黃文東　周　勤

中國成達工程有限公司　成都　610041

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淺談電氣節(jié)能優(yōu)化設(shè)計措施

黃文東*周勤

中國成達工程有限公司成都610041

摘要本文從電氣設(shè)計，設(shè)備選型和運行管理三方面，基于電氣節(jié)能理論結(jié)合作者在化工裝置電氣設(shè)計和熱電廠電氣設(shè)計中的實踐體會，提出工業(yè)裝置電氣節(jié)能優(yōu)化設(shè)計的有關(guān)具體措施。

關(guān)鍵詞電氣節(jié)能損耗智能監(jiān)測監(jiān)控

國家“十一五”規(guī)劃就已提出了節(jié)能減排的目標(biāo)，即2010年在2005年基礎(chǔ)上單位GDP能源消費降低20%，主要污染物下降10%；“十二五”規(guī)劃節(jié)能目標(biāo)是單位GDP能源消費降低16%，這些節(jié)能目標(biāo)的提出和實現(xiàn)具有非常重要的意義。“十三五”期間能源供需矛盾將有所緩解，但我國能源安全問題依然突出，實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)仍然面臨挑戰(zhàn)。2008年4月1日實施的修改后的《節(jié)能法》明確將節(jié)約資源作為我國的一項基本國策。用能大戶工廠和建筑節(jié)能是中國節(jié)能減排的一個重點領(lǐng)域，作為二次能源的電能，如何降低損耗、高效利用，將電氣節(jié)能技術(shù)合理應(yīng)用到工程項目當(dāng)中，也就成為電氣設(shè)計的關(guān)鍵點。

1電氣設(shè)計中的節(jié)能措施

1.1減少配電線路損耗

由于線路上存在電阻，有電流流過時就會產(chǎn)生有功功率損耗，該線路損耗與電阻成正比、截面S成反比、長度L成正比。因此可以多方面入手減少線路的損耗。

1.1.1選用電導(dǎo)率較小材質(zhì)的導(dǎo)線

銅芯最佳，但又要貫徹節(jié)約用銅的原則。因此在負荷較大的一類、二類建筑中宜采用銅芯導(dǎo)線，在三類或負荷量較小的建筑采用鋁芯導(dǎo)線為宜。

1.1.2減小導(dǎo)線長度

(1)一般工廠配電線路都較為復(fù)雜，因此在設(shè)計中，電纜通道盡可能走直線，少走彎路，以減小導(dǎo)線長度，同時還應(yīng)不走或少走回頭線，減少來回線路上的電能損失。

(2)總變電所(主要指工廠與建筑設(shè)計中常見的35kV至110kV總變電所)位置盡可能靠近負荷中心，以減少供電距離。

(3)在高層建筑中，低壓配電室應(yīng)靠近豎井，而且應(yīng)避免由低壓配電室提供給每個豎井的干線和支線間，產(chǎn)生支線沿著干線倒送的現(xiàn)象，亦即低壓配電室與豎井位置的布局上應(yīng)使線路都分向前送，盡可能減少回頭輸送電能的支線。

(4)在建筑配電設(shè)計中，如果單層建筑面積在10000m2及以上時，至少應(yīng)設(shè)兩個變配電所，以減小配電干線的長度。

1.1.3優(yōu)選導(dǎo)線截面

對于比較長的線路，除滿足載流量、熱穩(wěn)定、保護的配合及電壓損失所選定的截面外，還應(yīng)合理選取經(jīng)濟電流密度。例如適當(dāng)加大一級導(dǎo)線截面，所增加的費用為M，若回收年限為幾個月或一兩年，則應(yīng)加大一級導(dǎo)線截面。一般而言，導(dǎo)線截面小于70mm2，線路長度超過100m的增加一級導(dǎo)線截面比較容易實現(xiàn)上述條件。

