工业企业供用电系统节能优化

工业企业供用电系统节能优化

陈泉深

（珠海新能电力设计院有限公司珠海市519000）

摘要：目前，国家大量应用节能技术，以实现对高耗能企业进行节能监测的目的，但目前大部分的节能手段仅局限于用电设备的节能改造方面。本文以乐电科技（珠海）有限公司为例，从该企业的用电状况、企业供用电系统特点出发，通过从变压器、供电网络、无功补偿、以及新能源利用四个方面，就如何进行节能优化进行分析研究。

关键词：工业企业；供配电系统；节能优化

1企业用电情况概述

该企业以生产高密度线路板为主，生产能力每年约10万m2。设有10个生产车间，包括压合车间、成型车间、激光钻车间、机械钻车间、电镀车间、防焊车间、加工车间、终检车间、微影车间、测试车间。另设动力维护车间、废水处理站、中央集尘房、工业垃圾暂存库、库房等5个辅助车间。整个厂区分生产车间区、公用设施区、办公区、生活区。

厂区设三座变电所：#1变电所设置在厂房内，主要供生产用电、办公楼用电，安装容量为4×2000kVA；#2变电所设置在仓库内，主要供公用设备用电，安装容量为1×2000kVA；#3变电所设置在生活区内，安装容量为1×1000kVA。另在#1变电所内设厂用开关站，厂房生产用电、办公楼用电均由它出线间隔供电；另#2变电所、#3变电所均由它放射供电。开关站由两路10kV电源进线，#2、#3变电所之间未形成环网连接。

根据2017年全年企业的用电分配情况，公司各用电环节用电量分配见图1-1。其中生产用电占了全公司总用电量的55.46%，其中电镀车间的用电量最大，占总用电量的11.87%。公用设施用电占了42.90%，其中公用设备和空调的用电量最大，占总用电量的12.97%和10.02%。办公和生活用电占1.64%，办公用电主要是办公室的电脑、照明用电，生活用电为食堂及宿舍用电。

图1-1用电环节电量分配

2供用电系统降耗节能

2.1优化供电网络

从经济运行的角度优化供电网络，就是在确保电网安全和技术合理的条件下，通过调整负载分布等措施，最大限度地降低网络的线损。

1）先讨论位于厂房的#1变电所中心开关站的供电线路与负载之间的经济合理性分配。

根据两回供电线路同时运行的经济运行理论，要使线路的有功功率损耗和无功功率损耗达到最小，跟线路负载分配和线路长度有关。两回供电线路的经济运行是负载按电阻反比分配于两回线路，即线路短的一段母线上负荷带重一些会更经济一些。就目前两段母线所带负荷来看，I段母线上带的负荷稍重，但电源线路比II段母线线路长，从供电网络经济运行的角度来说，不太合理，可适当调整一些负荷从I段母线至II段母线上；或者将来增容时考虑将新增负荷挂在II段母线上，以达到经济分配的目的。

2）#2变电所和#3变电所目前未形成环网连接，为增加供电可靠性，可将其环网连接，并将两路电源取自不同的母线段，或将来增加变电所时，考虑环网连接。根据供电网络经济运行理论，对于不均一环网供电的网络，合环运行将出现循环电流，因而使线损增加。因此在安全运行的前提下，首选开环运行。

3）在满足设备运行条件的情况下，尽量简化电压等级，对供电网进行升压改造。根据功率损耗计算公式：ΔP=（P2+Q2）R/U2，在负荷功率不变的情况下，将电压升高，则通过元件的电流减小，功率损耗也随之降低。同理，提高运行电压，通过降低电流来减少损耗。假设将运行电压提高α，则功率损耗下降值为：δ=S2R/U2[1-1/（1+α）2]，通过计算可得，电压每提高1%，线损可降低11.9%，节能效果显著。因此，在满足安全运行的前提下，可适当提高运行电压。

2.2变压器经济运行

目前，三个变电所的变压器运行方式见下表：

表3-1变压器运行方式表

该厂采用了较先进的SGB11-R型干式变压器，该类型变压器为卷铁芯非包封线干式变压器，与SCB9型变压器相比，损耗更低，性能更优越。当然，可考虑选用更低损的非金合金变压器，但目前价格较高。

