企業供配電系統節電措施

常建輝，靳 華

（獨山子天利實業總公司，新疆 克拉瑪依 833600）

一、前言

企業做好節電降耗工作意義重大，只有電力得到了有效利用和效率轉換，才能節約電能。這就需要強化供配電管理，力求輸入輸出能耗降到最小，充分發揮發、供、配電系統能力，提高能源開發、轉換、利用效率，調動各種積極性，使節電工作落到實處、取得實效。

二、電力無功補償意義重大

1.現實情況

目前許多企業供電系統的無功功率補償，主要采取在總變壓站進行高壓集中補償方式。在各分廠變電站和用戶端，輕視無功補償，功率因數普遍較低。

2.電力無功的產生

一般工廠主要用電設備是變壓器和交流異步電動機等，這些設備均是根據電磁感應原理工作的，需建立交變磁場才能進行能量的轉換和傳遞，而同時這些設備還需要電網供給電感性的磁化電流。為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率稱為無功功率。在功率三角形中，有功功率P與視在功率S的比值，稱為功率因數cosφ，其計算公式為：cosφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2。在電力網的運行中，功率因數反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，因此，功率因數越大越好。這樣電路中的無功功率應降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。無功電流通過輸配電設備時將增加電能消耗和電壓降。可見設法平衡無功功率消耗，就可以使視在功率S趨于有功功率P，提高電利用率。

3. 電力無功補償的潛力

企業分廠級變電站和用戶端實際功率因數較低，會使大量無功環流在企業內部循環，這將使變壓器和供電線路電流增大，有功損耗增加、末端供電質量下降。當導致電壓嚴重降低波形畸變時，會造成電器設備誤動作及設備損壞。電壓降低還會使電動機轉矩顯著下降。大量感性負載還會造成電網供電能力下降。工廠中電力無功主要耗用設備是電動機和變壓器。其中異步電動機消耗的無功總耗一般占全廠無功總耗的60%以上，變壓器則占20%以上，據統計，當功率因數cosφ由0.7提高到0.9后，電能總消耗將由8%降低到5%，即可以節約總電量的3%。分廠、車間級變電站實際功率因數較低，還會使變壓器的供電能力下降。 如：1臺變壓器的額定容量Se為2 000kVA，當功率因數cosφ為0.6時，變壓器的供電能力Pe=Se×cosφ=下。當導×0.6=1 200kVA；當采取補償措施使cosφ為0.9時，變壓器的供電能力Pe可提高到1 800kVA。同理，當用電功率一定時，cosφ提高可使選用變壓器的額定容量減小；電動機運行功率因數由0.7補償到功率因數為0.9時，需電網提高的供用電能力也將減小達20%。

4. 企業提高功率因數的途徑

(1)利用移相電容器產生超前電網電壓90°容性電流特性，與電動機、變壓器產生滯后電網電壓90°感性電流相抵消(補償)作用，在用戶線路上分別適當并聯移相電容器，可使前端電網上的無功電流大大降低。即原則上無功消耗應從源頭補償，移相電容器作為一種補償設備，宜安裝在靠近用電設備的分廠、車間變電所低壓母線側。對于容量較大、運行穩定的異步電動機應采用就地安裝無功補償裝置方法。而各總變電站宜適量補充高壓集中補償裝置，用以調整供電入口處的功率因數達到電力部門規定要求。

(2)為適應工廠生產過程中負荷的變化，分廠、車間變電所低壓母線側安裝的移相電容器，應分成若干組并采用自動控制投切方式，以保證全廠的功率因數在各種工作狀況下都能保持較高數值。

(3)根據生產使用要求選擇和調整最適宜的設備和最合理的容量，使變壓器和電動機在經濟狀態下運行，避免大馬拉小車和設備長期空載運行，提高用電設備的自然功率因數。這樣可相應減少無功補償設備容量投入，降低無功補償設備投資。

(4)利用同步電動機在一定條件下許可向電網輸出無功，起到無功補償作用特點，對不要求調速的較大型機械在作經濟比較后，優先采用同步電動機。

(5)無功補償容量的合理選擇。

當無功補償容量達到完全補償時，此時cosφ=1，節電效果最大。但此時易發生過補償，反而會使節電效果降低。通過計算可以得到，當所選無功補償容量為完全補償容量的70%時，節電效果仍可達到最大節電效果的91%，此時cosφ≈0.95。這樣即可減少30%無功補償容量的投資，又能達到較好的節電效果。所以功率因數值選擇0.9～0.95最適宜。

(6)無功補償裝置產生的作用與效益。

供配電網絡電感性負載的無功補償，原則上從源頭來解決，是科學和高效的方法，在發達國已經被普遍接受。但我國還不能有效應用，主要原因是利益區分模糊所至。為了解無功補償裝置的投資回收期長短，引入無功經濟當量概念：在電力網上的某一點采用無功補償裝置來提高功率因數，可使有功功率損耗減少，其節電效果的大小，用無功經濟當量K來衡量。即：K=DP/DQ(kW/kvar)，經過計算投入無功補償裝置的位置不同，其無功經濟當量K值不同。工廠企業變電所到用電設備無功經濟當量K值通常在0.02～0.15kW/kvar。由發電廠220kV或110kV直接供電的企業變電所K=0.02～0.04；經過二級變電供電的企業變電所K=0.05～0.07；經過三級變電供電的企業變電所K=0.08～0.1；用電設備端的K值在0.1～0.15kW/kvar之間。所以補償越接近用電端節電效果越顯著。 例如：制品廠2#變壓器安裝就地補償裝置，經電平衡測試計算得到數據如表1所示。