1.2設(shè)置補償電容器

設(shè)置補償電容器，提高功率因數(shù)至0.9以上，減少配電線路和變壓器的損耗，達到節(jié)能目的。線路損耗公式表示：

式中，U為線電壓，V；P為有功功率，kW；cosφ為功率因素。

由該式可看出線路上的損耗是與功率因數(shù)成反比，提高系統(tǒng)功率因數(shù)可以減少線路損耗。

同樣變壓器有功損耗計算式：

式中，P0為變壓器的空載損耗，它由鐵心的渦流損耗及漏磁損耗組成，其值與硅鋼片的性能及鐵心制造工藝有關(guān)，而與負荷大小無關(guān)，是基本不變的部分；Pk為變壓器的短路損耗，它取決于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小。因此，應(yīng)選用阻值較小的銅芯繞組變壓器；β為變壓器的負載率；P2為變壓器的輸出功率；Sn為額定容量；cosφ為功率因素。

可見提高系統(tǒng)功率因數(shù)亦可以減少變壓器損耗。

電網(wǎng)終端設(shè)備大多數(shù)負載是感性的，由于感抗產(chǎn)生的是滯后的無功，可用電容器補償，而電容器產(chǎn)生的是超前無功，兩者可以相互抵消，因此無功補償可以減小無功的需求量，提高功率因數(shù)。無功補償電容器裝置設(shè)計原則應(yīng)分以下幾點：

(1)高、低壓電容器補償相結(jié)合，即變壓器和高壓用電設(shè)備的無功功率由高壓電容器來補償，其余的無功功率則需按經(jīng)濟合理的原則對高低壓電容器進行分配。

(2)分散與集中補償相結(jié)合，對距變配電所較遠且無功功率較大的宜采用就地補償，對用電設(shè)備集中的地方宜采用成組補償，其他的無功功率則在變配電所內(nèi)集中補償。

(3)固定與自動補償相結(jié)合，即最小運行方式下的無功功率采用固定補償，經(jīng)常變動的負荷采用自動補償。

1.3合理分配三相負荷

合理分配三相負荷，避免出現(xiàn)負荷不平衡現(xiàn)象。不平衡現(xiàn)象使電氣設(shè)備超負荷運行，應(yīng)予避免，以減少運行損耗(造成不必要的線路損耗)。

1.4照明設(shè)計

照明以清潔、明快為原則進行設(shè)計，同時考慮節(jié)能因素，室內(nèi)外照明應(yīng)選用發(fā)光效率高、顯色性好、使用壽命長、色溫相宜、符合環(huán)保要求的光源。室外照明裝置應(yīng)限制對周圍環(huán)境產(chǎn)生的光干擾。熒光燈應(yīng)采取分散電容器補償、或電子整流器。通道、廁所等場所采用節(jié)能型燈具，并選用聲光控開關(guān)。

2電氣設(shè)備選型的節(jié)能措施

2.1變壓器選擇

變壓器選擇應(yīng)遵循低損耗、節(jié)能原則，同時合理選擇變壓器的容量和臺數(shù)，提高變壓器的運行效率。

(1)單臺變壓器容量選擇，由變壓器有功損耗計算式可以看出，單臺變壓器的銅損為β2Pk，與負載率β的平方成正比，對β2Pk用微分求極值，在β=50%時變壓器的能耗最小，因此在以往設(shè)計中變壓器的容量大多按負載率為50%左右選取，但其沒有考慮實際的綜合經(jīng)濟效益，由于選用比實際需要大一倍的變壓器，其增加的設(shè)備購置費、安裝費等遠大于節(jié)電所省下的電費，所以在設(shè)計中，應(yīng)綜合分析比較，優(yōu)化設(shè)計，單臺變壓器容量選擇時通常從綜合經(jīng)濟效益的角度，變壓器的負載率應(yīng)選在75%～85%為宜。

(2)當(dāng)設(shè)計需要選用多臺變壓器時，為減小變壓器損耗，在合理分配負荷的情況下，盡可能選用大容量的變壓器，減少變壓器的臺數(shù)。

(3)應(yīng)多選用新系列節(jié)能型變壓器，因其具有損耗低、質(zhì)量輕、效率高、抗沖擊和節(jié)能顯著等優(yōu)點，在近年得到了廣泛的應(yīng)用。所以，設(shè)計應(yīng)首先選低損耗的節(jié)能變壓器。如SL7、SLZ7、S9或SC9等節(jié)能型變壓器，它們都是選用高導(dǎo)磁的優(yōu)質(zhì)冷軋晶粒取向硅鋼片和先進工藝制造的新系列節(jié)能變壓器。由于“取向”處理，使硅鋼片的磁場方向接近一致，以減少鐵心的渦流損耗；45°全斜接縫結(jié)構(gòu)，使接縫密合性好，可減少漏磁損耗。

