銅加工企業電氣節能方法探討

許紅兵 胡銅生 俞顯平 操莉 彭輝

1.銅陵金威銅業有限公司

2.中南大學自動化學院

0 引言

銅加工企業的能源主要有電力和天然氣，因工藝要求，天然氣主要用于步進式加熱爐、氣墊式退火爐和鐘罩式退火爐。其他生產線黃銅爐、無氧銅爐等加熱動力采用電力中頻爐。除此之外，工廠動力均采用電力供應。電能的應用廣泛，因此，電力的有效利用率和杜絕浪費對每個企業而言是重要的節能工作。企業制定有效的技術措施和提高管理水平，充分利用國家節能優惠政策，全員參與節能降耗。基于有關電氣節能方面的思考，采取節能降耗方法對低碳經濟和碳中和進行探索。

1 企業電氣節能的一般原則

可靠性：由于銅加工企業生產工藝的要求，其電力負荷屬于一類負荷，在主要設備和關鍵設備上采用國際一流的設備和元器件，以保證生產的連續性和安全性，并依照相關的用電設備使用規定制定合理的電能利用方案。

經濟性：在輔助設備和工廠照明系統，要因地制宜，優先選用節能材料及節能設備，以節約成本、實現利益最大化。

節能性：運用國家鼓勵的節能減排政策和科技措施，生產中要排查電力線和電氣設備的異常電能消耗，做到安全和節能并舉。

2 工業企業電氣節能的主要措施

2.1 照明部分節能設計和改進

照明設備在銅加工企業中由于工藝要求三班制作業，能耗比重在0.2～0.3之間。新廠房設計，采用大面積玻璃窗戶，鋼結構頂部采用透明玻璃鋼采光提高廠房內部的采光，提高綠色照明比重。在二次裝修中，采用具有較高光反射的材料，提升建筑物整體的照度。

對于照明部分開展節能設計的改進和改造，主要利用照明光源、設備的科技進步和發展以及國家政策大力推薦，提高照明效果和降低能耗。近20年來，傳統的白熾燈已逐步被節能燈替代，同樣功率節能約3倍。能耗高且維護量大的普通日光燈被新一代的LED日光燈淘汰，改造僅需要將啟輝器和鎮流器去掉，選擇兩端LED日光燈即可，改造簡單，照明效果更好，使用周期長，維護量少,同樣功率可節能約3倍。

對于照明線路的電能損耗而言，技術上通過測量負載三相負荷的實際情況，調整三相負荷，盡量平均分配，將三相五線制供電方式運用到建筑照明系統中，盡可能降低線損。

在不同的工作場所，照明要求也不盡相同，有的根據分時段光線采用感應開關，有的根據人員出入采用聲控開關以切換照明。結合傳感器、智能開關和總線控制等先進技術[1]，進行科學節能環保控制。比如在銑面機的抽銅屑出風口安裝風力發電機，既可以產生電能來照明，節約能源，又能讓人了解機組此時此刻正在生產。

2.2 公共直流母線應用

在設備訂貨之前，根據掌握的技術，采用交流變頻技術中的交流-直流-交流變頻方式來控制一條生產線的全部或者大部分電機。在銅加工企業的生產線，可以充分利用開卷機的倒拉反轉產生的電能，將其應用到其他電機上。公共直流母線技術是采用一個公共的整流和回饋或者制動裝置。回饋因為裝置復雜，價格昂貴，維修量大而逐漸被淘汰，制動電阻因為裝置簡單，價格便宜，維修非常少，使用較為普遍。公共直流母線網絡如圖1所示，所有調速逆變器直接掛接在直流母線上。處于電動狀態的電機，從母線上獲取電能，處于發電狀態電機，能量回饋母線可以供其它電機使用。相對于交交變頻器，此裝置可以節省設備造價20%，節電20%，相對于直流變頻器可節電30%[2]。

圖1 公共直流母線

2.3 電氣設備運行時的過溫過載

在點檢中觀察電氣設備運行中外觀有無損壞，如通過嗅聞設備運行時的氣味，判斷設備中是否有線路燒損，通過測溫槍和紅外線檢測儀檢測設備和線路發熱狀況，一旦發現設備線路溫度異常，應著手進行分析和判斷。如圖2所示，三相接頭螺絲發現兩側較松，現場增加彈簧墊圈緊固導線接頭，更換變質零部件。對線路問題進行改進，既能解決設備故障和隱患，提高設備運行安全，又能節約發熱接頭電能的損耗。

