工廠配電系統電氣節能改進技術

莫鎮

【摘要】本文就工廠配電系統電氣節能改造技術進行了探討，結合了具體的實例，詳細概述了石化企業工廠中配電系統存在的問題，并提出了一系列相應的改進措施和管理措施，以期能為合理解決配電系統電氣節能問題而提供參考借鑒。

【關鍵詞】配電系統；節能改進；措施

1.前言

在一般的企業工廠中，相關的配電系統設計是工作之中的重要內容，一方面其對于生產的需求有著直接的影響，另外一個方面對于供配電系統的安全性、可靠性、合理性以及經濟性等，都有著重要的意義。隨著如今我國倡導環保社會的建設，對于配電系統的節能改進得到了企業工廠的重視。基于此，本文就工廠配電系統電氣節能改造技術進行了探討，以期能為合理解決配電系統電氣節能問題而提供參考借鑒。

2.工廠配電系統中存在的問題

本文以石化企業為例子分析該企業配電系統節能技術改進措施。很多石化企業整體技術水平較低，配電系統設備老舊，采用的是較低的功率因素，導致嚴重的諧波污染，在這樣的情況下，若不采取節能對策，則會導致大容量的耗電率。從管理角度分析，由于石化企業管理不到位，在配電網電能方面，缺乏先進的管理觀點和管理模式，未能充分利用電能，電量耗損較大。

①設備老舊：配電網分配電能和輸送電能均是通過變壓器進行，一般來說，容量較大，且數量較多，耗電量較大。

②無功補償容量較低：電動機是配電網的重要組成部分，屬于終端耗電設備，在石油企業中，電動機越多，功率較低，很多企業的功率因素甚至小于0.85，當配電變壓器小于6KV時，無功功率較大。

③缺乏節能和監控系統：很多企業并未建立集成化節能系統和監控系統，對設備監控力度較低，用電設備與配電設備節能處理不夠，功能重復現象較嚴重，缺乏信息共享平臺。

3.配電電氣節能技術的改進

3.1減少線路電損

大部分企業選擇交聯聚乙烯三芯圓形電纜作為搭建配網的內部線路，但導體周圍無空氣，截面形狀與電纜不一致，采用鋼鎧包裹導體外部，導致電纜線路阻抗混亂，難以計算，只能以廠家提供的檢測參數為準。但經過實際測量得出，電纜電阻R與截面積S之間呈反比關系，與線路長L之間呈正比關系，因此，可在電纜敷設過程中，盡量敷設路徑較短的線路，保持輸送負荷相同，采用的電纜截面應高于中等規范，從而減少線路壓降和電阻耗損。但這種改造方法需要資金耗費巨大，在進行線路改造前，并對各種改善技術進行對比，選擇經濟的改造技術，減少改造費用。

3.2減少變壓器損耗量

（1）選擇合適的變壓器：為了降低變壓器的損耗量，減少電網運行費用，應選擇合適的變壓器，避免變壓器容量過大。當雙繞組變壓器的負載系數β發生變化時，綜合功率損耗率ΔPZ%也會隨之出現非線性變化，見圖1。從圖1中可知，綜合功率經濟負載系數βJZ為負載系數對應的綜合功率損耗率ΔPZ%的最低點，采用公式可表達為：

從公式中可以看出，kW；KT、ktPKZ、POZ分別為負載波動損耗系數、綜合功率額定負載功率損耗及綜合功率空載損耗。

定義變壓器經濟運行狀態應為負載運行75%時，0.75為上限負載系數，1.33βJZ2為經濟運行區下限負載系數，兩者上限綜合功率損耗量一致，由此可知，1.33βJZ2≤β≤0.75為最經經濟運行區。

選擇合適的變壓器，應考慮其安全性，應以安全運行為前提，選擇變壓器容量。在石油企業配電系統中，一級負荷與二級負荷最為常見，根據電網組建標準，變電變壓器不可少于2臺，當變壓器出現突然斷開現象時，另一臺容量必須達到一級與二級負荷所要求的電量。化工企業電動機在正常運行的情況下屬于分段運行，需配置備用電動機。綜上所述，變壓器負載率應控制在30%～45%內，在確保安全的情況下，盡量降低電損耗。

（2）采用節能型變壓器：很多企業配電系統采用相同的變壓器，如S9變壓器、S7變壓器等，S11電壓器相對S7變壓器來說，空載損耗與負載損耗較低，減少了30%～40%。相對于S9變壓器來說，負載損耗較低，減少了25%，空載損耗較少，減少了8%。經統計可知，若變壓器的容量與負載率分別為200kV·A、0.35時，每個系列的變壓器一年所損耗的電能各不相同，S7、S9、S11分別為8379kW·h、6995kW·h、5681kW·h，可見，S11變壓器電損耗最小，節能效果較好。相對來說SH15變壓器由于采用非晶體鐵心制成，電損耗量更小，空載損耗量相當于S9變壓器的25%～30%。

3.3選擇合適的變頻調速設備

采用變頻調速設備有利于電動機軟啟動，負載發生變化后，調速較為平滑，改善電動機功率，尤其是輸出功率，從而達到節能目的。一般情況下，電氣設計通常根據極端運行狀態設計，在設計過程中會預留足夠的兀余，導致大馬拉小車情況出現，采用變頻調速設備后，無需預留兀余，初始投入也隨之減少。

