工业企业节电浅析.docx

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工业企业节电浅析

引言

电力是一种应用最广泛、使用最方便和最清洁的能源。

电力是二次能源，它是由煤炭、石油、水力、核能以及风力、太阳能等转化而成的。

随着经济的发展，世界各国的能源消耗与日俱增，地球面临的十大环境问题：

全球气候变暖、臭氧层被破坏、生物多样化减少、酸雨蔓延、森林锐减、土地荒漠化、资源短缺、水环境污染、大气污染、固体废弃物成堆，无不与能源过度消耗密切相关，已经严重威胁到人类的正常生存。

因此，降低电耗、节约能源已经成为世界各国的共识

节约用电的意义

解决能源问题，必须坚持贯彻开发与节约并重的方针，并把节约能源放在重要位置。

电能是宝贵的二次能源，节约用电是节约能源的重要内容。

节约用电，就是要不断提高电能利用的技术水平，不要白白浪费电能，让每度电的电能都发挥出最大的作用。

节约用电的意义在于：

（1）节约电能，也就能节约发电所需的一次能源，从而使全国的能源得到节约，进而减轻能源和交通运输的紧张程度；

（2）节约电能，也就意味着相应地节省国家对发、供、用电设备需要投入的基建投资；

（3）节约电能，必须依靠科学与技术的进步，在不断采用新技术、新材料、新工艺、新设备的情况下，节电的同时必定会促进工农业生产水平的发展与提高；

（4）节约电能，要靠加强用电的科学管理，才能改善经营管理工作，提高企业的管理水平；

（5）节约电能，能够减少不必要的电能损失，为企业减少电费支出，降低成本，提高经济效益，从而使有限的电力发挥更大的社会和经济效益。

我国工业企业用电现状

一、用电现状

工业企业是我国能源消费的大户，能源消费量占全国能源消费总量的70%左右。

其中钢铁、有色、煤炭、电力、石油石化、化工、建材、纺织、造纸等九大重点耗能行业，其用电量占整个工业用电的60%以上，但单位能耗平均却比国外先进水平高出近40%。

近年来，随着市场经济体制的不断成熟，国内大多数企业面临日益加剧的全球化市场竞争，多数企业都面临着利润下滑的处境。

对此，只能从加强市场开拓以及强化成本控制两方面着手。

而在工业企业的各项成本中，电费已成为紧随物料成本、人工成本之后的第三或第四项大的成本。

许多企业由于管理、工艺、技术等各方面原因，用电效率普遍偏低。

因此通过各种技术手段来降低电费成本支出、提高利润空间已经势在必行。

二、电能浪费症状分析

Ⅰ生产工艺普遍落后

在我国的工业企业中，很多技术还停留在上世纪七八十年代水平，生产工艺普遍落后，产品产量和质量也相对很低，单位产品电耗大。

Ⅱ供配电系统运行效率低

1、变压器及配电线路配置不合理

工厂供配电系统中能耗最多的是电力变压器及配电线路。

由于市场需求的变动和工厂生产工艺的改变，往往出现按设计配置的电力变压器容量与实际不相匹配的情况，例如变压器容量过大、负载率低，变压器损耗大；配电线路粗细和长短不合理、不规范，也导致线路损耗大幅度增加。

2、设备配置不合理，“大马拉小车”情况严重

国内工业企业用电设备多为满负荷设计，额定功率普遍偏大，实际运行效率低，占我国工业用电总量60%-70%的电机，通常的使用效率不到75%，“大马拉小车”与低负荷运行的情况相当普遍。

在此状态下，电机消耗的电能中有相当部分是以发热、铁损、铜损、噪音与振动等形式被浪费掉。

3、用电设备陈旧老化

目前我国工矿企业中也有不少的变压器、电动机、风机、泵类等通用设备是属于六七十年代的产品，有的设备及供电线路非常陈旧，这些设备和供电线路在运行时效率低、耗电多、浪费非常大。

Ⅲ电力品质低，电能质量差

1、瞬变电压和浪涌电流的影响

工业企业用电设备数量多、启动频繁、负荷变化大，容易对电网产生冲击，瞬变电压和浪涌电流情况严重，严重威胁和影响其它设备的正常运行，导致电机温升和电表转速加快而浪费电能，系统用电效率下降。

2、谐波的影响

工业自动化使用的整流器、变频器、可控硅等非线性设备，会产生大量的谐波，使系统电压和电流的波形畸变，恶化电力品质，不但增加电耗，也影响了用电安全和设备使用寿命，谐波的危害已成为电网最主要的公害。

