石化企業(yè)電氣設備和供電線路的能效優(yōu)化路徑

王春輝

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

前言：作為國之命脈，石化產(chǎn)業(yè)對我國經(jīng)濟發(fā)展作出了極為重要的貢獻，但不容忽視的是，在經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結構不斷調(diào)整的今天，石化產(chǎn)業(yè)的高能耗問題仍然比較突出，傳統(tǒng)的石化生產(chǎn)業(yè)能源利用率低的問題，也給企業(yè)造成一定的負擔，不利于我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，阻礙碳達峰碳中和這一政治指標的完成。

一、石化電氣設備和供電線路能耗現(xiàn)狀

（一）石化電氣設備能耗問題

隨著電氣自動化技術的不斷發(fā)展，電氣設備被廣泛應用于石化產(chǎn)業(yè)中，然而從我國石化行業(yè)的運行現(xiàn)狀來看，能源消耗利用率不高的問題突出明顯，其中主要包括了以下幾個方面的因素：

一是石油煉制生產(chǎn)汽油、煤油、柴油、燃料油等工業(yè)能源材料的效率不高，這是由于石化產(chǎn)業(yè)的設備老舊，如脫硫爐、制氫爐等設備本身的生產(chǎn)效率低下，還極易受到供電線路不穩(wěn)定因素影響產(chǎn)量。

二是化工機械類設施選型不合適，近幾年由于我國采油煉油以及石油加工技術飛速發(fā)展，石化產(chǎn)業(yè)為了增加產(chǎn)能會選擇對原有設備進行擴容。但由于化工機械類設備的造價成本過于高昂，無法全部拆除更換，只能在原有基礎上補充生產(chǎn)設備的方式來提高單位時間內(nèi)的生產(chǎn)效率，但在購進新型設備時，未考慮到設備功率與產(chǎn)能之間的對應關系，盲目選擇了高功率、高能耗的機械設備，容易造成“大馬拉小車”，造成嚴重的電能浪費現(xiàn)象。

（二）石化供電線路能耗問題

我國石化供配電網(wǎng)絡一般是由多條配電線路組成的，終端變電所放射成樹狀配電網(wǎng)從而形成了這些配電線路，供配電線路長度一般在10km 以上，配電線路出口還裝有監(jiān)測設備，用以監(jiān)測該線路的輸出功率、輸出電量等參數(shù)。

但這樣的供電系統(tǒng)顯然是存在許多的不合理能耗問題的，一是線路老化與問題，使整體配電系統(tǒng)的供電效率不高；二是供電設備的供電系統(tǒng)中線路過長導致無功功率過高，導致石化生產(chǎn)的電網(wǎng)架構中變電設備的功率因數(shù)過低。

二、石化電氣設備和供電線路能效優(yōu)化路徑探究

（一）優(yōu)化石化供配電線路布局

供電線路中普遍存在電阻，電阻過高也是石化電能損耗的重要原因之一，盡管石化生產(chǎn)現(xiàn)場單一線路對電能損耗較少，但其線路基數(shù)較大的事實仍然給電能損耗創(chuàng)造了條件。對供配電線路進行布局優(yōu)化，不僅能節(jié)能提效，還可以減少線路運行過程中隱藏的安全風險。注意實時監(jiān)控線路運行情況。在對線路安裝聯(lián)絡點和分裝點進行規(guī)劃設計時，要結合供配電網(wǎng)用電負荷量、負荷性質(zhì)以及用電負荷增長情況等因素進行綜合考慮，從而提高供配電線路故障線路檢修效率。其次，應當對導線長度和橫截面積加以控制，供電半徑過長會使電能在傳輸過程中遭受更多的電阻損耗，因此在布置時，要根據(jù)現(xiàn)場負荷容量分布情況對供電半徑長度加以控制，石化重點供電區(qū)域的線路總長度應當小于5km，供電半徑應當控制在2～3km，供配電網(wǎng)中的主線路橫截面積應當大于70mm2，合理控制導線截面面積，可以在保持負荷電量不變的基礎上減小電阻。最后，還要注意對作業(yè)現(xiàn)場的民用線路和油井線路布局進行結構優(yōu)化，如果存在交叉供電區(qū)域，配電線路的網(wǎng)絡結構則需要具有一定的靈活性和自動化程度。此外還需要定期對投入使用的各個石化生產(chǎn)設備的供電系統(tǒng)進行區(qū)域調(diào)試，查找優(yōu)化線路老化、表皮絕緣層溫度異常、虛接不穩(wěn)的線路安裝問題。

