銅加工企業(yè)電氣節(jié)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(yè)有限公司

2.中南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院

0 引言

銅加工企業(yè)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(jìn)式加熱爐、氣墊式退火爐和鐘罩式退火爐。其他生產(chǎn)線黃銅爐、無(wú)氧銅爐等加熱動(dòng)力采用電力中頻爐。除此之外，工廠動(dòng)力均采用電力供應(yīng)。電能的應(yīng)用廣泛，因此，電力的有效利用率和杜絕浪費(fèi)對(duì)每個(gè)企業(yè)而言是重要的節(jié)能工作。企業(yè)制定有效的技術(shù)措施和提高管理水平，充分利用國(guó)家節(jié)能優(yōu)惠政策，全員參與節(jié)能降耗?；谟嘘P(guān)電氣節(jié)能方面的思考，采取節(jié)能降耗方法對(duì)低碳經(jīng)濟(jì)和碳中和進(jìn)行探索。

1 企業(yè)電氣節(jié)能的一般原則

可靠性：由于銅加工企業(yè)生產(chǎn)工藝的要求，其電力負(fù)荷屬于一類負(fù)荷，在主要設(shè)備和關(guān)鍵設(shè)備上采用國(guó)際一流的設(shè)備和元器件，以保證生產(chǎn)的連續(xù)性和安全性，并依照相關(guān)的用電設(shè)備使用規(guī)定制定合理的電能利用方案。

經(jīng)濟(jì)性：在輔助設(shè)備和工廠照明系統(tǒng)，要因地制宜，優(yōu)先選用節(jié)能材料及節(jié)能設(shè)備，以節(jié)約成本、實(shí)現(xiàn)利益最大化。

節(jié)能性：運(yùn)用國(guó)家鼓勵(lì)的節(jié)能減排政策和科技措施，生產(chǎn)中要排查電力線和電氣設(shè)備的異常電能消耗，做到安全和節(jié)能并舉。

2 工業(yè)企業(yè)電氣節(jié)能的主要措施

2.1 照明部分節(jié)能設(shè)計(jì)和改進(jìn)

照明設(shè)備在銅加工企業(yè)中由于工藝要求三班制作業(yè)，能耗比重在0.2～0.3之間。新廠房設(shè)計(jì)，采用大面積玻璃窗戶，鋼結(jié)構(gòu)頂部采用透明玻璃鋼采光提高廠房?jī)?nèi)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(duì)于照明部分開(kāi)展節(jié)能設(shè)計(jì)的改進(jìn)和改造，主要利用照明光源、設(shè)備的科技進(jìn)步和發(fā)展以及國(guó)家政策大力推薦，提高照明效果和降低能耗。近20年來(lái)，傳統(tǒng)的白熾燈已逐步被節(jié)能燈替代，同樣功率節(jié)能約3倍。能耗高且維護(hù)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(zhèn)流器去掉，選擇兩端LED日光燈即可，改造簡(jiǎn)單，照明效果更好，使用周期長(zhǎng)，維護(hù)量少,同樣功率可節(jié)能約3倍。

對(duì)于照明線路的電能損耗而言，技術(shù)上通過(guò)測(cè)量負(fù)載三相負(fù)荷的實(shí)際情況，調(diào)整三相負(fù)荷，盡量平均分配，將三相五線制供電方式運(yùn)用到建筑照明系統(tǒng)中，盡可能降低線損。

在不同的工作場(chǎng)所，照明要求也不盡相同，有的根據(jù)分時(shí)段光線采用感應(yīng)開(kāi)關(guān)，有的根據(jù)人員出入采用聲控開(kāi)關(guān)以切換照明。結(jié)合傳感器、智能開(kāi)關(guān)和總線控制等先進(jìn)技術(shù)[1]，進(jìn)行科學(xué)節(jié)能環(huán)保控制。比如在銑面機(jī)的抽銅屑出風(fēng)口安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)，既可以產(chǎn)生電能來(lái)照明，節(jié)約能源，又能讓人了解機(jī)組此時(shí)此刻正在生產(chǎn)。