3、供电电压不稳定

工业输变电网系统负荷大、分布广，用电高峰期和低谷期分布时段非常明显，因此在用电高峰和低谷时段电压波动很大，都会在很大程度上浪费电能，同时会恶化用电品质，不但增加了电耗，而且也影响到用电设备的使用寿命和用电安全。

Ⅳ能源管理方式粗放

能效使用与供电系统及各种设备的运行管理、维护、检修密不可分，而大部分企业只从保障设备能正常运行角度对电能进行管理，没有从使用效率、生产成本和设备使用寿命等角度，对电能进行精益化管理。

如能源计量、检测管理制度不健全，能源管理岗位不到位，职责不明确等。

由于缺乏科学有效的电能利用及电能质量管理手段，企业一般都不知道电能主要消耗在什么地方，电能质量有没有被污染以及污染程度有多大？

不清楚什么时间消耗了多少，也不明白电能浪费的漏洞在哪里，更不清楚改善的机会有哪些，怎么样改善。

　　　节约用电的具体举措

一、采用无功补偿提高功率因数，是系统节电和提高电能质量的基本途径

1．进行无功补偿提高供配电系统的功率因数

功率因数是衡量电力系统用电效率的一个经济指标，它由系统的有功和无功两个因素决定。

由发电到用电整个过程中，伴随着有功功率产生的同时产生着无功功率。

有功是电能转换为用户所需的能量，比如电流通过电动机使电能转换为机械能，电流通过灯发光等等。

无功是电流在电力系统磁场或电场中流动，不会使电能转换为用户需要的能量，是不做功的。

在图中有功损耗是以功率因数为1时的损耗为基值来表示的

据有关资料统计，一个100万kW的电力系统，如果无功功率问题处理得好，每年可节约的电能超过1亿kW，可使电网系统的设备节约2～3万kW的设备容量。

无功功率分为感性和容性无功功率，交流系统的无功功率应保持平衡，一般用户大多数是电动机、变压器等电感性负荷，必须用容性功率来平衡电感性无功负载。

有功功率变化影响电网周波，无功功率的变化影响电网的功率因数和电压质量。

无功补偿不足不仅会引起电网电压崩溃，造成严重事故，而且会对用户外的电网系统造成影响。

为此，国家规定用户的功率因数必须按规定达标，否则将受到经济处罚。

无论是从节电或电能质量的角度，企业必须对电网的无功进行补偿处理。

提高用户的功率因数可以降低视在功率，从而降低电网的投资；提高功率因数，使设备与线路中的有功损耗减少，从而使线路与变压器的电压降减少，增加输送电能力并使电能质量提高。

2.无功补偿方式与节电效率

无功补偿分集中补偿、分组补偿和就地补偿三种方式：

（1）集中补偿就是在高、低压配电所内设置若干组电容器组，电容器接在配电母线上，补偿该配电所供电范围内的无功功率，并使总功率因数达到所规定的值以上。

优点是:

设备投资小、便于集中管理;

缺点是：

只能补偿高、低压母线之前（电源方向）线路上的无功功率，它相当于把无功功率源移到用电企业的配电所，使用户对供电系统的要求无功功率有所减少。

但它对于配电母线下的企业内部的变压器和线路的无功功率不能起到补偿作用，仍有大量的无功功率（无功电流）在企业内部线路上流动，产生大量的损耗。

（2）分组补偿是企业各个负荷中心进行的局部补偿，一般是车间或对多台小功率用电设备装设无功补偿，又叫小集中补偿。

优点是：

它能使无功电流限制在一个较小的范围内环流，节电效果比集中补偿好；

缺点是：

380V低压母线以下配电网中仍存在大量低压无功电流流动，并产生损耗。

（3）就地补偿把无功补偿器直接装设在用电设备旁或进划线端子上。

消除环流在高、低压线路上的流动，减少线路负荷和损耗。

优点是：

它是一种最彻底的补偿方式，节电效果最好；

缺点是：

补偿点多。

三种补偿方式的性能比较见表1。

表1集中补偿、分组补偿、就地补偿性能比较表

三种补偿各有优缺点，对大中型企业，建议采用三种方式相结合的措施，相互弥补。

3.进行无功补偿的几点建议

（1）根据国内外统计资料，电动机所消耗的电能占整个企业用电的60%～70%，所消耗的无功功率占整个企业无功负荷的比重还要高一些。

消耗无功负荷第二位的是变压器，一般占总功负荷的20%，因此要抓住这两类设备的无功补偿。

（2）三种补偿是互补的，各级补偿对补偿区内的无功有一定限制作用，下一级补偿对降低上一级的无功，提高上一级的功率因数是有效的支持，过补对电网电能质量没有好处，还会带来害处，对企业投资也不经济。

