工廠供配電系統(tǒng)中的節(jié)能措施研究

趙佑銘

【摘要】目前國內(nèi)很多廠商為了降低生產(chǎn)成本，開始注重降低生產(chǎn)成本。很多工廠已經(jīng)開始采用變頻、變壓器控制等節(jié)能降耗技術(shù)來達(dá)到節(jié)能的目的。本文主要分析了研究工廠供配電系統(tǒng)節(jié)能措施，闡述了供配電系統(tǒng)常用的節(jié)能技術(shù)，以供參考。

【關(guān)鍵詞】工廠供電;配電系統(tǒng);節(jié)能? ? ? ? ? ?【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.34.081

在我國社會(huì)化大生產(chǎn)過程中，工業(yè)是一個(gè)非常重要的產(chǎn)業(yè)，在生產(chǎn)過程中，電力消耗會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而增加。目前工業(yè)發(fā)展進(jìn)一步加快，用電量逐年增加，尤其是鋼鐵行業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，鋼鐵生產(chǎn)過程中的電耗可達(dá)總能耗的2%。但目前我國鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中沒有充分利用相關(guān)電氣設(shè)備，無法實(shí)現(xiàn)能源向生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化。目前，許多地區(qū)都面臨著電力資源短缺的問題。為了有效解決這一問題，控制工廠生產(chǎn)過程中的能耗，有必要對(duì)節(jié)能降耗技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)分析和研究。

1、工廠供配電系統(tǒng)節(jié)能降耗的意義

近年來，中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展太快。雖然在短時(shí)間內(nèi)取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但也對(duì)國內(nèi)自然資源造成了極大的破壞和浪費(fèi)。一般來說，工廠用電更多。如果能按照節(jié)能降耗的使用標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)工廠的供配電系統(tǒng)，企業(yè)就能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展。目前，工廠供配電系統(tǒng)節(jié)能降耗的主要意義在于解決供需問題，積累社會(huì)財(cái)富，促進(jìn)科技進(jìn)步。目前，我國發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施還不完善，不能及時(shí)滿足日益增長的電力需求。廠內(nèi)配電系統(tǒng)的節(jié)能降耗設(shè)計(jì)可以在一定程度上減少行業(yè)間的供電矛盾，同時(shí)也可以緩解電力企業(yè)的一些壓力。車間供配電系統(tǒng)不影響生產(chǎn)規(guī)模和經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)能降耗設(shè)計(jì)可改善生產(chǎn)經(jīng)營狀況，促進(jìn)社會(huì)財(cái)富積累。由于技術(shù)原因，往往會(huì)對(duì)原有的生產(chǎn)工藝或技術(shù)進(jìn)行一定程度的優(yōu)化，從而達(dá)到節(jié)能的目的，自然促進(jìn)科技的發(fā)展。

2、工廠供配電系統(tǒng)節(jié)電的設(shè)計(jì)原則

2.1堅(jiān)持節(jié)能優(yōu)化的原則

現(xiàn)階段，科學(xué)發(fā)展觀等綠色發(fā)展理念深入人心。國內(nèi)越來越多的工廠在設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)中確立了節(jié)能降耗的理念，在滿足工廠對(duì)使用功能的要求前提下，選用節(jié)能設(shè)備、補(bǔ)償無功等，提高電力能源的綜合利用率。同時(shí)選取合理的設(shè)計(jì)系數(shù)，提升工廠供配電系統(tǒng)的負(fù)荷率與設(shè)備使用率，降低了電能的消耗量。

2.2經(jīng)濟(jì)適用性原則

在設(shè)計(jì)工廠配電系統(tǒng)的過程中，要想達(dá)到節(jié)能效果，需要遵守適用性原則，設(shè)計(jì)工廠供配電系統(tǒng)中的節(jié)能措施，為了降低工廠的運(yùn)行成本，進(jìn)一步提高工廠用電效率，因此工廠供配電系統(tǒng)中的節(jié)能措施需要滿足經(jīng)濟(jì)適用性原則?？梢岳萌斯o功補(bǔ)償，操作過程比較靈活，可以降低人工損耗，節(jié)省工廠電能成本，保障工廠的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.3堅(jiān)持實(shí)事求是的原則

在市場競爭日益激烈的環(huán)境下，企業(yè)想要在市場競爭中脫穎而出，提升自己的市場競爭力，必須要抓住發(fā)展機(jī)遇。在國家倡導(dǎo)工業(yè)節(jié)能的背景下，各類工廠也要堅(jiān)持實(shí)事求是的原則，堅(jiān)定不移地貫徹國家政策與方針，加強(qiáng)對(duì)工廠供配電系統(tǒng)的節(jié)能管理，減輕國家的供電壓力，可獲得良好的經(jīng)濟(jì)利益與社會(huì)效益。