3.4改善電能質量

大部分石化企業配備了風機和水泵等，負荷較大，并配備調速設備，因此，諧波污染現象較為嚴重，對電能質量造成了不良影響。諧波污染可導致系統功率降低，增加設備和線路的電能損耗，縮短設備使用期限，影響設備壽命，還有可能引起繼電保護錯誤啟動，導致企業遭受嚴重的經濟損失。應重視諧波污染問題，改善電能質量。對于諧波污染，可利用兩個改善措施應對，第一，用電設備應與諧波質量要求相符，變頻調速設備必須屬于合格產品；第二，加強配電諧波管理，定期進行諧波檢測，對于諧波污染較為嚴重的節點，應設置有源濾波器或無源濾波器，盡量減少諧波污染，確保電能質量。

3.5采用節能照明設備

照明系統電損耗較大，總用電量中有很大一部分來自于照明設備，以往常采用白熾燈作為照明系統，但由于白熾燈發光率滿意滿足照明要求，逐漸采用高發光率的其他光源作為照明設備。金屬鹵化物等和節能熒光燈是應用范圍較廣的照明設備，可用于車間生產或室內辦公，節能效果明顯。endprint

3.6制定節能對策

當有功負荷相同時，降低負荷功率可導致無功總電流和電流分量提高，總電流上升流過負荷，將加大電能損耗，使電壓降落出現較大波動，造成負荷端電壓過大，超過允許電壓，歲負荷運行造成嚴重影響，甚至可導致運行異常情況[1]。因此，應制定節能措施，確保配電系統的無功補償處于合理范圍，實現節能目標。

由于石化企業配電系統通常采用較短的輸電線路，負荷較為聚集，可采用就地補償和集中補償相結合方法，確保無功補償的合理性。無功功率難以進行距離較遠的輸送，集中補償利用這一特點，對配電系統無功功率出現較大缺額的節點進行功率補償，補充方法包括安裝電容補償柜，主要安裝在變電所低壓或高壓母線側，根據負荷的大小變化，采用多組或一組補償電容器，使功率因素提高，從而減少電網損耗，提高有功功率輸出效果和線路電壓。

以某石化企業為例，根據該企業配電網運行的各項參數及結構，建立PSASP配電網測試平臺，對無功優化進行檢測，該平臺電源網等值無窮大，平衡節點為電源，110/6kV變電站及6kV配電所分別為2個、24個，接線方法見圖2。

在本研究中，采用最小網損的目標函數進行無功優化測試，將并聯電容器安裝在低電壓母線上，采用集中補償方法進行補償，從而避免母線電壓影響。可采用數學公式描述母線約束條件和目標函數f：

從公式中可以看出，可調點有功或i平衡點為Pi，等式約束和不等式約束條件分別為公式3和公式4。

從公式3和公式4中得出，PGi和 QCi分別為節點i有功出力和無功出力，QDi為無功功率，PDi為負荷有功率，電壓幅值為Vi。

在電損耗最為嚴重的情況下，若配電系統并未采取無功補償對策，無配備節能設備，通過統計可算出，大焦化一線及二套焦化一線是配電系統中電壓降幅最大的母線，跌落幅度高達0.659（pu），很多母線跌落至電壓最低限度。可將并聯電容器連接至相應母線上，將母線電壓恢復至正常范圍，大焦化一線母線進行補償后電壓應為1.005（pu）。

3.7建立節點管理系統

絕大部分企業缺乏電器管理和監控系統，難以實現企業用電的宏觀管理，電氣管理水平較低，管理模式較落后。應建立一個底層數據采集系統和監測系統，并進行完善，使系統具備恢復監視、自動診斷、自動報警、故障監控、系統監視、數據處理及數據采集等功能[2]。在企業內建立節點管理系統，可有效提高企業的節電效果，提高配電系統運行的經濟性。

4.加強配電節能管理的對策

加強配電系統節能技術管理，可有效降低電量損耗，應針對節能管理工作中的問題，制定相應的管理對策，完善節電措施，避免出現計量儀表誤差。

4.1提高電能計量管理水平

為了減少電能損耗，應進一步提高電能計量管理水平。應選擇合適的電能表和互感器，確保這些設備與計量要求相符，根據負荷需求配備計量設備，電流比可根據負荷電流進行合理選擇。應集中安裝表箱，以便電能計量和管理，定時檢查表計，若發現表計損壞現象，應予以更換。

4.2避免使用高耗能設備

對于一些改擴建工程或新建工程，應避免采用電能損耗較大的計量裝置、用電設備、配電設備、變電設備等，以免設備老化快。

4.3完善節電管理制度

應對電力損耗原因進行深入分析，并制定對應策略，解決電耗問題。另外，還應完善節電管理制度，將降低損耗工作與員工績效掛鉤，激發員工節能主動性。

5.結束語

節能是節約型社會建設的重要目標，電能是一種珍貴的能源，應實現電能的最大化利用，避免電能損耗，在各企業中積極應用節能技術進行生產。本文通過對石化企業配電節能技術分析，簡要概括了工廠配電系統中的缺陷，并提出了節能改進對策，以此提高工廠電力系統的節能水平。

參考文獻

[1]陽若寧、李建云.某供配電系統改造的節能設計[J].建筑電氣.2009（04）.

[2]劉紅喜.供配電系統電氣節能設計[J].城市建設理論研究.2013（39）.endprint