淺析船廠用電管理中的節能措施

王寶琳

(友聯船廠 (蛇口)有限公司,廣東深圳 518054)

對船廠來說,能源費用支出已成為繼材料設備費用和人工費用之后的第 3大支出項目,并呈現不斷增長的趨勢。而其中的電費支出已占到總能源費用的 40%以上,加強船廠用電管理、降低電力成本;已成為各個船廠節能工作的重點之一。本文以船廠供電系統為例,分析電費和能耗產生的原因并提出在變壓器經濟運行、功率因數控制、線損管理等方面的幾種節能措施。

1 修船廠供電系統的特點

船廠供電系統具有電壓等級高、負荷容量大、變電級數多、整流逆變設備普通使用、10 kV電機廣泛應用的特點。有的船廠年用電量已超過 1億kW·h。同時,整流逆變設備的推廣使用,在系統中產生了大量的諧波成分,給供電質量帶來一定的影響,進一步加大了電能的耗損。如果在變電運行中,用電管理得當、節能措施到位,可大大降低船廠供電系統中的電能損耗,經驗估計,電能管理得好,節電率會在 10%左右,效益也十分可觀。

2 影響電費總量的因素

在電費中包含 3部分內容:基本電費 (需量費)、電度電費、力率調整費。電度電費受船廠在峰、平、谷 3個時段的電量分布比例不同而不同。通過合理的生產調度實施移峰填谷措施可以達到降低單位電度電價的目的。表 1為某地區的 220 kV高供高計的峰谷平 3個不同時段的電價。

表1 220 kV高供高計的峰谷平電價 元/kW·h

目前,我國大用戶實行兩部電價制,電費包括電度費用和基本電費兩部分。基本電費可按投運的高壓設備容量繳納,也可按用戶的最大需量繳納。船廠可根據裝機容量和實際負荷進行測算,以確定采用哪種方式可以降低基本電費。以 45 MVA變壓器為例,按變壓器容量收取基本電費 24元/kVA·月和按最大需量收取基本電費 44元/kVA·月為例進行比較,當實際需量小于 24.545 kVA時按需量收費的基本電費較低,當實際需量大于 24.545 kVA時按容量收費的基本電費較低 (按需量收取基本電費有利于實施變壓器的經濟運行)。

對采用 2條或多條進線供電的船廠,若按需量繳納基本電費時,還應注意多條線路計費點需量疊加造成總的計算收費需量往往比實際需量大的情況,此時,應考慮實現不同計費點最大需量的瞬時疊加,而不是抄表統計后的事后相加。

為提高供電系統的變配利用率降低線損,供電部門對各用戶在計費點處實施功率因數考核制度,當低于規定標準時會在原電費的基礎上加收電費,并隨與功率因數標準值的差值增大而增加。若以功率因數 0.9為考核標準,當實際功率因數為 0.65時,電費將在原基礎上增加 15%。因此,船廠用電管理部門因加強系統無功的管理,避免不必要的力率調整而導致電費成本的增加。

雖然采取不同計費方式、實施移峰填谷的生產調度方案并不能實質上減少電能消耗,但對于船廠來說,可以減少電費支出,從而降低電力成本。

3 供電系統電能損耗原因分析及措施

船廠供電系統主要由變壓器和線路構成,它們在輸送電能的同時本身也在消耗功率,因此供電系統的節能就是降低變壓器和線路的損耗。

變壓器節能就是降低其損耗、提高其運行效率。雙繞組變壓器在忽略其無功損耗和電壓降對有功損耗的影響時,有功損耗由下式計算:

式中:ΔP為變壓器有功功率損耗,kW;P0為變壓器額定空載損耗,kW;Pk為變壓器額定負載損耗,kW;S為實際通過變壓器的視在功率,kVA;SN為變壓器額定視在功率,kVA。

P0為空載損耗又稱鐵損,它是由鐵芯的渦流及漏磁損耗組成,其值與鐵芯材質和制造工藝有關,而和變壓器的負荷無關。該值在變壓器銘牌中可查到;Pk(S/SN)2為短路損耗又稱銅損,取決于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小,即與負載率 S/SN的平方成正比。

在電力變壓器中,當銅損等于鐵損時,損失最小,效率最高。

即:

從上式可以看出,電力變壓器所帶視在功率等于 (P0/PK)1/2倍額定容量時效率最高,損耗最小。從變壓器技術規范中查得,P0/PK隨電壓等級升高而增大,隨容量增加而減少,S9系列的變壓器(P0/PK)1/2一般在 0.5～0.6范圍,所以,變壓器所帶負荷為額定容量的 50%～60%時最經濟。

因此,對于運行中的變壓器應注意觀察變壓器的負載,根據負載大小,合理調整變壓器的運行臺數,在保證安全用電的前提下盡量使變壓器運行在經濟負荷范圍內。對于由兩臺相同容量或者兩臺不同容量的變壓器組成的變電所,還必須根據變壓器的空載損耗和短路損耗以及變壓器的額定容量,通過計算得出變壓器的經濟運行條件,在不同的負載條件下采取不同的運行方式,以最小的電能損耗取得最大的經濟效益。