（二）在電網(wǎng)中應用無功補償技術

系統(tǒng)長期運行電壓過低會導致設備壽命縮短，對產(chǎn)品質(zhì)量會造成影響，這個時候投入電容裝置，可以提高系統(tǒng)電壓，調(diào)整系統(tǒng)功率因素，提升設備運行效率。無功補償技術正是利用這一原理，操作人員在實際優(yōu)化工作中，通過將電容器安裝在10kV 或者6kV 系統(tǒng)中，電容器通過投入或切除操作來對線路進行調(diào)節(jié)，從而將線路中的功率因數(shù)維持在一個比較穩(wěn)定的狀態(tài)。固定補償電容器和無功補償電容器是目前比較常用的兩種無功補償電容器，當石化作業(yè)現(xiàn)場負荷變化幅度較小時，可以選用固定補償電容器，而當現(xiàn)場負荷變化幅度較大時，則需要根據(jù)石化電網(wǎng)具體負荷情況和電網(wǎng)運行參數(shù)選取并聯(lián)式電容器組進行投切控制，在這個過程中需要注意配備避雷器和熔斷器等設備，否則過電流和過電壓很容易對電容器組造成傷害。此外，在配電線路中應用無功補償技術，還要注意補償?shù)攸c的選擇和補償容量的控制，結合公式進行參數(shù)計算，可以選擇在直線最大承受力距分割點安裝電容器。

（三）優(yōu)化石化電網(wǎng)調(diào)度方式

合理的、差異化的電網(wǎng)調(diào)度方式是石化電氣設備和供電線路節(jié)能優(yōu)化的重要途徑，工作人員在進行電網(wǎng)調(diào)度方案制定時，一是可以采用“移峰填谷”的方式，對供電線路中的用電負荷進行平衡。在種種因素的影響下，石化供電網(wǎng)絡的用電負荷常常在不同時間呈現(xiàn)出不同特點，峰谷差較小時供電線路損耗能夠得到顯著降低。需要對2000kW 以上的高壓電機進行連續(xù)啟動時，就可以通過啟動間隔時間來減少線路波動負荷，高壓電機啟動時間也應挑選在用電負荷變化較為平緩的時間段，同時注意減少高壓電機試運行的次數(shù)。二是要根據(jù)石化生產(chǎn)不同區(qū)域、不同單元，對用電負荷進行合理調(diào)度。

（四）優(yōu)化石化電氣設備結構

電氣設備是石化自動化生產(chǎn)的主要組成部分，配備相應裝置對電氣設備進行優(yōu)化，采取措施提高電氣設備運行效率都可以降低能耗，實現(xiàn)低電耗、高產(chǎn)量的目標。對于電氣設備的優(yōu)化主要可以從以下幾個方面進行：

一是對繼電接觸器進行優(yōu)化。電氣設備運行過程中常會出現(xiàn)帶載啟動的情況，從而導致較大的慣性矩，針對這一情況，工作人員應當對繼電接觸器進行優(yōu)化，確保定子繞組程序順利進行，結合三角形-星形[2]的繞組方式，實現(xiàn)輸入功率的降低。