另一種新型非晶合金變壓器較S9系列節(jié)能變壓器等具有更好的節(jié)能特性，以一臺800kVA容量變壓器為例，非晶合金變壓器的鐵芯損耗可比S9系列小1.05kW，兩種變壓器負載損耗一樣，按一年計算，非晶合金變壓器多節(jié)約電能：

△W=8760×1.05 =9198kWh

由以上可知新型節(jié)能變壓器因其低損耗、高效率，其發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?，但是目前由于一些技術(shù)瓶頸及較高的價格，使用相對較少，因此需要國家從政策上給予激勵和支持。

2.2主要用電設(shè)備節(jié)能措施

對機組和水泵配置節(jié)能型、高效率電動機，合理采用變頻控制設(shè)備。變頻調(diào)速可以從四個方面節(jié)約電能：① 采用軟啟動。一般交流電機的啟動電流為電機額定電流的5～7倍，變頻器具有軟啟動功能，啟動電流不超過電機的額定電流；② 節(jié)省設(shè)計冗余。一般設(shè)計都按照使用時的極端條件，而都有設(shè)計冗余，有的容量很大，形成大馬拉小車，變頻調(diào)速可以把這部分冗余節(jié)省下來；③ 采用變頻調(diào)速。按流體力學(xué)原理，軸功率正比轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速下降，軸功率變小，這是變頻調(diào)速的主要節(jié)電原理；④ 提高功率因數(shù)。一般采用變頻器的系統(tǒng)功率因數(shù)在0.95以上，節(jié)省無功，減輕了變壓器的負擔(dān)。

2.3選用照明節(jié)能控制設(shè)備

采用智能照明控制系統(tǒng)，自動管理，通過紅外感應(yīng)裝置檢測，無人區(qū)域自動關(guān)燈。根據(jù)環(huán)境自然光強變化，自動調(diào)節(jié)和控制照度等。

2.4減少設(shè)備空載運行

對自動扶梯和自動人行道采用光電感應(yīng)控制，避免長時間空載運行，以節(jié)省電能。

3運行管理中的電氣節(jié)能措施

(1)建立各級電氣節(jié)能體系和技術(shù)文件，設(shè)立節(jié)能監(jiān)督崗位，明確能效管理負責(zé)人制度，加強對能源利用的監(jiān)督和檢查。

(2)選用先進的微機自動化控制系統(tǒng)，及時采集各種運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對電耗的宏觀監(jiān)控及微觀測量分析，實施有效的運行維護和能源管理。

(3)限制配電系統(tǒng)電子設(shè)備產(chǎn)生諧波電流分量，以便提高系統(tǒng)電能質(zhì)量，降低能耗，保證系統(tǒng)的正常安全運行。

(4)針對中央空調(diào)等季節(jié)性用電設(shè)備，設(shè)置監(jiān)控管理系統(tǒng)，除實現(xiàn)受控機組和設(shè)備的啟?？刂婆c必要的連鎖操作、實時監(jiān)測和存儲設(shè)備的運行狀態(tài)、采集系統(tǒng)的主要參數(shù)以外，還能夠按預(yù)定的控制程序?qū)ο到y(tǒng)的被控參數(shù)進行自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)機組的臺數(shù)控制和優(yōu)化運行，采用綜合措施實現(xiàn)節(jié)能。

4結(jié)語

從電氣設(shè)計，設(shè)備選型和運行管理三方面采取相關(guān)節(jié)能措施，將對化工裝置和熱電廠等工業(yè)裝置帶來可觀的電氣節(jié)能效果。電氣節(jié)能潛力巨大，只要大家都行動起來，就能在電氣節(jié)能的道路上取得更大的成果，為提高社會效益和經(jīng)濟效益。

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(收稿日期2016-01-04)

*黃文東:工程師。2007年畢業(yè)于四川大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)。主要從事化工廠電氣設(shè)計和熱電廠電氣設(shè)計工作。

聯(lián)系電話：(028)65537171，E-mail:huangwendong@chengda.com。