基于設計實例的化工企業(yè)節(jié)能措施探討

摘要：介紹了化工企業(yè)低壓供配電系統(tǒng)產生損耗的主要原因，通過實例計算，提出節(jié)能措施，并結合實際案例，探討了化工企業(yè)供配電系統(tǒng)的幾種節(jié)能方式。

關鍵詞：化工企業(yè);供配電系統(tǒng);損耗;節(jié)能

0 引言

化工業(yè)是我國的基礎和支柱產業(yè)，在社會經濟發(fā)展中起著重要作用。然而，化工企業(yè)往往用電損耗較大，不僅增加了企業(yè)運行成本，還造成了嚴重的資源浪費。因此，化工企業(yè)的供配電系統(tǒng)采取有效的節(jié)能降損措施，不僅能積極推動企業(yè)自身發(fā)展，還能促進社會經濟、生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1 化工企業(yè)低壓供配電系統(tǒng)產生電能損耗的主要原因

1.1? ? 變壓器損耗

變壓器作為一種電壓轉換設備，是低壓供配電系統(tǒng)的核心。變壓器損耗包括空載損耗、負載損耗、介質及雜散損耗，其中空載及負載損耗為主要損耗。空載損耗為不變的鐵芯損耗，可變的負載損耗由變壓器的負載電流通過變壓器繞組產生。

1.2? ? 配電線路損耗

化工企業(yè)配電線路主要由電力電纜組成，由于構成電纜芯線的銅、鋁導體自身存在電阻，因此線路在電能傳輸過程中，將會產生電能損耗，其損耗值與導體的截面積、長度和材料密切相關。

1.3? ? 交流異步電動機損耗

三相交流異步電動機在化工企業(yè)中有著極其廣泛的應用，在企業(yè)用電設備中占據極大的比例。電動機損耗包括負載損耗及空載損耗，負載損耗主要為定子、轉子電阻損耗，空載損耗由鐵芯、機械損耗構成。

1.4? ? 照明系統(tǒng)損耗

照明系統(tǒng)損耗通常由光源損耗及照明線路損耗構成。光源在發(fā)光時，電能并不能全部轉化為光能，一部分能量以熱量形式散發(fā)，造成損耗。照明線路導體自身存在電阻，因此線路在傳輸電能時也將產生一定的損耗。

2 化工企業(yè)低壓供配電系統(tǒng)的節(jié)能措施

2.1? ? 變壓器節(jié)能

化工企業(yè)供配電系統(tǒng)在新建或改造時必須考慮變壓器節(jié)能的相關因素，一般考慮如下兩個方面：（1）選擇高能效變壓器;（2）變壓器的經濟運行。在化工企業(yè)實際生產中，通常采取使用高能效變壓器和變壓器經濟運行并用的方法，以達到更好的節(jié)能效果。

2.1.1? ? 選擇高能效變壓器

企業(yè)在新建或更換變壓器時，應采用SC（B）13或以上能效等級的變壓器。相較于低能效變壓器，采用高能效變壓器年節(jié)約有功電量△AP和無功電量△AQ分別為：

式中，Hpy為年用電小時數;τ為負載損耗小時數;β為負載率;ΔP0為空載損耗差;ΔPk為負載損耗差;ΔQ0為無功損耗差;ΔQk為無功功率差。

2.1.2? ? 變壓器經濟運行

化工企業(yè)根據用電負荷一般會配置兩臺或多臺主變，多臺變壓器始終同時運行往往造成電能浪費，應考慮n臺變壓器經濟運行的臨界運行負荷SJP條件：

式中，SrT為額定容量;P0為空載損耗;Pk為負載損耗;KQ為無功經濟當量;Q0為無功損耗;Qk為無功功率。

若實際負荷SSJP時，宜n臺主變運行。

2.2? ? 配電線路節(jié)能

化工企業(yè)中通常存在大量的配電線路，因此降低線路損耗對于企業(yè)節(jié)能有著積極意義。考慮到化工企業(yè)配電線路及負荷眾多，后期更換電纜施工量大，因此通常在低壓供配電系統(tǒng)設計時就應考慮采取降低線路損耗的措施。降低線路損耗可采取如下措施：（1）采用導電率高的導體;（2）按經濟電流選擇導體截面積。

2.2.1? ? 采用導電率高的導體

在經濟合理的條件下，化工企業(yè)應優(yōu)先采用銅芯電纜作為低壓供配電系統(tǒng)的配電線路。根據歐姆定律功率基本公式P=I2R可知，電阻更低的銅導體，在電流一定時產生的損耗更低。

2.2.2? ? 按經濟電流選擇導體截面積

導體截面經濟選型可分為經濟電流范圍法和經濟電流密度法。

（1）經濟電流范圍法用公式計算出經濟電流上限值Iec2、下限值Iec1后，根據限值范圍選擇合理的電纜截面。例：經計算，截面積為120 mm2的0.6/1 kV銅芯低壓電纜在Tmax=6 000 h、中間電價為0.51～0.60元/kWh時，Iec2為151.8 A，Iec1為117.6 A，現(xiàn)某用電設備線路計算電流為131 A，處于經濟電流上限值Iec2及下限值Iec1范圍內，選擇3×120+2×70 mm2的電纜作為此配電回路的電纜是合理的。

（2）經濟電流密度法是通過負荷電流和經濟電流密度的比值得出電纜經濟截面。一般電纜經濟電流密度可查閱設計手冊上的經濟電流密度曲線得出。例：YJV 4芯電纜在電價為0.363元/kWh、Tmax=1 000 h時，查表可得經濟電流密度約為3 A/mm2，某用電設備線路計算電流為110 A，S=110/3≈36.7 mm2，就近選取3×35+1×16 mm2低壓YJV電纜。

