相电流的3倍；如果采用每相两段串联的星形接线时，一台被击穿，则通过故障点的短路电流仅为1.5倍，因此运行就安全多了，所以星形接线能较好地防止并联电容器爆炸。另外星形接线的一相被击穿时，当单台保护熔断丝使故障电容器断开后，不易造成相间短路，使其余并联电容器继续运行，进行无功补偿。 星形接线方式的不足是当一相并联电容器断线，造成该相失去补偿，引起三相不平衡。 规定： 高压电容器宜接成中性点不接地星形。 容量较小时（指400kV及以下）宜接成三角形。 低压电容器组应接成三角形。,§34 电力网线损计算及降损措施,一概述： 1损耗：,2电力网损耗的分类： （1）技术线损：主要包括：与电流平方成正比的变压器绕组和输配电线路导线中的电能损耗；与运行电压有关的变压器铁芯、电容器和电线的绝缘介质以及电晕损耗等。 技术线损又称理论线损，可以通过技术措施予以降低。 （2）管理线损：主要包括：各种各样的电度表综合误差、抄表不同时、漏抄及错抄错算所造成的统计数值不准确；带电设备绝缘不良引起的漏电、无表用电和窃电所造成的损失电量。 管理线损可以通过组织管理措施予以避免或减少。,二电力网线损计算： ：,1几个概念： （1）统计线损电量总供电量总售电量 （2）理论线损电量和线损率： 理论线损：即技术线损，包括可变线损和固定线损。 （3）计划线损电量和线损率：它是根据统计线损电量和线损率，参照理论线损电量和线损率，结合供电计划及主客观努力降低线损的效果所定的数值，以作为各级供电部门降低线损的奋斗目标。,2具体计算方法：,（1）损失因数法计算线损： 思路： 负荷率 （2）最大负荷损耗小时数法计算线损 ： ：最大负荷损耗小时数 思路：,（3）均方根电流法计算线损 ： 假设一天24小时代表电流分别为 ： 则全天线路损耗电量为： 其中 ， 为均方根电流： 若测定的数据是P和Q，则：,（4）等值功率法计算线损 ： 式中：K负荷形状系数； 最小负荷率：,三配电线路损耗电量计算：（610kV） 1收集相关资料：导线的R，变压器的S及负荷的 等。 2确定线路分段并计算各分段线路R 。 3绘制配电线路接线图和配电线路损耗电量计算单线图： （1）有配电变压器的接点作为负荷点。 （2）相邻的负荷点之间为一个线段。 （3）单线图中应标明：计算最大电流，各分段R和各分段的计算最大电流。 4实测代表日负荷电流Ii。 5确定网路线路出口的有关电流参数： （1）平均电流： （2）均方根电流： （3）负荷率： （4）损失因数：,6确定线路上各负荷点的计算用最大电流 7确定各线路分段的计算用最大电流：从始端末端，或从末端始端。 8确定各线路的等值电阻和代表日的损耗电量。 等值电阻： 代表日损耗电量：,四变压器损耗电量计算： 式中： 变压器空载损耗功率。 变压器短路损耗功率。,§35 降低电力网线损的技术措施及组织管理措施,一技术措施： 1提高用户的功率因数，减少输送的无功功率： （1）有功功率：,2、适当提高35千伏及以上供电网的运行电压水平： 电压应限制在电压偏移的容许范围内 3、适当降低610kV农电网的运行电压水平： 610kV，不变负荷与总损失6080以上，由于变压器容量小，空载损耗大，且农村电力用户的负荷率低，变压器经常轻载运行。故适当降低运行电压，可降低功率损耗。 4调整负荷曲线，平衡三相负荷：,（a）24h负荷平稳，负荷电流为I，线路日损耗电量： （b）24h内负荷不平稳，负荷电流为I-I，线路日损耗电量： 负荷曲线不平稳时日损耗电量增大的百分比为： 三相电流不平衡，即影响变压器的安全运行，又增加了线损。,5对供电网进行升压改造，减少变电层次： 同一地区，同一电网内，尽可能简化电压等级，每减少变电层次，可减少变电有功损失12，无功损失1015，城市配电网已引进110kV电压等级，北京王府井110kV地下变电站等，苏州采用新的电压等级20kV试用。 变电层次减少，既可以提高效率，又可以减少投资。 35kV10kV0.4kV：97（效率） 35kV0.4kV：98.5,怎样确定配电网络系统的供电电压？ （1）变压的次数应限制到最低限度。 （2）所选用的电压等级应该是将电力合理地输送到大多数负荷中心的电压水平。 （3）所选用的电压等级适用于用电设备的电压等级及企业自备电站的电压等级。 （4）尽可能在高中压中不采用两种以上的电压等级。 （5）尽可能在高、中、低压中分别采用较高的电压等级，即110kV、10kV、380kV。 为了减少配电线路电能损失和节省有色金属，采用高压深入用电负荷中心，对负荷比较集中的地点可采用，对于用电负荷分散的企业，难于找到一个适宜的负荷中心。,6合理确定电网经济运行方式： 7合理安排设备检修： 供电网正常运行时的接线力式。般应是比较安全和经济合理的接线方式，如遇设备检修，则正常的运行接线不得不加以改变。改变后的接线方式不但会降低运行的可靠性，面且会使线损大量增加。因此，加强检修的计划性，配合工业用户的设备检修或节假日安排供电设备的检修，缩短检修时间，以及实行带电检修等以降低电网检修方式下的损耗。,8通过电网改造降低线损： （1）改造迂回线路; （2）改造卡脖子线： 负荷。 原来线路建设标准低。 （3）改造导线的接线方法： 导线接许应尽量避免缠绕法，而应该为钳接和设备线夹接续。 不同导线接续应该用铜铝过渡线夹。 （4）改造高能耗配电变压器： 宜低损变压器SL7（S7）和S9系列，替代原JB500064和JB130073标准的老产品。S9相当于国际80年代水平。 （5）灯力混合区应进行灯力分离改造。 （6）增大导线截面积。（经济电流密度）,2降低线损的管理措施： （1）加强设备的维护和检查管理工作 加强设备的维护和检查管理工作： 定期清扫输、配电线路、变压器、开关等的绝缘瓷瓶和瓷套管； 剪除与线路相碰的树枝； 在巡线过程中，及时清除鸟巢及其它外物等； 检查导线接头和压接管的质量，并在检修中予以处理。以保证线路的安全运行和降低线报。 加强检修管理：缩短相减少检修停电、停运时间和次数。,(2)加强用电管理： 经常了解用户的负荷情况，做好压峰填谷，调整负荷，降低线损。 把营业普查作为日常性工作来做，普查要实行专业检查和群众检查相结合的方法，外查用电上的问题，内查管理上的漏洞，重点放在整顿用电的规章制度上，做到边查边改，消除计量、收费差错，堵塞违章用电，杜绝窃电，降低管理线损。 无功应就地平衡。 建立健全营业管理的岗位责任制。认真执行抄、核、收制度，防止错抄、估抄和漏抄。 采取各种防止窃电措施，加装防盗电表箱和仪用互感器箱。,§36 降低变压器损耗的技术措施,一变压器的功率关系： 1变压器中的能量传递过程： 负载率 ：,2变压器的效率： 变压器的效率：输出功率对输入功率之比 即： 结论：效率和负载率及功率因数有关,3变压器的最高效率： 当cos不变时，要使最大，则 最小 令： 则： 可得： 即： 时，取极大值，即变压器效率最高。 一般 0.5-0.6时， 最大。 注意：上述最高效率和最佳负载 率都是瞬时值的概念，而实际上 变压器的负载时时刻刻在变化， 所以考虑变压器的日效率和年效率更有意义。,（1）日效率最高 ： 其中： F为损失因数 令： 为变压器日效率最高的计算最佳负载率,（2）年效率最高 ： 为变压器的最大负荷损耗小时数 可由变压器的最大负荷利用小时 数和负荷的功率因数查表可得。 (1)对常年持续生产且日负荷变化不大的三班制企业： 节能。 (2)对一班制企业： 较节能。 (3)对负荷变化较大的单班制企业： 节能。,二变压器的合理选择： 1变压器型式、数量的选择： （1）变电所与系统相连的主变压器一般装两台。 （2）一般采用三相变压器，容量应根据510年负荷发展选，一台断开时，应保证60的全部负荷或、级负荷生产用电。 （3）110以上中性点直接接地系统中，一般采用自耦变压器。 （4）三种电压上，每中电压绕组通过功率达到额定功率的15时，采用自耦变压器或三绕组变压器。,2变压器容量选择： （1）按最佳负载率选择变压器的容量： （2）按计算最佳负载率选择变压器的容量： t变压器全年投运小时数。 变压器年最大负荷损耗小时数。,2变压器容量选择： （3）按负荷能力选择变压器的容量： 1变压器允许过负荷倍数，可查。（由用户负荷曲线确定） 建议： （1）三班制连续生产：方法（1）。 （2）两班制生产：方法（2），或按比使用负荷高一级和二级左右。 （3）一班制生产：方法（3），或可按使用负荷选择。