企業(yè)用電設(shè)備能效評估與節(jié)能淺析

摘 要：提高供用電能效、節(jié)約電能是我國當前所面臨的重要任務。提高設(shè)備生產(chǎn)能力、降低運營成本，是增加企業(yè)競爭力的有效手段之一。本文將從變壓器、電動機兩個方面淺析一下我部用電設(shè)備的能效管理與節(jié)能措施。

關(guān)鍵詞：變壓器；電動機；能效評估與降損節(jié)能

1 引言

隨著經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，人們對能源的需求量越來越大，因此提高能源效率、“節(jié)能優(yōu)先”是實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。

能效，是能源效率的簡稱，是指能源開發(fā)、加工、輸送、轉(zhuǎn)換、利用等各個過程的效率。能源效率是單位能源所帶來的經(jīng)濟效益多少的問題，所謂“提高能效”，是指用更少的能源投入提供同等的能源服務。

節(jié)能是節(jié)約能源的簡稱，是指通過加強用能管理，采用技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理以及環(huán)境和社會可以承受的措施，減少從能源生產(chǎn)到消費各個環(huán)節(jié)中的的損失和浪費，更加有效、合理地利用能源。由此可見提高能效與節(jié)能概念基本上是一致的。

2 提高供用電能效的意義與我部配電現(xiàn)狀

2.1 提高供用電能效的意義

配電網(wǎng)是從能源側(cè)（輸電網(wǎng)和發(fā)電設(shè)施）接受電能，再分配給終端用戶的電力網(wǎng)絡。配電網(wǎng)能效是指電能在傳輸、轉(zhuǎn)換、控制和分配過程中的效率，它包括電能在線路傳輸、變壓器變壓、電動機等終端設(shè)備用電三個重要環(huán)節(jié)的利用效率。配電網(wǎng)能效的高低取決于其線路、變壓器、電動機等耗能元件的能效水平。提高供用電能效、節(jié)約電能是我國當前所面臨的重要任務，也是企業(yè)提高設(shè)備生產(chǎn)能力、降低運營成本、增加企業(yè)競爭力的有效手段之一。

2.2 我部配電現(xiàn)狀

我部電源取自公司二級變電所，現(xiàn)場配置2臺SJL-750/6變壓器、4臺S11-M-1000/6.3變壓器，將電壓等級降至400V后供生產(chǎn)、辦公、生活使用，主要用電設(shè)備為三相異步電動機。本文將從變壓器、電動機兩個方面淺析一下我部用電設(shè)備的能效管理與節(jié)能措施。

3 用電設(shè)備能效管理與節(jié)能措施

3.1 變壓器的能效管理與節(jié)能措施

（1）變壓器的能效參數(shù)

配電變壓器能效是指其空載損耗、負載損耗及短路阻抗等技術(shù)性能參數(shù)在國家配電變壓器能效等級標準中的水平，性能參數(shù)優(yōu)越，能效水平越高。

變壓器的能效參數(shù)表征變壓器供電過程中自身損耗性能和效率，包括空載損耗、負載損耗、空載電流和阻抗電壓等。其中空載損耗和空載電流主要反映鐵芯的特性，由空載試驗取得；阻抗電壓和短路損耗主要反映繞組的特性，是在額定負載條件下動過短路試驗取得。

根據(jù)國家標準化管理委員會發(fā)布的國家標準《三相配電變壓器能效限定值級能效等級》（GB20052-2013），我部SJL-750/6變壓器2臺屬于高能耗變壓器，已列入變壓器、調(diào)壓器淘汰目錄第一批，目前申請更新中，因此就不在對該2臺設(shè)備進行評估；S11屬于普通型變壓器，下面針對S11變壓器進行能效特性與評估。

（2）變壓器的能效特性

1000KVA不同能效等級配電變壓器的能效特性圖如下所示，圖中橫坐標表示配電變壓器的負載系數(shù)，縱坐標表示配電變壓器的損耗率。

（3）變壓器的能效特點與評估

從10（6）KV/1000KVA配電變壓器的能效特性圖可以看出：a、曲線從上到下分別代表著3級、2級、1級非晶和1級四個等級的能效特性變化趨勢，其最小損耗率分別為0.763%（等同于S11系列）、0.65%、0.59%、0.453%。b、整體來看，隨著能效等級提高，能效特性曲線逐級向坐標中心方向擴展，最低損耗率也越來越低地向左下方移動，配電變壓器的最佳能效區(qū)間也向負載系數(shù)小的方向拓展，3級（等同于我部在用的S11系列）在最佳經(jīng)濟運行區(qū)域范圍最小。

對于我部目前正在運行的4臺變壓器，負載系數(shù)在0.45左右，損耗率運行于0.90～1.05之間。所以，這4臺配電變壓器運行于最佳經(jīng)濟運行區(qū)域和經(jīng)濟運行區(qū)域區(qū)間，其運行能效是合格的。

（4）變壓器的節(jié)能措施

變壓器容量選擇不當同樣存在高損耗率的問題，科學合理地選擇配電變壓器的型號和容量是決定其運行高效的關(guān)鍵。下面以節(jié)能型配電變壓器（能效等級2級）的能效特性為例加以分析。

10（6）KV不同容量2級能效配電變壓器的損耗率特性對比圖如下圖所示。圖中橫坐標表示配電變壓器的負載系數(shù)，縱坐標表示配電變壓器的損耗率，圖中曲線從上到下分別是50、100、315、400KVA配電變壓器的特性曲線。