2.3? ? 交流異步電動機節(jié)能

三相交流異步電動機可從降低自身損耗或從實際運行角度出發(fā)，采取措施以達到節(jié)能目的。對于降低電動機自身損耗，可采用經過特殊處理的鐵芯材料、增加導線截面、縮短線圈長度、選用電阻率更低的導線等方法。從實際運行角度出發(fā)，可采用以下節(jié)能方法：（1）采用高效率電動機;（2）根據負荷特性合理選取電動機;（3）采用變頻控制的電動機;（4）電動機無功就地補償。

2.4? ? 照明系統(tǒng)節(jié)能

對于化工企業(yè)照明系統(tǒng)的節(jié)能，可選擇如下方法：（1）合理確定各場所的照度標準;（2）選擇合理的照明方案及照明控制方式;（3）選擇高效、節(jié)能的光源;（4）降低照明線路的損耗;（5）充分利用天然光源、太陽能。近年來化工企業(yè)照明系統(tǒng)中，高光效、使用壽命長的LED光源燈具應用范圍不斷擴大。LED光源相較于過去廠房設計采用的高壓鈉燈和金鹵燈，其節(jié)能更加高效。

2.5? ? 其他節(jié)能措施

2.5.1? ? 提高供配電系統(tǒng)功率因數

提高功率因數可以有效減少配電線路損耗及變壓器的負載損耗。變壓器節(jié)約的有功功率和無功功率計算公式如下：

式中，P2為負荷功率;SrT為額定容量;PK為有功損耗;QK為無功損耗;cos φ1、cos φ2為功率因數。

提高功率因數通常可采用無功補償的方式，無功補償可采用并聯(lián)電容器、SVG或SVC。

2.5.2? ? 變配電所靠近負荷中心

變配電所靠近負荷中心可有效減少線路長度，降低線路損耗。

2.5.3? ? 采用能效管理系統(tǒng)

能效管理系統(tǒng)作為一種新型計算機數字化管理系統(tǒng)，通過對企業(yè)能耗數據的實時采集、分析，為企業(yè)提供完備的節(jié)能建議及方案，有效提升化工企業(yè)的能效管理水平。

3 化工企業(yè)低壓供配電系統(tǒng)節(jié)能實例

3.1? ? 實例一：江蘇某新建化工項目中變壓器選擇對節(jié)能的影響

該項目根據負荷計算后，選擇2臺10/0.4 kV、Dyn11、2 000 kVA變壓器，1臺2 500 kVA變壓器。2臺2 000 kVA變壓器單母線分段接線，2 500 kVA變壓器單母線接線。變壓器采用某品牌SCB13干式變壓器，其中2 500 kVA變壓器參數如表1所示，與該品牌SCB10變壓器參數進行對比。

設變壓器負載率為75%，年工作小時數為8 400 h，年最大負載損耗小時數為7 000 h，Q0 （13）≈I0 （13）%SN×10-2=7.5 kvar，Qk （13）≈Uk （13）%SN×10-2=150 kvar，Q0 （10）≈I0 （10）%SN×10-2=12.5 kvar，Qk （10）≈Uk （10）%SN×10-2=150 kvar。

單臺2 500 kVA變壓器全年節(jié)約的有功電量和無功電量分別為：

上述計算表明，選用高能效變壓器，有功和無功電量均可達到明顯節(jié)約效果，同時各地供電部門也要求新建項目使用高能效變壓器，因此高能效變壓器的廣泛運用勢在必行。

3.2? ? 實例二：江蘇某化工企業(yè)改造項目增加無功功率補償對節(jié)能的影響

該項目電氣專業(yè)設計內容為對廠區(qū)某片區(qū)原供配電系統(tǒng)升級改造，其中一項為增加無功功率補償。該片區(qū)由一臺10/0.4 kV、1 000 kVA SC（B）10變壓器供電，中途擴建一次，原先未設無功功率補償。改造時該片區(qū)裝置負荷容量如表2所示。

變壓器參數空載損耗1 770 W，負載損耗7 090 W，Uk=6%，I0=0.4%，增加300 kvar靜止無功發(fā)生器SVG作無功補償，補償后功率因數cos φ=0.9，變壓器節(jié)約的有功功率和無功功率：

由上述計算可見，增加無功功率補償在提高功率因數的同時，降低了系統(tǒng)無功功率，減少了損耗，全年可節(jié)約有功電量約13 403 kWh。

3.3? ? 實例三：甘肅省某精細化工企業(yè)新建項目LED工廠照明設計對節(jié)能的影響

該企業(yè)需新建若干倉庫儲存產品，其中某倉庫長、寬、高分別為66 m、28 m、10 m。下面采取兩種照明系統(tǒng)設計方案進行對比，如表3所示。

由表3可知，在燈具數量相同的情況下，LED工廠燈單燈功率相較于金鹵燈減少33%，倉庫照明用電功率減少2.05 kW，同時在維持照度值基本不變的前提下，使用LED光源燈具能使照明功率密度值有效降低，有利于系統(tǒng)節(jié)能。

4 結語

通過上述理論和實例分析，化工企業(yè)低壓供配電系統(tǒng)在采取有效的節(jié)能降損措施后，可以達到降低電能損耗的目的。企業(yè)供配電系統(tǒng)宜采取多種節(jié)能措施并用的方式，可帶來更佳的節(jié)能效果。

收稿日期：2020-06-06

作者簡介：夏斌（1991—），男，江蘇南京人，助理工程師，從事電氣設計工作。