在补偿改造时，要从整个系统补偿考虑，避免过补的浪费。

（3）考虑各个点补偿装置时要考虑其与电能质量的关系，即安装补偿装置处的电能质量如电压、谐波等对补偿电容器的影响及危害；投、切、过补对电网的影响及危害。

（4）实施节能补偿改造，要优先选用技术先进、性能优秀的补偿设备，特别是集中补偿和分组补偿。

先进设备虽然一次性投入大，但运行成本低、补偿节能效果好、对电网的影响小。

（5）无功补偿的目的是通过减少无功进而减少无功在线路及变压器上产生的有功功率损耗。

大部分工业企业没有经过充分论证，就把功率因数提高到高于电力部门规定的某一数值（如0.95），这样既不经济也不合理。

可以通过计算，确定合理的补偿容量，使线路、变压器、补偿装置的功率损耗最小，此时所对应的功率因数称为经济运行功率因数。

对非供电系统企业来说，采用经济运行功率因数还要考虑功率因数奖惩电费

二、采用经济性的生产运行控制方式和先进的节电设备，是实施生产控制与节电的有效方法

（一）对需要调速的工艺生产调节控制、风机、水泵类，采用变频节能具有显著的节电效果、优良的调速性能以及广泛的适用性，可延长设备使用寿命、减少设备故障率等。

变频器节电率一般在20％以上，一般1～2年便可收回投资，应用在风机、水泵上节能效果最明显。

变频节电改造的不足是一次性投资大，并且会产生谐波。

在采用变频节能方案时，要考虑这些因素，合理选择变频器及辅助设备。

（二）对无需调速与控制的用电设备，可采用节电专用设备实施节电改造，如智能马达节电装置、节电宝等。

这类设备投资小、适用性广、针对性强，同时能改善电能质量，是企业节电改造的另一条途径。

（三）采用高效节能设备将带来长期生产用电成本的节约

传统的意识在选择用电设备时，往往看重的是使用功能是否达到生产工艺要求和采购成本，而忽略了运行成本。

以电机为例，实际生产中，购买一台电机的初始投资，往往大大低于电机整个寿命周期内所要支付的电耗成本。

据有关资料分析统计，电动机寿命周期内的运行成本中有97%～98%是电费支出，选择高效节能电机，可能会多付出一些采购成本，而在使用中却能节约运行成本。

Ⅰ异步电动机

1.优先选用新型高效电动机

现在我国工业企业所用电机大部分是Y系列电机，它是20世纪80年代开发设计，与60年代设计的J02系列电机相比，电机效率的加权平均值只提高0.41％，而功率因数反而下降l％左右。

90年代中期，在认真吸取Y系列电机成功经验的基础上我国又设计出了Y2系列电机。

Y2系列电机采用F级绝缘，防护等级提高到IP54，与Y系列相比噪音、振动均有明显下降，用材节约，结构更加合理。

Y2系列电机除了延伸机座和规格外，功率等级与安装尺寸的对应关系与Y系列完全相同。

⑴基本系列即Y2系列三相异步电动机，可满足国内外一般用途的需要，在轻载时效率高；

⑵提高效率系列即Y2-E系列三相异步电动机，适应年运行时间在3000h以上长期连续运行、负载率较高的使用场合，如部分风机和水泵，在满载时效率高，其满载效率比Y2系列提高l.79％。