3、工廠在生產(chǎn)中所使用的供配電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

3.1 電力變壓器的節(jié)能技術(shù)分析

變壓器是電力系統(tǒng)的核心設(shè)備，也是電力工程師分析研究的重點(diǎn)。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，我國用電過程中變壓器的能耗可達(dá)總發(fā)電量的十分之一。如果變壓器損耗降低1%，可以節(jié)省數(shù)百億度的電力。20世紀(jì)80年代以來，我國通過變壓器的研發(fā)，逐步對(duì)變壓器進(jìn)行改造。目前很多工業(yè)企業(yè)使用的變壓器主要是s11系列變壓器。其主要特點(diǎn)是節(jié)電效果明顯，比原變壓器降低了約32.4%的功率損耗。其次，取消油箱后，用波紋油箱的波紋翅片代替原油管完成散熱工作。由于變壓器的油膨脹面進(jìn)一步膨脹，使變壓器內(nèi)部與大氣隔離，避免和減輕了絕緣潮濕、油品變質(zhì)等一些問題，大大提高了變壓器的可靠性。

通過分析研究，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中會(huì)用到一些新型節(jié)能變壓器或新型配電變壓器。雖然在這個(gè)過程中會(huì)有一些投資，但也會(huì)造成長期的損失。如果對(duì)配電變壓器損壞造成的功率損失進(jìn)行估算，節(jié)能效果會(huì)更加顯著。

3.2 電動(dòng)機(jī)的節(jié)能技術(shù)分析

在很多企業(yè)的生產(chǎn)過程中，負(fù)載側(cè)的主要電源是三相異步電動(dòng)機(jī)。在很多企業(yè)的生產(chǎn)過程中，這種耗電設(shè)備消耗的電能最多。通過分析研究發(fā)現(xiàn)，我國電動(dòng)機(jī)能耗幾乎可以達(dá)到工業(yè)用電的80%，全國用電的60%，是名副其實(shí)的電老虎。利用電機(jī)控制節(jié)能對(duì)電網(wǎng)節(jié)能有很好的效果。在控制和啟動(dòng)電機(jī)的過程中，可以采用一些簡單的控制方法，進(jìn)一步提高電機(jī)的節(jié)能效果，如在電機(jī)中設(shè)置軟啟動(dòng)或變頻調(diào)速裝置;此外，電機(jī)可以由數(shù)字控制器控制，電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)可以動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

目前，許多異步電動(dòng)機(jī)在生產(chǎn)過程中仍處于不經(jīng)濟(jì)狀態(tài)。啟動(dòng)方式不合理、選擇不當(dāng)導(dǎo)致能耗高。因此，可以合理選擇節(jié)能電機(jī)或改變?cè)械膯?dòng)方式，保證生產(chǎn)過程中能耗的有效控制，進(jìn)一步提高電機(jī)的效率。近年來，在我國工業(yè)化生產(chǎn)過程中，節(jié)能驅(qū)動(dòng)裝置、電磁調(diào)速電機(jī)和機(jī)械調(diào)速電機(jī)逐漸得到應(yīng)用，三種高效電機(jī)在工廠得到廣泛應(yīng)用。

3.3 無功補(bǔ)償技術(shù)分析

目前，許多工程在電力系統(tǒng)中主要采用無功補(bǔ)償技術(shù)，可分為集中補(bǔ)償和局部補(bǔ)償。局部補(bǔ)償值主要是設(shè)置電機(jī)等電力系統(tǒng)周圍配電箱內(nèi)的電容。該方法對(duì)負(fù)載不可逆穩(wěn)定、容量大的異步電動(dòng)機(jī)具有很強(qiáng)的補(bǔ)償功能，而低壓配電站的集中補(bǔ)償主要針對(duì)低壓配電站。在連接到總線之前，通常有一些與電容器串聯(lián)的電抗器。這種補(bǔ)償方法具有可靠性高、維護(hù)相對(duì)方便、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是補(bǔ)償過程是定時(shí)分級(jí)的，因此其跟蹤性能較弱，補(bǔ)償精度較差，不能滿足一些負(fù)荷變化較快的區(qū)域，不能及時(shí)響應(yīng)無功波動(dòng)。

目前，很多工廠的配電網(wǎng)屬于非線性配電網(wǎng)。事實(shí)上，高次諧波的分布對(duì)并聯(lián)電容器有直接影響。并聯(lián)電容器在使用過程中容易發(fā)生諧波放大甚至諧振，嚴(yán)重影響設(shè)備的安全使用。因此，需要合理配置串聯(lián)電抗器和電容器，有效控制諧波電流的放大。只有這樣，整個(gè)電網(wǎng)才能穩(wěn)定運(yùn)行。近年來，隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，靜止無功補(bǔ)償器因其響應(yīng)速度快、可調(diào)性好而得到廣泛應(yīng)用。