由圖可見，隨著配電變壓器容量的增大，其損耗率越來越低，并且低損耗率區(qū)間越來越寬。由圖可得：a、當預計配電變壓器所帶負載最小視在功率大于20KVA時，選用100KVA的配電變壓器損耗率最低，能效最高。b、當預計配電變壓器所帶負載最小視在功率大于30KVA時，選用200KVA的配電變壓器損耗率最低，能效最高。C、當預計配電變壓器所帶負載最小視在功率大于60KVA時，選用315KVA的配電變壓器損耗率最低，能效最高。D、變壓器最佳損耗率范圍是小于1.3%。

由此可見，準確掌握配電變壓器最小負荷對于合理選擇10（6）KV配電變壓器容量具有重大的節(jié)能意義。

3.2 低圧電動機的能效管理與節(jié)能措施

（1）電動機的能效參數(shù)

電動機的能效參數(shù)包括電動機的效率和功率因數(shù)。

電動機的效率。在實際應用中，電動機的效率有額定效率、運行效率和最高效率之分。額定效率ηN是指電動機在額定情況下運行時的效率，運行效率是指電動機拖動某項負載運行時的工作效率，最高效率是指電動機可能達到的最高運行效率。電動機運行效率的高低直接取決于其負載率的大小，當負載率低于40%時，其效率將迅速下降，當負載率為70%左右時，其運行效率高。因此，人們將異步電動機60～80%的負載率稱為有功經(jīng)濟負載率，企業(yè)設(shè)備運行應選擇讓電動機運行在該負載率下。endprint

電動機的功率因數(shù)是指電動機輸入端的有功功率與視在功率之比。對于一臺特定的電動機而言，其功率因數(shù)的大小與電動機的負載率有關(guān)，當電動機空載時，其功率因數(shù)很低，僅為0.1～0.2；隨著負載率的增加，功率因數(shù)也增大，當負載率達到80%以上時，功率因數(shù)最佳；在額定負載時在0.8～0.9之間。因此，要保持電動機經(jīng)濟運行，必須合理選擇電動機，使其類型、容量與電動機的機械負載特性相適應，才能獲得最高運行效率。同時必須正確選擇電動機的容量，防止“大馬拉小車”造成能源的浪費，合理安排生產(chǎn)工藝，力求縮短空載的時間。電動機的效率、功率因數(shù)和負載率的關(guān)系如下表所示。

（2）電動機的損耗及其影響因素

電動機負載損耗主要是銅損，由電流通過定、轉(zhuǎn)子繞組時為克服導線的電阻而產(chǎn)生；鐵損是電動機主磁場在鐵芯中交變所引起的渦流損耗和磁滯損耗；機械損耗是由軸承摩擦、風扇、空氣與定、轉(zhuǎn)子鐵芯摩擦等造成的損耗；雜質(zhì)損耗主要由定子漏磁通和定子、轉(zhuǎn)子的各種高次諧波在導線、鐵芯及其他金屬部件內(nèi)所引起的損耗。

異步電動機損耗的影響因素：端電壓、三相電壓不平衡、頻率變化

端電壓變動時對電動機損耗的影響。許多資料表明，在保證電壓合格的范圍內(nèi)，適當降低（-5%左右）電動機配電電壓可以節(jié)電。重載時從342V提高到380V可以提高效率，若再提高到412V效率反而下降；輕載時從342V提升，則效率越來越低。

三相電壓不平衡對電動機損耗的影響。實踐證明，保持三相供電電壓平衡可以節(jié)約電能。若三相供電電壓不平衡，三相負序電壓會產(chǎn)生較大的三相負序電流，從而使得定、轉(zhuǎn)子銅損增加。在一般情況下，15%～20%的負序電壓所產(chǎn)生的負序損耗與電動機額定運行時所產(chǎn)生的銅損在數(shù)值上相當，負序損耗與負序電壓分量的二次方成正比。

頻率變化對電動機損耗的影響。采用變頻電源對風機、泵類負載實施變頻調(diào)速，在低速時可獲得好的節(jié)能效果。由于軸轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，頻率降低后轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩也下降，使定子電流、轉(zhuǎn)子電流下降，因而電動機效率有所提高。

（3）電動機的節(jié)能措施

電動機節(jié)能一要提高其運行效率，二要提高其運行功率因數(shù)，減少無功消耗。企業(yè)電動機的節(jié)能措施主要有以下幾方面：

大力推廣使用高效節(jié)能系列電動機。高效節(jié)能電動機是指總損耗率比標準系列電動機降低20%以上的電動機。如高效率YX電動機的效率比Y系列電動機提高3%左右，損耗降低20%～30%，啟動轉(zhuǎn)矩提高30%。

應用變頻器改變電動機的供電頻率，可以改變其同步轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)異步電動機的精確調(diào)速控制，調(diào)速范圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，運行效率高。目前，我部裝置泵、反應釜、風機所配變頻調(diào)速設(shè)備節(jié)電率可達30～50%。

4 結(jié)束語

當前，電力在終端消費能源的比重越來越大，提高供用電能效、節(jié)約電能是我國當前所面臨的重要任務，也是企業(yè)提高設(shè)備生產(chǎn)能力、降低運營成本、增加企業(yè)競爭力的有效手段之一。

參考文獻

[1]劉振亞，中國電力與能源，北京：中國電力出版社，2012

[2]牛迎水，電力網(wǎng)降損節(jié)能技術(shù)應用與案例分析，北京：中國電力出版社，2013

[3]胡景生等，變壓器能效與節(jié)電技術(shù)，北京：機械工業(yè)出版社，2011

[4]余龍海，電動機能效與節(jié)能技術(shù)，北京：機械工業(yè)出版社，2008

[5]方大千等，輸配電速查速算手冊，北京：中國水利水電出版社，2004

作者簡介

尹麗靜（1974-），工程師，天津石化分公司聚醚部。endprint