二是應用變頻調(diào)速器，將石化生產(chǎn)環(huán)節(jié)中所有的動力設備進行分類區(qū)分，按工作性質(zhì)劃分為需長時間運行工作與間歇性運行工作兩種模式。對間歇性工作性質(zhì)的動力與熱工設備的負荷結構進行優(yōu)化，以一種用于分離石油不同密度液態(tài)的離心機為例，它在運轉(zhuǎn)時的表達式可以寫為n=60f（1-s）/p，其中異步電動機的轉(zhuǎn)速為n，異步電動機的運行頻率為f，而s 是它的運作機轉(zhuǎn)的自差率，p 為電機極對。其中轉(zhuǎn)速n 與離心機電機的頻率為反比關系，而變頻調(diào)速器，就是通過調(diào)節(jié)電機運轉(zhuǎn)頻率來實現(xiàn)對離心機轉(zhuǎn)動速率進行調(diào)節(jié)的。石化所選用的機械設備大多頻率都處在0-50Hz之間的范圍內(nèi)，那么電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍就會非常大。離心機這一類動力設備并不需要時刻保持滿功率運行，當離心機內(nèi)需要加工的石油量不多時，應當利用自動變頻調(diào)速器將其轉(zhuǎn)速調(diào)整在合適的檔位，減少設備空載運行的幅度與時間。

三是要改善全系統(tǒng)的電壓分布，使整個石化的供電架構的三相負載平衡，從而達到降低線損的目的。有功損耗可記作:P=I12*R1+I22*R2+I32*R3+I02*R0,其中I1-3分別為三相負載電流，而I0 為零序電流，R1-3 為三相負載電阻，R0 為中性線電阻。當三相電流平衡時，I1=I2=I3，所以Pph（線損）=3I12RA,而當三相不均衡時，以其中一項符合為零的情況為例，Pph2=2*(3I1/2)2R1+3I1/2)2R0，=2.25Pph。所以說三相符合不平衡時，線損情況會極度增大，通過數(shù)值分析可以不平衡幅度越大，產(chǎn)生的線損就越多。石化生產(chǎn)實際中可能沒有辦法完全將三相負載完全調(diào)整到中性電流始終為0 的程度，但是需要對所有的用電設備進行合理調(diào)整，最大程度降低三相負載的不平衡程度。

（五）合理調(diào)整電網(wǎng)系統(tǒng)變壓器

石化變壓器容量設計一般會留出較大的裕度，以保證石化電氣設備的正常運行，但這種方式也降低了變壓器的負載率，容易出現(xiàn)容量浪費和無功功率損耗增加等問題，因此，在供電線路節(jié)能優(yōu)化設計中，可以用新型節(jié)能變壓器替代本身能耗較高的變壓器。在變壓器負荷優(yōu)化過程中，在距離合適、電動機或熱機功率符合、變壓器容量允許的情況下，可以將兩臺動力設備或熱工設備接入一臺變壓器進行供電，降低變壓器自身損耗。特殊情況下，還可以對變壓器布局位置進行合理改動，縮短作業(yè)現(xiàn)場與變電站之間的距離，以減少由于配電線路迂回蜿蜒帶來的故障隱患，有效降低線損率。

（六）石化其他電力系統(tǒng)的優(yōu)化

除去供配電網(wǎng)本身能耗和電氣設備能耗，石化開采過程中還有一些輔助施工的電力系統(tǒng)也可以采取相應措施進行節(jié)能優(yōu)化。比如現(xiàn)場照明系統(tǒng)，不同作業(yè)環(huán)境對光線的需求程度是不同的，照明系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化可以從以下幾個方面進行：一是采取集中投放投光燈和泛光燈，減少燈具的采購成本和電能的消耗，保證照明系統(tǒng)的亮度。二是可以選用智能照明柜，在不同時段對電壓質(zhì)量進行調(diào)整，保證電壓穩(wěn)定，還可以配合時控器、光控器等裝置，在滿足石化的夜間作業(yè)需要的前提下，達成節(jié)能減排的目標。對于燈具的選擇，也要格外注意節(jié)能功效，盡量兼顧顯色效果、光效以及產(chǎn)品質(zhì)量，鹵化物燈就是一個不錯的選擇。

結論：對電氣設備和供電線路進行能效優(yōu)化可以顯著提高石化電網(wǎng)運行效率，節(jié)省電力能源的消耗，促進石化產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。石化工作人員應當積極采取能耗優(yōu)化措施，對現(xiàn)場供配電線路進行合理布局、在電網(wǎng)系統(tǒng)中應用無功補償技術、優(yōu)化電氣設備結構和電網(wǎng)調(diào)度方式等，全面提高電氣設備和供電線路的節(jié)能效果，促進石化產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。