圖2 紅外線攝像儀檢測端子的結果

2.4 投入無功補償，優化功率因數，優化變壓器使用性能

功率因數是衡量用電設備（如電網的變壓器）傳輸線路等用電功率的數據，提高功率因數可以降低線路損耗。安裝10 kV和380 V兩側無功補償裝置，能夠充分利用變配電設備以及用電設備等的容量，以增加輸電能力，降低不必要的電能損耗。一般在10 kV采用集中補償，380V采用分散補償，從而有效減少電能損耗，提高供電品質。在110 kV變電所采用不是絕對提高功率因數，而是根據負載和變壓器情況，優化功率因數，達到最佳，cosφ=0.95只是高壓電容器無功補償的經濟運行的起點[3]，每臺主變需要具體計算，使損耗最小。同時根據110 kV變電所實際工況，在用電負載和電壓分接頭，主變并列運行上進行優化調整，對于8 000 kVA主變，年節電5.89萬kWh達到節能效果[4]。

2.5 削峰填谷

每個企業用電量基本是固定的，但是負荷分配時間卻不同，合理根據分時電價的價格差異，調整用電負荷，合理運用多種方式對電負荷進行有效的調節。在高峰時段，應該優化用電設備的運行管理，削峰填谷可以取得較好的效益。根據安徽省峰谷分時電價表，其中，峰0.928 7元/kWh，平0.624 2元/kWh，谷0.388 7元/kWh，峰谷比達到2.4倍。同樣的用電負荷，在不同的時間段卻可以產生最大2.4倍的用電成本，對于銅加工企業大功率高耗能的熱軋機設備，促使企業下大力氣進行調整，熱軋機功率達到2 500 kW峰谷比電價，安排在大夜班生產，選擇削峰填谷節約電費，節約電費=18 574-7 774=1.08萬元，以一個月生產20天計算，則每年節約241.92萬元。用電設備的運行根據時間段設定，安排設備運行的優先級，對于電力用戶可取得經濟效益，對于發電企業可減小線損，提高設備利用率。

2.6 淘汰落后電氣設備

為貫徹落實國家及有關部門在企業動力設備節能新技術、新措施方面的政策與具體要求，遵照國家及相關政府在這方面的節能政策與技術要求，做好以下幾個方面的工作：一是企業要及時關注國家及有關部門在企業節能方面的新規劃；二是企業要依據節能新要求落實對動力設備的改造；三是企業管理層要重視對動力設備節能新技術與新措施的研究與完善；四是要堅持理論與實踐相結合，通過可控的動力設備改造來實現節能效率的提高。

在工廠設計階段，選擇安裝變壓器時，推廣使用干式變壓器，通常干式變壓器維護的工作量和費用相對低于油浸變壓器，工作環境較好。如果已經在使用油浸變壓器，則在有條件的情況下建議對其進行改造。改造雖花費較大，但從長遠看，對其進行維護的工作量與費用將有效地降低。對一些持續24小時工作的電機，采用節能電機來替代。比如某生產線的油泵電機型號為Y160M-4，11 kW，效率88.4%，現替換為YX3-160M-4,效率為91%，每年節約電費=11×24×30×12×（91%-88.4%）×0.624 2=1 542.42元，效益可觀。

2.7 諧波

企業生產中由于非線性負載和整流等裝置不可避免產生一些諧波，如何采取合理的方法消除諧波的影響，減少諧波產生的損耗和對電氣元器件的影響，對于最大效率提高節約能源有重要意義。在工廠設計階段，對于整流變壓器和中頻爐變壓器，選擇合理的變壓器接線方式，變壓器三角-星接法的使用有效消除5次和7次諧波，產生的11次和13次諧波,可以采用濾波裝置，工廠中諧波含量11次諧波電流7.76 A到2.28 A,實際濾除效果62.89%，13次諧波電流5.851 A到2.28 A,實際濾除效果61.03%[5]，效果顯著。非線性負荷通常采用價格便宜、維修量少的無源濾波器，少數采用價格高的有源濾波器加以消除或者減弱。

2.8 管理節能潛力

企業能源部門通過專職人員和電氣工程師進行統籌規劃，結合國家發展規劃、能源定額管理制度，制定能夠降低企業能源消耗總量辦法和措施，在企業每條生產線和重要設備安裝遠程電能計量裝置，對能源利用狀況進行實時監測和診斷分析，對能源管理進行優化，可以達到全企業節能2%～5%的效果。其次，從全國相關企業二次能源回收利用情況來看，大多數企業對于二次能源綜合利用認識不足，利用水平比較低，余熱、余能節能裝置配備率較低，節能潛力較大。

3 結束語

科技進步提高了電能的使用率，積極推行國家節能政策，在工廠設計階段，優化供配電系統的節能設計，生產線傳動采用公共直流母線方式，減少線路損耗，提高動能合理利用；在工廠運行階段，提高和優化供配電系統的功率因數，照明的節能更新換代和電動機節能替代等方面進行革新，通過利用國家的各項政策削峰填谷等節約電能，降低損耗，為企業帶來更大的經濟效益。因此，對企業而言，所有人既要參加TPM全員維護，也應該全員參加能源的節約。通過不斷的完善，多管齊下，以節約能源為主，制定出合理的方法，提高節約的經濟效益，有利于企業更好的發展。