淺談電氣節能優化設計措施

黃文東　周　勤

中國成達工程有限公司　成都　610041

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淺談電氣節能優化設計措施

黃文東*周勤

中國成達工程有限公司成都610041

摘要本文從電氣設計，設備選型和運行管理三方面，基于電氣節能理論結合作者在化工裝置電氣設計和熱電廠電氣設計中的實踐體會，提出工業裝置電氣節能優化設計的有關具體措施。

關鍵詞電氣節能損耗智能監測監控

國家“十一五”規劃就已提出了節能減排的目標，即2010年在2005年基礎上單位GDP能源消費降低20%，主要污染物下降10%；“十二五”規劃節能目標是單位GDP能源消費降低16%，這些節能目標的提出和實現具有非常重要的意義?！笆濉逼陂g能源供需矛盾將有所緩解，但我國能源安全問題依然突出，實現節能減排目標仍然面臨挑戰。2008年4月1日實施的修改后的《節能法》明確將節約資源作為我國的一項基本國策。用能大戶工廠和建筑節能是中國節能減排的一個重點領域，作為二次能源的電能，如何降低損耗、高效利用，將電氣節能技術合理應用到工程項目當中，也就成為電氣設計的關鍵點。

1電氣設計中的節能措施

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選用電導率較小材質的導線

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

1.1.2減小導線長度

(1)一般工廠配電線路都較為復雜，因此在設計中，電纜通道盡可能走直線，少走彎路，以減小導線長度，同時還應不走或少走回頭線，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，低壓配電室應靠近豎井，而且應避免由低壓配電室提供給每個豎井的干線和支線間，產生支線沿著干線倒送的現象，亦即低壓配電室與豎井位置的布局上應使線路都分向前送，盡可能減少回頭輸送電能的支線。

(4)在建筑配電設計中，如果單層建筑面積在10000m2及以上時，至少應設兩個變配電所，以減小配電干線的長度。

1.1.3優選導線截面

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

1.2設置補償電容器

設置補償電容器，提高功率因數至0.9以上，減少配電線路和變壓器的損耗，達到節能目的。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成反比，提高系統功率因數可以減少線路損耗。

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，而與負荷大小無關，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。

可見提高系統功率因數亦可以減少變壓器損耗。

電網終端設備大多數負載是感性的，由于感抗產生的是滯后的無功，可用電容器補償，而電容器產生的是超前無功，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。無功補償電容器裝置設計原則應分以下幾點：

(1)高、低壓電容器補償相結合，即變壓器和高壓用電設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集中補償。

(3)固定與自動補償相結合，即最小運行方式下的無功功率采用固定補償，經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，避免出現負荷不平衡現象。不平衡現象使電氣設備超負荷運行，應予避免，以減少運行損耗(造成不必要的線路損耗)。

1.4照明設計

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

2電氣設備選型的節能措施

2.1變壓器選擇

變壓器選擇應遵循低損耗、節能原則，同時合理選擇變壓器的容量和臺數，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濟效益，由于選用比實際需要大一倍的變壓器，其增加的設備購置費、安裝費等遠大于節電所省下的電費，所以在設計中，應綜合分析比較，優化設計，單臺變壓器容量選擇時通常從綜合經濟效益的角度，變壓器的負載率應選在75%～85%為宜。

(2)當設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。

(3)應多選用新系列節能型變壓器，因其具有損耗低、質量輕、效率高、抗沖擊和節能顯著等優點，在近年得到了廣泛的應用。所以，設計應首先選低損耗的節能變壓器。如SL7、SLZ7、S9或SC9等節能型變壓器，它們都是選用高導磁的優質冷軋晶粒取向硅鋼片和先進工藝制造的新系列節能變壓器。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°全斜接縫結構，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系列節能變壓器等具有更好的節能特性，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約電能：

△W=8760×1.05 =9198kWh

由以上可知新型節能變壓器因其低損耗、高效率，其發展潛力是巨大的，但是目前由于一些技術瓶頸及較高的價格，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主要用電設備節能措施

對機組和水泵配置節能型、高效率電動機，合理采用變頻控制設備。變頻調速可以從四個方面節約電能：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 節省設計冗余。一般設計都按照使用時的極端條件，而都有設計冗余，有的容量很大，形成大馬拉小車，變頻調速可以把這部分冗余節省下來；③ 采用變頻調速。按流體力學原理，軸功率正比轉速，轉速下降，軸功率變小，這是變頻調速的主要節電原理；④ 提高功率因數。一般采用變頻器的系統功率因數在0.95以上，節省無功，減輕了變壓器的負擔。

2.3選用照明節能控制設備

采用智能照明控制系統，自動管理，通過紅外感應裝置檢測，無人區域自動關燈。根據環境自然光強變化，自動調節和控制照度等。

2.4減少設備空載運行

對自動扶梯和自動人行道采用光電感應控制，避免長時間空載運行，以節省電能。

3運行管理中的電氣節能措施

(1)建立各級電氣節能體系和技術文件，設立節能監督崗位，明確能效管理負責人制度，加強對能源利用的監督和檢查。

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

(3)限制配電系統電子設備產生諧波電流分量，以便提高系統電能質量，降低能耗，保證系統的正常安全運行。

(4)針對中央空調等季節性用電設備，設置監控管理系統，除實現受控機組和設備的啟?？刂婆c必要的連鎖操作、實時監測和存儲設備的運行狀態、采集系統的主要參數以外，還能夠按預定的控制程序對系統的被控參數進行自動調節，實現機組的臺數控制和優化運行，采用綜合措施實現節能。

4結語

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

參考文獻

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9GB 50052-2009,供配電系統設計規范[S].

(收稿日期2016-01-04)

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

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