表1

補償后效益十分可觀，可從以下幾點進行分析。

補償后電流下降100A、電壓升高10V、無功功率減少132kvar 、功率因數提高到了0.95、電機出力增加8kW、根據無功經濟當量來計算節電，取無功經濟當量K值為0.1。該變壓器年運行8 760h，年節電量為132×0.1×降00A=115 632kW·h。如果按工業電費0.36元/kW·h計算，年節電費用節電用41元。

由于電流下降，功率因數提高，可以提高變壓器帶負荷能力。

由于電流下降，還可延緩用電設備的使用壽命，節約維修費用。

(7)企業提高功率因數的意義。

從當前現實來看，一方面電力供應不足，另一方面發電廠的電力又未能充分利用，提高企業功率因數可以做到從源頭減少無功消耗，使功率因數達到國家規定的數值，工廠在消耗同容量有功功率P值時，使所需要的視在功率S顯著下降，充分發揮現有的供電設備能力。其次可減少電能在輸送和利用過程中的損耗，提高企業的供電質量，有利于提高生產效率；同時為企業帶來顯著節電效益，減少企業的兩部電費支出。

三、變壓器經濟運行節電技術

1. 變壓器經濟運行概述

變壓器經濟運行是通過優化理論、定量化計算與變壓器實際運行工作狀況相結合的一項應用技術。通過檢測、計算擇優選取變壓器最佳運行方式、運行最佳組合以及負載調整的優化、改善變壓器運行條件等技術措施，達到充分發揮變壓器效能，最大限度地降低變壓器的電能損耗和提高電源側的功率因數。該項技術很少投資，是向智能挖潛、向管理挖潛、實施內涵節電的綜合技術。廣義上講企業從受電到用電需要2～5次變壓過程，電能損耗占總用電量3%～8%左右。企業應對在線變壓器運行情況進行診治，實施變壓器經濟運行節電技術，降低電能損耗。尤其在改擴建、設備檢修時，更應列入該項技術同步進行。

2. 變壓器經濟運行節電技術基本內容

(1)有備用變壓器的變電所，選擇技術特性好的變壓器運行。技術特性差的變壓器備用。

(2)并列運行的變壓器應優選最佳組合經濟運行。

(3)按變電所負載變化規律，選擇變壓器運行臺數經濟運行。

(4)負載波動大常年運行的變壓器，可增設小容量的變壓器作為調節；或配置兩臺不等容量的變壓器分列運行。

(5)相鄰分列運行的變壓器輕載時，可選擇共用的運行方式。

(6)設計選配、淘汰更新時，要確定變壓器經濟運行方式和經濟運行區。

(7)調整負載，避峰填谷，實現變壓器經濟運行。

(8)改善外部條件實現變壓器經濟運行，包括提高變壓器負載側功率因數；降低運行溫度、避免變壓器超負荷運行。

(9)調整變電所之間的變壓器，改善特性達到經濟運行。

(10)調整變電所之間的負載，合理再分配達到經濟運行。

(11)對需多級降壓的變配電所，優先選擇大變比的變壓器或三線圈變壓器。

3. 變壓器經濟運行節電管理基本內容

變壓器經濟運行是通過充分發揮變壓器效能、擇優選取變壓器最佳運行區、運行最佳組合以及負載調整的優化，達到最大限度地降低變壓器自身的電能損耗，是一項內涵節電的綜合技術，主要是向管理挖潛，通過加強科學技術管理，實施變壓器經濟運行節電。企業供、配電系統是一個綜合網絡工程，各級變配電所多、變壓器數量多、容量大、系統運行復雜。實施變壓器經濟運行節電技術，應由技術權威部門牽頭，充實人力物力，組織分廠、車間齊抓并管，完善以下考核管理辦法。

(1)明確管理機構，建立考核制度。

(2)確定全面開展變壓器經濟運行的方案。

(3)對在線變壓器運行情況進行檢測計算，建立檔案。

(4)由系統受電的變壓器的電源側，均應裝設有功電度表、無功電度表、功率因數表等測量儀表。

(5)組織對變壓器進行經濟運行調整。

(6)各變電所要標明變壓器經濟運行方式和運行區域圖表。

(7)各變電所要建立變壓器經濟運行技術檔案和運行紀錄。

(8)各運行單位每半年進行一次經濟運行分析，并將結果存檔。

(9)當用電量發生大的變化、變壓器臺數、容量發生變化時，應重新校驗變壓器經濟運行數據。

(10)各變電所要每月計算變壓器經濟運行節電效益。

(11)考核全年經濟運行時間不得少于全部運行時間的80%。

四、其他管理

第一，應避免設備空載運行，以節約電能和減少設備磨損。

第二，應選擇匹配的電機，避免大馬拉小車現象，同時減少大量的電能損耗。

第三，加強照明管理，避免常明燈現象，以節省電能。