需要说明的是，尽管Y2系列电机有诸多优点，但其基本系列（Y2）在额定负载时的效率比Y系列降低0.63％（算术平均值）和0.39％（加权平均值）。

特别是在其材料综合成本降低13.61％的情况下，其售价反而比Y系列高出50％到l00％，导致目前在国内Y2系列与Y系列相比并无竞争优势。

我国电机从J02系列到Y系列，再到Y2系列，只是在噪音、振动、节材、外形、绝缘、结构、起动性能等方面有了很大改善。

但效率变化不大。

2.合理确定电机的负载率

不论是Y系列或Y2系列电机，其满载或接近满载时效率均不是最高．一般负载率在65％～85％时效率最高。

从电机学可知，电动机的不变损耗等于可变损耗时，其运行效率最高，相应的最佳负载率为βm，根据有关公式计算出的Y系列电机的最佳负载率见表l

表1Y系列电机的最佳负载率

Pe

2极

4极

6极

8极

kW

Po/WIo/AK=0.01βm0.1βm

Po/WIo/AK=0.01βm0.1βm

Po/WIo/AK=0.01βm0.1βm

Po/WIo/AK=0.01βm0.1βm

0.55

0.75

1.1

1.5

2.2

3

4

5.5

7.5

11

15

18.5

22

30

37

45

55

75

90

950.820.80.95

1051.060.710.86

1501.50.760.92

1581.90.720.89

2652.60.841.0

2252.90.730.89

2653.40.650.79

3004.00.60.71

6606.40.850.92

7807.30.810.87

7608.20.720.79

1280120.961.04

165016.91.01.1

166018.60.870.97

178018.70.870.95

253028.51.01.08

338037.40.981.05

360034.10.931.0

941.020.961.2

1171.30.951.2

1101.50.770.99

1171.80.670.87

1802.50.760.8

2703.50.891.12

2454.40.751.0

2504.70.630.84

2855.960.620.83

4508.40.690.88

57010.40.670.85

65013.40.771.01

692150.720.93

90019.50.780.99

1140190.750.86

1250220.730.86

156028.60.770.91

241039.40.850.94

265043.80.880.99

1351.60.981.27

1571.930.841.05

1952.710.941.24

2003.40.811.09

1943.80.710.96

2284.90.690.95

2235.30.60.81

3768.650.710.985

52012.40.731.0

69013.80.811.04

68014.90.730.95

74017.10.710.93

105018.70.710.81

120019.40.710.82

135023.30.750.87

134025.50.650.76

2203.710.91.2

2204.450.751.01

2506.20.751.09

3007.50.721.02

4209.10.771.03

630130.81.08

60016.20.690.95

74017.90.760.97

83619.90.760.97

1160260.81.02

143028.50.830.97

142032.10.760.91

P0——电机空载损耗，I0——电机空载电流，Pe——电机额定功率，K——无功经济当量，对于功率因数已补偿至0.9及以上企业，取K=0.01；对于发电厂自用电的电机，取K=0.05；对于功率因数未作补偿的企业，取K=0.1。

由于用电设备如电机、变压器等一般是功率越大效率越高。

所以对一定功率的负载选择大一级或二级的电机驱动，虽然此时对电机而言运行效率并不是最高，但对此负载而言比用其它电机效率都高。

例如：

某设备实际负载为2.2kW，需4极电机驱动。

选用不同电机时的效率是不同的。

见表2。

表2拖动2.2kW负载时不同系列4极电机的功率和效率

电机系列

电机功率/kW

电机效率/％

Y系列

2.2

3

4

81

83

86

YX系列

2.2

3

4

86.3

86.96

88.6

由此可见，选用YX系列4kW电机比选用Y系列2.2kW效率提高7.6％!