3.4 供配電網(wǎng)線損的控制技術(shù)分析

通過分析研究發(fā)現(xiàn)，工廠配電網(wǎng)損耗可達(dá)3%，嚴(yán)重程度可達(dá)10%，不僅造成大量電能浪費(fèi)。長期運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生大量熱量，對(duì)人體造成嚴(yán)重危害。因此，導(dǎo)體的橫截面積必須適當(dāng)增加。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)分析，擴(kuò)大截面積時(shí)，應(yīng)特別滿足最小截面積。否則，擴(kuò)大面積的增益可能小于理論計(jì)算值。隨著橫截面積的增加，傳輸過程中的溫升會(huì)進(jìn)一步降低，可以節(jié)省大量電力。

4、 工廠供配電系統(tǒng)中的節(jié)能措施

4.1 照明控制系統(tǒng)

在照明設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)照明要求燈具的布局不需要任何自然光的補(bǔ)充。無論是辦公室還是工廠車間，門窗和頂部的透明帶都可以給房間帶來自然光。比如辦公室照明燈在夜間布置時(shí)，沒有自然光，但一般分布在同一功能區(qū)，每盞燈輸出相同的光，以滿足室內(nèi)照明的需要。實(shí)際使用中，白天增加自然光，特別是在自然光強(qiáng)度的前提下，靠近窗戶，甚至不需要人工照明。雖然在照明設(shè)計(jì)中我們可以獨(dú)立控制窗戶沿線的燈具來實(shí)現(xiàn)節(jié)能，但節(jié)能的靈活性明顯不足，尤其是在自然光和人工照明不足的情況下，恒功率照明顯然不能滿足節(jié)能的要求。主要有兩個(gè)內(nèi)容：一是燈具要有各種功率調(diào)節(jié)功能。二是判斷室內(nèi)自然照度。此外，合理更換照明燈具也可以節(jié)約能源。

4.2 供配電系統(tǒng)電路優(yōu)化

供電系統(tǒng)一般包括兩種結(jié)構(gòu)（架空線路、電纜電線）。在設(shè)計(jì)過程中，功率會(huì)按照導(dǎo)線傳輸，不可避免地會(huì)導(dǎo)致冗余功耗。根據(jù)功耗公式，當(dāng)負(fù)載穩(wěn)定時(shí)，電路的功率與電壓消耗成反比，降低電阻可以降低電路的功耗。在工程配電網(wǎng)中，只有當(dāng)電流負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定，電壓降低時(shí)，才能采用更長的導(dǎo)線，并設(shè)置變電站，以減少導(dǎo)線之間的距離。此外，還要注意銅線的選材，滿足這些基本條件是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的前提。

4.3 降低線路輸電損耗

線損與線路長度和運(yùn)行電流密切相關(guān)。對(duì)于負(fù)荷集中的線路，應(yīng)采用分路降低線路的負(fù)荷電流，從而降低線損。對(duì)線損有一定影響的是導(dǎo)體的截面積。一般來說，為了降低線路壓力和線損，會(huì)采用截面較大的導(dǎo)線，但顯然沒有考慮經(jīng)濟(jì)性原則。此外，相關(guān)研究表明，當(dāng)導(dǎo)線截面積達(dá)到一定值時(shí)，導(dǎo)線截面積與線電壓和線損呈負(fù)相關(guān)，即導(dǎo)線的增加不會(huì)顯著降低后者。線損不僅與線路電阻有關(guān)，還與線路阻抗、長度密切相關(guān)，而阻抗與截面積無關(guān)，這就決定了單純?cè)黾訉?dǎo)線截面積來降低損耗是不合理的，必須綜合考慮線路電壓、阻抗、電流密度等因素。在變頻器和照明設(shè)備中，由于鎮(zhèn)流器的廣泛應(yīng)用，系統(tǒng)中的高次諧波增加，三相電流平衡被破壞，中性線電流增大，必然導(dǎo)致線損增大。因此，應(yīng)廢除傳統(tǒng)的布線方法，增加中心線的截面積，以減少損耗。電機(jī)等感性負(fù)載的廣泛使用也會(huì)降低工廠的功率因數(shù)。如果現(xiàn)場不能對(duì)無功進(jìn)行有效補(bǔ)償，就會(huì)出現(xiàn)無功環(huán)流，不僅會(huì)增加線損，還會(huì)降低供電質(zhì)量。因此，采用并聯(lián)電容器等措施進(jìn)行補(bǔ)償是一種有效的解決方案。此外，還優(yōu)化了連接方式。連接時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)盡量選擇線夾連接，避免纏繞連接方式，避免銅鋁接觸。盡量使用鋁銅過渡夾。正式組裝前，應(yīng)對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行科學(xué)處理，防止腐蝕。

結(jié)語：

總之，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力需求不斷增加，電力供需矛盾日益突出，已成為制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。工廠要生存和發(fā)展，必須建立相對(duì)完善的節(jié)能制度和措施。節(jié)能是工廠實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的前提和關(guān)鍵，也是工廠不可推卸的社會(huì)責(zé)任。節(jié)能不僅能發(fā)展工廠經(jīng)濟(jì)，還能有效降低生產(chǎn)成本，減輕相關(guān)電力部門的工作壓力，減少環(huán)境污染，提高環(huán)境效益，對(duì)工廠自身和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

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