2.2 公共直流母線應(yīng)用

在設(shè)備訂貨之前，根據(jù)掌握的技術(shù)，采用交流變頻技術(shù)中的交流-直流-交流變頻方式來(lái)控制一條生產(chǎn)線的全部或者大部分電機(jī)。在銅加工企業(yè)的生產(chǎn)線，可以充分利用開(kāi)卷機(jī)的倒拉反轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電能，將其應(yīng)用到其他電機(jī)上。公共直流母線技術(shù)是采用一個(gè)公共的整流和回饋或者制動(dòng)裝置?；仞佉?yàn)檠b置復(fù)雜，價(jià)格昂貴，維修量大而逐漸被淘汰，制動(dòng)電阻因?yàn)檠b置簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，維修非常少，使用較為普遍。公共直流母線網(wǎng)絡(luò)如圖1所示，所有調(diào)速逆變器直接掛接在直流母線上。處于電動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)，從母線上獲取電能，處于發(fā)電狀態(tài)電機(jī)，能量回饋母線可以供其它電機(jī)使用。相對(duì)于交交變頻器，此裝置可以節(jié)省設(shè)備造價(jià)20%，節(jié)電20%，相對(duì)于直流變頻器可節(jié)電30%[2]。

圖1 公共直流母線

2.3 電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)的過(guò)溫過(guò)載

在點(diǎn)檢中觀察電氣設(shè)備運(yùn)行中外觀有無(wú)損壞，如通過(guò)嗅聞設(shè)備運(yùn)行時(shí)的氣味，判斷設(shè)備中是否有線路燒損，通過(guò)測(cè)溫槍和紅外線檢測(cè)儀檢測(cè)設(shè)備和線路發(fā)熱狀況，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備線路溫度異常，應(yīng)著手進(jìn)行分析和判斷。如圖2所示，三相接頭螺絲發(fā)現(xiàn)兩側(cè)較松，現(xiàn)場(chǎng)增加彈簧墊圈緊固導(dǎo)線接頭，更換變質(zhì)零部件。對(duì)線路問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，既能解決設(shè)備故障和隱患，提高設(shè)備運(yùn)行安全，又能節(jié)約發(fā)熱接頭電能的損耗。

圖2 紅外線攝像儀檢測(cè)端子的結(jié)果

2.4 投入無(wú)功補(bǔ)償，優(yōu)化功率因數(shù)，優(yōu)化變壓器使用性能

功率因數(shù)是衡量用電設(shè)備（如電網(wǎng)的變壓器）傳輸線路等用電功率的數(shù)據(jù)，提高功率因數(shù)可以降低線路損耗。安裝10 kV和380 V兩側(cè)無(wú)功補(bǔ)償裝置，能夠充分利用變配電設(shè)備以及用電設(shè)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(bǔ)償，380V采用分散補(bǔ)償，從而有效減少電能損耗，提高供電品質(zhì)。在110 kV變電所采用不是絕對(duì)提高功率因數(shù)，而是根據(jù)負(fù)載和變壓器情況，優(yōu)化功率因數(shù)，達(dá)到最佳，cosφ=0.95只是高壓電容器無(wú)功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)運(yùn)行的起點(diǎn)[3]，每臺(tái)主變需要具體計(jì)算，使損耗最小。同時(shí)根據(jù)110 kV變電所實(shí)際工況，在用電負(fù)載和電壓分接頭，主變并列運(yùn)行上進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，對(duì)于8 000 kVA主變，年節(jié)電5.89萬(wàn)kWh達(dá)到節(jié)能效果[4]。

2.5 削峰填谷

每個(gè)企業(yè)用電量基本是固定的，但是負(fù)荷分配時(shí)間卻不同，合理根據(jù)分時(shí)電價(jià)的價(jià)格差異，調(diào)整用電負(fù)荷，合理運(yùn)用多種方式對(duì)電負(fù)荷進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)。在高峰時(shí)段，應(yīng)該優(yōu)化用電設(shè)備的運(yùn)行管理，削峰填谷可以取得較好的效益。根據(jù)安徽省峰谷分時(shí)電價(jià)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(dá)到2.4倍。同樣的用電負(fù)荷，在不同的時(shí)間段卻可以產(chǎn)生最大2.4倍的用電成本，對(duì)于銅加工企業(yè)大功率高耗能的熱軋機(jī)設(shè)備，促使企業(yè)下大力氣進(jìn)行調(diào)整，熱軋機(jī)功率達(dá)到2 500 kW峰谷比電價(jià)，安排在大夜班生產(chǎn)，選擇削峰填谷節(jié)約電費(fèi)，節(jié)約電費(fèi)=18 574-7 774=1.08萬(wàn)元，以一個(gè)月生產(chǎn)20天計(jì)算，則每年節(jié)約241.92萬(wàn)元。用電設(shè)備的運(yùn)行根據(jù)時(shí)間段設(shè)定，安排設(shè)備運(yùn)行的優(yōu)先級(jí)，對(duì)于電力用戶可取得經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于發(fā)電企業(yè)可減小線損，提高設(shè)備利用率。