3.查明并消除造成电机三相不对称运行的原因

电机不对称运行将产生反向旋转磁场，进而产生制动力矩，增加电耗。

产生不对称的原因：

一是由于制造原因，无法做到使电机三相绕组的参数完全相同，导致三相电流不对称；二是由于种种原因造成线路末端电压不同，电机的端电压也不对称。

4.适当降低运行电压

一般地，电压降低10%以内，都有节电效果，但考虑启动问题，一般运行电压比额定电压低5％既有节电效果又不会引起启动困难等问题。

另外，当负载率在30％以下时，将三角形连接的绕组改为星形连接，也可以节电。

现在市场上流行的国产的一些电机节电器其工作原理就是当电机轻载运行时，采用电子电路降低电机电压，减少铁损以达到节能的目的，同时还具有软启动软停车功能。

5.变频调速节能

调速节能是交流电机十分重要的节能方法，交流电动机采用调速技术节能，可使电机效率提高5％～l0％。

在各种调速方法中尤以变频调速节电效果为最佳。

（1）对于离心式风机、泵类负载，其流量与转速一次方成正比。

其风压或扬程与转速二次方成正比，其功率与转速三次方成正比。

各

种调节方法下流量与电机效率的变化关系如表3。

表3各种调节方法下流量与电机效率的变化关系％

风量

轴功率

出口挡板

进口档板

转子串电阻液力偶合器

变频串极

变极

电输入总损耗效率

电输入总损耗效率

电输入总损耗效率

电输入总损耗效率

电输入总损耗效率

30

40

50

60

70

80

90

100

2．7

6．4

12.5

21.6

34.3

51.2

72.9

100

7168.33.8

77.571.18.3

8471.514.9

89.567.924.1

9560.736.1

99.548.351.5

103.530.670.4

107793.5

5249.35.2

5649.611.4

6047.520.8

6442.433.8

6833.750.4

72.521.370.6

8411.186.8

106694.3

1512.318

2114.630.4

2916.543.1

3917.455.4

5217.766

6816.875.3

8613.184.8

108892.6

52.354

92.671.1

152.583.3

253.486.4

383.790.3

564.891.4

796.192.3

108892.6

31.318.840

11616.086.2

目前中小型电机节能调速采用变频器已十分普遍，中高压大功率变频器的应用发展也十分迅速，美国约有50％的调速电机均采用变频调速。

需要指出的是，现在各个著名变频器制造商都生产有专门用于风机、水泵的产品，其效果、价格都比通用型变频器好些。

（2）对于容积式风机、泵，如罗茨风机和空压机，其功率与转速二次方成正比，采用变频调速，节电效果可达20％。

（3）对于桥式起重机，由串电阻调速改为起重专用变频器调速，节电效果可达30％～60％。

Ⅱ交流接触器

交流接触器是电机传动控制系统中的主要电器，它的主要缺点是噪音大，电耗大，线圈及铁心温度高。

交流接触器的节电措施主要是无声运行技术，主要有以下两种方法：

1.交流线圈直流化无声运行技术，它有两种类型：

（1）普通直流化型：

基本思路是将原来线圈由交流供电改为直流或脉动直流供电，可以减去短路环和铁心电耗，并可以消除噪声，降低线圈温升。

延长使用寿命。

它还可细分为电容式、变压器式、三相全桥式等类型。

适用于非频繁操作的场合。

（2）双绕组线圈式：

为了节能和减少噪音，在统一设计的CJ20系列某些等级交流接触器中。

将线圈改为两个绕组外加一个桥式整流电路的形式。

2.磁保持无声运行技术，它有两种类型：

（1）普通磁保持型：

将原接触器铁心中的硅钢片改为使用半硬磁钢，在直流励磁下接触器吸合，铁心因剩磁保持在吸合位置，当用反向交流或直流去磁时。

接触器释放，适用于非频繁操作的场合。

（2）永磁（恒磁）保持型：

利用永久磁铁与微电子模块组成的控制装置，取代传统的电磁驱动装置，运行中无工作电流，仅有微弱信号电流（0.8～1.5mA）支持控制模块完成铁心的磁转换，实现接触器的吸合、维持和释放功能，是一种超级节能接触器，可用于频繁操作的场合。

目前国内河南松峰电气公司永磁保持型接触器有四大系列，外形安装尺寸分别对应于CJ20系列，LCl（施耐德）系列，B（ABB）系列，3TF、3TB（西门子）系列，完全可以替代这些产品。

Ⅲ变压器

1.变压器型号和容量的选择

我国现在工厂使用的变压器主要有S9系列、新S9系列、S10系列和Sll系列变压器，更早的S7系列变压器已于1999年被国家明令淘汰，禁止生产。

由于节能经济的提出以及国家产业政策向节能产业的倾斜，节能型变压器的应用前景也会越来越宽。

目前常用的低损耗10KV配电变压器有S9系列、S11系列及非晶合金型等。

新S9型低损耗变压器是在S9型变压器的基础上改进而来。

它的空载损耗、空载电流和噪声都较低，产品质量可靠、价格便宜。

在城网和农网建设改造中普遍采用。

S11型卷铁心变压器具有绕制工艺简单、重量轻、体积小、空载损耗比S9型降低25%-30%、维护方便、运行费用省、节能效果明显等优点，比较适合农村电网的负荷特性和技术要求。

S11-M.R型三相卷铁心全密封配电变压器采用代替传统结构的特殊卷铁心材料，其空载损耗降低30%，空载电流降低50%-80%，噪声降低6-10dB。

年综合损耗电量比新S9型降低13%-17%，具有良好的节能效果。

同时，因产品价格相对较低，其增量投资效益指标（与新S9型相比）优势十分明显。

在城网、农网建设改造中应优先选用。

SBH11-M型非晶合金铁心密封式配电变压器由于铁心采用非晶合金带材卷制而成，具有超低损耗特性，其空载损耗降低80%，是目前10KV配电变压器节能效果最佳的产品。

年综合损耗电量比新S9型降低40%-42%，其节能效果极佳。

但产品价格偏高，增量投资效益指标（与新S9型相比）不明显，但对于315KVA及以上的大容量配电变压器，仍具有节电性能好、投资回收期合理、产品质量可靠的优点。

一般来说，S9系列变压器负载率在35％～55％之间，效率较高。

对于负荷波动大且单台运行的变压器，可增设小容量变压器，小负荷时运行；对于季节性负荷，应选用两台容量不同的变压器。

2.多台变压器的节电措施

（1）及时投切变压器

对于一个工厂而言。

负荷发生变化是必然的。

如果并联运行的变压器的型号、参数完全相同，那么当S

式中：

n为并联运行的变压器的台数；S为并联运行的变压器的实际负荷，Se