从建厂之初到现在，该公司一直处于生产比较饱和的状态，因此1T~5T变压器的负载率一直保持较高水平，在0.5~0.8之间；但受订单及季节的影响比较重，7~10月份生产旺季再加上夏季空调的使用，有时有的变压器会达到满载运行，而在1~3月份间，用电量急剧下降，年用电负荷曲线变化比较大。而生活区的6T变压器全年一直处于较低负载率的情况，有时候不足0.2。

根据2016年全年各变压器的用电量数据，利用变压器经济运行理论，对变压器经济运行水平进行一个评估，内容如下：

1）经计算，6台变压器的负载率最佳运行区在0.23~0.75之间，由于生产较满，1T~5T基本上运行在此区间，不存在“大马拉小车”的运行状态，在未扩产的情况下，可暂时不用增加或减少变压器数量及容量；6T变压器负载较轻，从节约电费的角度考虑，可换用一台630kVA的变压器使用，这样可提高负载率，也使损耗降低。

2）应用变压器经济运行理论，计算可得：两台2000kVA变压器所带总的负荷小于1254kVA时，运行单台变压器更经济，因此当遇上淡季时，可考虑使用一台变压器。

3）应用变压器经济运行理论，两台变压器并列运行的方式比分列运行方式更经济，因此，当负荷足够大到必须由两台变压器来带时，应尽量采用并列运行的方式；并列运行方式也可以减少其中一台变压器因长期高负载带来温升过高、加速老化的问题，使两台变压器在损耗方面能够达到均衡，使用寿命能够同步。

4）除了优选变压器运行方式达到经济运行目的外，还可按最经济的负载比例进行变压器间的负载经济调配。#1变电所的1T~4T变压器处在同一安装位置上，具备调配负荷的条件，参考生产用变压器

1T~4T的用电量和容量，算出这4台变压器的负载经济分配系数为：γ1=γ2=γ3=0.267，γ4=0.199。生产用负荷可以尽量按此比例进行负荷分配。

2.3无功补偿及谐波治理

在用并联电容器进行无功补偿的供电系统中，单纯的并联电容器的容抗比系统感抗大得多，发出无功功率对电网进行无功补偿；但在有谐波背景的系统中，大量的非线性负荷如通风设备、空调、水泵的异步电动机、用于照明的荧光灯，以及用于通讯和计算机系统的整流器、电子稳压电源等，会产生大量的谐波电流注入电网，对这些谐波频率而言，电网感抗显著增加而补偿系统容抗显著减小，导致谐波电流大部分流入电容器支路，电容器会因过流而产生故障。另外，针对无功补偿系统的调谐频率，如果电网中存在该特定频率的谐波电流源，则该谐波将直接放大，严重时还会发生并联谐振或串联谐振。谐波的危害除了降低功率因数和电气设备利用率外，还将产生附加损耗；谐波电流加在电容器的基波电流上，使电容器电流有效值增大，而电容器又将谐波电流放大，严重时会对电网的正常运行造成危害。在工厂中，通常会将无功补偿与滤波抑制结合起来，综合治理，通过选择不同的电抗系数及无功补偿容量，就可以达到较好的补偿效果和滤波目的。

2.4新能源利用及余热回收

该公司地处珠海斗门新青工业园区，珠海市拥有较为丰富的太阳能资源，是我国热量最丰富的地区之一，适宜开展太阳能热利用和太阳能光伏发电应用。可考虑推进光伏屋顶项目，节能降耗；该光伏发电系统可联网或独立运行，通过双向电表进行双向计费。

该公司所使用的公用设施耗电耗能较大，同时会产生大量的余热，这部分热量目前还没有有效利用，可以进行综合利用以减少生产成本。空压机在运行过程中会产生较多的余热，此部分余热被排向室外，造成浪费，可考虑将此余热利用，可解决职工热水冲凉以及锅炉水升温等问题。

参考文献：

[1]广东省节能培训教材编写组.节能管理.中国电力出版社.2013年5月第一版

[2]广东省节能培训教材编写组.合理用电基础与技术.中国电力出版社.2013年5月第一版

[3]罗安.电能质量治理和高效用能技术与装备.中国电力出版社.2014年10月第一版