2.6 淘汰落后電氣設(shè)備

為貫徹落實(shí)國(guó)家及有關(guān)部門在企業(yè)動(dòng)力設(shè)備節(jié)能新技術(shù)、新措施方面的政策與具體要求，遵照國(guó)家及相關(guān)政府在這方面的節(jié)能政策與技術(shù)要求，做好以下幾個(gè)方面的工作：一是企業(yè)要及時(shí)關(guān)注國(guó)家及有關(guān)部門在企業(yè)節(jié)能方面的新規(guī)劃；二是企業(yè)要依據(jù)節(jié)能新要求落實(shí)對(duì)動(dòng)力設(shè)備的改造；三是企業(yè)管理層要重視對(duì)動(dòng)力設(shè)備節(jié)能新技術(shù)與新措施的研究與完善；四是要堅(jiān)持理論與實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)可控的動(dòng)力設(shè)備改造來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能效率的提高。

在工廠設(shè)計(jì)階段，選擇安裝變壓器時(shí)，推廣使用干式變壓器，通常干式變壓器維護(hù)的工作量和費(fèi)用相對(duì)低于油浸變壓器，工作環(huán)境較好。如果已經(jīng)在使用油浸變壓器，則在有條件的情況下建議對(duì)其進(jìn)行改造。改造雖花費(fèi)較大，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，對(duì)其進(jìn)行維護(hù)的工作量與費(fèi)用將有效地降低。對(duì)一些持續(xù)24小時(shí)工作的電機(jī)，采用節(jié)能電機(jī)來(lái)替代。比如某生產(chǎn)線的油泵電機(jī)型號(hào)為Y160M-4，11 kW，效率88.4%，現(xiàn)替換為YX3-160M-4,效率為91%，每年節(jié)約電費(fèi)=11×24×30×12×（91%-88.4%）×0.624 2=1 542.42元，效益可觀。

2.7 諧波

企業(yè)生產(chǎn)中由于非線性負(fù)載和整流等裝置不可避免產(chǎn)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(chǎn)生的損耗和對(duì)電氣元器件的影響，對(duì)于最大效率提高節(jié)約能源有重要意義。在工廠設(shè)計(jì)階段，對(duì)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(chǎn)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(shí)際濾除效果62.89%，13次諧波電流5.851 A到2.28 A,實(shí)際濾除效果61.03%[5]，效果顯著。非線性負(fù)荷通常采用價(jià)格便宜、維修量少的無(wú)源濾波器，少數(shù)采用價(jià)格高的有源濾波器加以消除或者減弱。

2.8 管理節(jié)能潛力

企業(yè)能源部門通過(guò)專職人員和電氣工程師進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，結(jié)合國(guó)家發(fā)展規(guī)劃、能源定額管理制度，制定能夠降低企業(yè)能源消耗總量辦法和措施，在企業(yè)每條生產(chǎn)線和重要設(shè)備安裝遠(yuǎn)程電能計(jì)量裝置，對(duì)能源利用狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷分析，對(duì)能源管理進(jìn)行優(yōu)化，可以達(dá)到全企業(yè)節(jié)能2%～5%的效果。其次，從全國(guó)相關(guān)企業(yè)二次能源回收利用情況來(lái)看，大多數(shù)企業(yè)對(duì)于二次能源綜合利用認(rèn)識(shí)不足，利用水平比較低，余熱、余能節(jié)能裝置配備率較低，節(jié)能潛力較大。

3 結(jié)束語(yǔ)

科技進(jìn)步提高了電能的使用率，積極推行國(guó)家節(jié)能政策，在工廠設(shè)計(jì)階段，優(yōu)化供配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)，生產(chǎn)線傳動(dòng)采用公共直流母線方式，減少線路損耗，提高動(dòng)能合理利用；在工廠運(yùn)行階段，提高和優(yōu)化供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)，照明的節(jié)能更新?lián)Q代和電動(dòng)機(jī)節(jié)能替代等方面進(jìn)行革新，通過(guò)利用國(guó)家的各項(xiàng)政策削峰填谷等節(jié)約電能，降低損耗，為企業(yè)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，對(duì)企業(yè)而言，所有人既要參加TPM全員維護(hù)，也應(yīng)該全員參加能源的節(jié)約。通過(guò)不斷的完善，多管齊下，以節(jié)約能源為主，制定出合理的方法，提高節(jié)約的經(jīng)濟(jì)效益，有利于企業(yè)更好的發(fā)展。