要減少線路的損耗就必須降低導線電阻,實現電纜的經濟運行。

船廠的門座起重機、龍門吊以及靠泊碼頭邊和塢內的修理船舶都是靠電纜進行電能的輸送,并且輸送功率隨著工程量的增加越來越大。在上述供電服務對象中主要大功率設備有:大型船舶的壓載泵、克令吊、起重機的起升變幅機構等電機以及船舶特涂工程使用的除濕機、空壓機、吸砂機設備等。因此在對上述設備供電時必須考慮電纜的經濟電流密度,以保證供電電纜達到長時間按經濟電流密度運行,同時考慮線路的安全運行,以高峰負荷時段電線通過的安全電流為基礎 (連續通過而不至于使導線過熱的電流為安全電流,導線的最高工作溫度為 65℃),對選擇的經濟截面進行修正。

同時對 0.4 kV線路控制在 350 m以內,0.4 kV線路的輸送功率控制在 175 kW以內。若超過上述距離宜采用 10 kV電源供電到負荷中心,再降壓到 0.4 kV后供負載設備使用,10 kV輸送距離和輸送功率控制在 10 km和 5 000 kW的范圍內。

供電系統功率因數的變化直接影響到上述變壓器和線路的損耗,但無功功率同有功功率一樣是保證供電不可缺少的部分。管理控制好無功不僅降低線路損失,改善電壓質量而且還可以減少設備容量,增加電網的傳輸能力,提高輸變電設備的利用率。提高系統功率因數可以減少線損和變損。

系統的無功補償應按照 “全面規劃,合理布局,分級補償、就地平衡”的原則,進行合理配置,以取得最大的綜合補償效益。在變壓器低壓側實施集中補償可以提高計費點的功率因數,滿足功率因數考核標準的要求,避免供電部門因功率因數不達標而增收的力率調節費,但集中補償代替不了就地補償,兩級必須同時進行,各行其責。

隨著變頻調速系統、靜止變頻電源等各類電力電子設備的廣泛應用,由它們產生的諧波電流對供配電系統影響很大。諧波電流的存在不僅增加了供配電系統的電能損耗,而且對供配電線路及電氣設備產生危害。為了抑制諧波通常在 10 kV變壓器低壓側設置有源濾波器,達到凈化電路的目的。

4 生產過程中的節能降耗措施

在船舶工程中使用了大量的焊機、風機、電動機和工業照明器具,它們除了在改善電氣性能上采用措施實施節能外,還必須在改進生產工藝、提高生產效率上實施節能措施。從節約電能和提高用電設備的綜合效益出發實現設備的節能降耗。

4.1 電焊機的節電技術

電焊機的使用特點是負載和空載交替進行。目前普遍使用的節能方法有:積極推廣使用電焊機空載自動裝置,減少電焊機的空載損耗;大力采用節能性好的硅整流直流焊機和 CO2氣體保護焊機,據測算用 CO2氣體保護焊機代替手工弧焊機,可使耗電量降低 50%,生產效率提高 1.2～1.4倍。當然合理設計的焊接結構、正確選擇焊接工藝及焊機額定容量等都可起到降低電焊機電耗的效果。

4.2 電動機的節電技術

對于工藝要求需要調速的電動機可采用變頻器進行調速控制,它不僅控制了電動機的啟動電流,而且使電動機時時與負載平衡,提高了電動機的運行效率。使用變頻器后節電一般在 20%以上,目前采用變頻調速控制的機械設備有起重機、恒壓供水裝置等。

目前的電動空壓機一般采用卸載 (40%負載)和自動調節 (60%～100%負載)聯合的方式進行壓力控制,若采用變頻調速后節電效果更明顯。

對于那些需要穩定速度運行的電動機可以使用改善其啟動性能的軟啟動裝置以及改善空載運行和啟動性能的電動機節電裝置達到節電效果。例如普遍使用的電動機節電寶,它通過檢測用電設備的工作狀態,經過微處理器進行比較運算,改變輸出電壓和電流,使之與負載的狀態相平衡,在不改變電機轉速的狀態下,達到節電目的。該類設備的節電率在 10%左右。

4.3 照明系統的節能

照明在船廠用電設備中也是不可低估的用能單位,在管理過程中的節能措施有:根據工作場所的條件和要求,采用不同種類的高效光源。例如采用金屬鹵化物燈代替高壓鈉燈,在保證照明效果的同時可以減少照明功率 33%左右。采用電子整流器代替普通整流器,節電率高達 75%,功率因數可由 0.5左右提高到 0.9以上。照明電壓對燈具的各種參數影響較大,特別是電壓的升高會顯著增加照明設備的能耗。而在夜間由于用電負荷相對較輕,電網電壓普遍較高。因此要加強照明供電電壓的管理。目前,經驗做法是將照明線路同工業用電分開,便于照明電壓的單獨控制。

5 加強管理,建立完善的電能計量和實施計劃用電制度

只有建立完善的船廠電能計量才能清楚的了解船廠的用電情況,分析節電環節和采取相應的節電方案,開展用電運行控制和調節。用電計劃是強化各用電單位的節約用電責任,促使用電部門改進用電效率,推進節電管理、節電改造、開展技術進步等工作的經濟手段,從理論上講,管理是提高企業資源有效使用的手段,因為管理的成本最低,效益最大。

船廠供電系統的節能關系到用電過程中的各個方面,要高效地使用電能提高用電效率、降低損耗,就必須對電能的變配和利用的整個過程進行有效的管理,在管理過程中去發現節電機會。并在節電措施的實施、改進中不斷調整,提高船廠的電能利用效率,達到節能增效的目的。