,三变压器的并联运行： 1并联运行的条件： （1）额定电压比要相等。 （2）接线组别要相同。 （3）阻抗电压百分比要接近相等。 （4）三相的相序要相同。 （5）并联运行的变压器之间的容量比不宜大于3:1。,2.多台同容量变压器的经济运行：,（1）当 时： （2）当 时： 分析：（1）当 时，n1台运行。 （2）当 时，n台运行。 （3）当 时， n1台运行。,3多台不同容量变压器的经济运行： 假设有任意两种组合方式i和j之间，按损耗最小的原则，则：,例：两台变压器分别： 1 2 试确定该用户变压器的经济运行台数。 分析：三种运行方式1，2，3。 所以： 时，1变压器单独运行。 时，2变压器单独运行。 时，1、2变压器同时运行。,四变压器的节电方法： 1切除轻载变压器。 2更换过载变压器。（当负载率经常小于30时，需更换变压器） 3选用节能型变压器： S9 ， S11。 4变压器低压侧加装并联电容器。 5采用变容量变压器。,§37 电动机的节约用电,在工矿企业的诸多用电设备中，如变压器、电动机、电炉、整流设备等电动机所占比重最大，它将电能转换为机械能做功，据资料统计，企业中这种将电能转化为机械能所消耗的电能约占整个用电负荷的60以上。电动机效率提高1，相当于节约原煤200万吨。,一电动机损耗分析：,总损耗： 其中： 称为固定损耗。 称为负载损耗。 称为附加损耗。,2减少各种损耗的措施： （1）降低铜损： 增大导线截面（鼠笼异步电动机） 利用导电率高的铜材 缩短绕组端部长度 （2）降低铁损： 采用冷轧硅钢片 利用较薄硅钢片 增加铁芯长度（即降低磁通密度） （3）降低机械损耗： 采用优质、低摩擦轴 采用高效风扇及通风合理设计 （4）减少杂散损耗：注意转子槽形设计,3电能质量对电动机损耗的影响： （1）电压波动对各种损耗的影响： A.运行电压降低时，电动机的铁耗按电压平方减少 ； B.在负载率一定时，运行电压下降，电动机转矩下降，转差率变大，定子、转子的铜耗将增加 ； C.因此一台电动机在恒负载运行时电压下降将使总损耗增加。只有在负载率较低（75）的情况下，当电压下降时电动机的总损耗才能下降，效率才能提高。 （2）频率对各种损耗的影响：频率下降时总损耗增加，效率下降；当频率上升时，总损耗下降，效率略有上升。 （3）高次谐波的影响:高次谐波电流进入三相异步电动机后，将产生频率较高的旋转磁场，使杂散损耗剧增，使齿、槽楔局部过热，甚至烧坏电动机。,二电动机的特性曲线及其分析： 1电动机的效率曲线：,分析：,2电动机功率因数曲线： （1）空载时：定子Im主要是无功分量，cos很小，一般小于0.2 （2）随着，定子电流有功分量增加cos 当1时，cos最大。 （3）当1时，转速降低Scos1 （4）容量越大，cos越高。鼠笼式cos1比绕线式cos1高。,三三相异步电动机的选择： 1合理选择电动机的类型： （1）鼠笼转子电动机： 优点：功率因数和效率高，价格便宜。 缺点：不能通过转子回路调速，较大的起动转矩不能满足。 （2）绕线式： 优点：起动、制动和调速性能好。 缺点：效率和功率因数较低，价格较贵。 一般用于起重机、球磨机等。 规定： 生产机械对起动、制动及调速无特殊要求时，采用鼠笼型电动机。 容量在200355kW之间宜采用高压异步电动机。容量在355kW以上，必须采用高压异步电动机。 对于年运行时间大于3000h，负载率大于50的场合，应选用高效率三相异步电动机YX系列。,2合理选择电动机的额定容量： （1）长时间连续负荷： （2）长时间变动负载时： （3）短时负载时：专用电动机容量15，30，60，90min四种类型。 （4）重复短时负载：,四电动机的节电： 1降低电动机电源电压：（轻负载可行）40 2利用三角形星形转换电能： 0.3时，宜采用Y。 0.5时，改Y不经济（Q但P） 0.4时，可考虑。 注意：由于转矩下降了1/3，故Y接线时不能带动较大负荷。 3使用节能型电动机（Y系列及YX系列）,电动机检修、技术改造和运行管理节电,检修和技术改造 -降低铜损 -降低铁损 -降低杂散损耗和机械损耗 -采用先进检修工艺 -采用电动机高科技节电技术 加强运行管理,