电气节能总动员.docx

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电气节能总动员

工业企业电气节能技术综述

节约电能，不但减少了工厂的电费开支，降低了生产成本，更为重要的是由于电能能够创造比它本身价值高几十倍的工业产值，为国家创造财富。

特别是在能源紧张的今天，能源问题已是我国国民经济发展的一个重要因素，如何合理的利用能源，降低能耗，提高经济效益，对促进我国国民经济发展具有十分重要的意义。

关键字：

电能节约节能降耗

节约电能降低损耗工作是一件很重要的事情。

他能降低生产成本，促进企业经济效益。

特别是在能源紧张的今天，节能降耗就显得尤为重要。

笔者以为，节能降耗是一相全面的、复杂的工作，只从某一方面进行是不能起到很好的效果的。

若要全面开展节能降耗工作，只有从系统方面全面分析。

找出各种消耗源，再制订相应措施加以控制。

本文只讨论与电气专业相关的部分，不涉及其它部分。

第一部分 损耗源查找

一.升压站方面

1.变压器损耗

变压器的损耗主要表现在空载损耗和负载损耗，变压器是否存在附加损耗。

这部分可以通过电能核对和计算分析确定其损耗的科学性和合理性。

2.计量系统误差引起的“电能丢失”

由于工业企业建厂较早，大多都属老式设备。

其技术性、合理性都有待磋商。

主要表现在电压互感器准确度低、电压互感器没有计量回路专用二次绕组、计量回路没有谐波监测手段、计量回路导线电阻是否过大等。

3．110kV升压站电晕损耗

110kV升压站电力系统中的电晕损耗问题并没有引起专家们的注意，这在专业杂志上并没有见到相关论文。

这主要是因为电晕损耗在整个能量传输中是很微小的一部分。

但是我们要注意到一个问题，由于110kV升压站电压并不是很低，如果升压站电晕比较大的话总电晕电流就会从毫安级上升到安培级，那么电晕损耗将是一个巨大的数字

二．厂用系统方面

1．电动机损耗

由于电动机额定功率因数一般都不会超过0.8，所以就会产生附加无功损耗。

这不但使变压器损耗加大，电缆损耗加大，而且使电源电压降低。

2．照明系统损耗

工业企业照明系统很大，大概估计约2000盏白炽灯、1000盏普通日光灯、500盏高压贡灯和高压钠灯。

白炽灯在人类生活中起过不可磨灭的作用，但是他已经该退出历史的舞台了，取而代之的是高效率、长寿命的节能绿色照明灯。

普通日光灯、高压贡灯和高压钠灯也应该选用新式灯具。

3．三相四线系统的附加损耗

当三相四线系统三相负荷不平衡时，必然会产生附加损耗损耗。

初步估算若三相负荷不平衡度为10%时，同等负荷变压器铜损耗和线路损耗可增加达30%，这是一个不容忽视的问题。

4．运行方式不合理造成的损耗

工业企业从未进行过辅机负荷特性普查，不能给运行人员提供安全经济运行曲线，所以节能降耗完全可以从这方面着手。

系统运行状况是在不停变化的，如果运行人员不能及时调整必然存在浪费能源。

5．其他方面的损耗

各种电气设备都会消耗电能，如何使电气设备节省电能是一项值得探讨的话题。

如果人们都能养成随手关灯的习惯的话，必然会节省很多电能。

夜间3点以后很少有人出来活动，完全可以将所有路灯都关闭

第二部分 节能降耗具体办法

一、异步电动机进行无功补偿

三相交流异步电动机具有一系列优点，作为动力设备在各行业中获得极广泛的应用。

电动机进行无功补偿具有增容、节能、提高出力等优点，经济效益显著。

它在运行中不仅消耗有功功率，也需要无功工率。

属感性负荷，因此功率因数较低，一般约为0.76～0.89。

在工业企业负荷中异步电动机所占的比重较大，是厂用系统的主要无功负荷。

降低异步电动机的无功损耗，提高异步电动机的效率有重要意义。

具体可以从以下几方面考虑：

1．异步电动机可以采用无功补偿的办法降低电能损耗。

我们知道，一般情况下步电动机的功率因数较低，约为0.76～0.89。

就算在功率因数为0.9的情况下仍然会产生20%的附加无功损耗。

为防止电机退出运行时产生自激过电压，补偿容量一般不应大于电机的空载无功，即，Qc≤√3UeIo，通常推荐：

Qc=（0.05-0.98）√3UeIo

式中　Qc--补偿电容器容量

　　　Ue--额定电压

　　　Io--电机空载电流

中小型电动机单独就地补偿推荐表

电动机（KW）

10～14

14～18

18～22

22～30

30～40

40～75

75～200

补偿量（Kvar）

5.0

6.0

7.5

10

15

0.35Pn

0.3Pn

　　可以考虑装于低压电动机就地的单独补偿；装于配电室的统一补偿。

装于电动机就地的单独补偿装置电容器直接并联于该电动机，不需要加其它额外装置。

其特点是简单方便，如与智能型异步电动机节电器配合使用将达到最高效率；不与智能型异步电动机节电器配合使用就不能动态补偿所需无功功率。

装于配电室的统一补偿唯一缺点是不能减少连接电缆的无功损耗

2．采用智能型异步电动机节电器动态调整电动机效率达到节电的目的。

智能型异步电动机节电器是近年来发展起来的电气设备控制装置，他是根据电动机的cosφ、无功功率Q和无功电流Iq自动调节电动机电压使其始终工作在高效经济状态。

3．可以采用提高异步电动机自然功率因数的办法降低电能损耗。

电动机的负载率与功率因数的关系如表所示：

负载率

0

0.25

0.5

0.75

1

cosф

0.2

0.5

0.77

0.85

0.88

由表可见，电动机的负载率与功率因数有着密切的关系。

"大马拉小车"、轻载运行情况，是造成电动机自然功率因数偏低，耗用无功比例较大，损失电能增加重要原因。

因此，合理选择电动机容量，使之与机械负载功率相匹配，提高电动机的负载率，是改善其自然功率因数的有效办法。

为此，我们可以进行电动机的负载率普查，校核电动机容量是否与机械负荷相匹配。

可以对轻负荷电动机容量下调，即将负荷不足的大容量电动机进行替换。

当电动机的负载率kfz＜40%时，可以调换：

当40%＜kfz＜70%时，则需通过技术经济比较后，再做决定。

其主要判定条件是：

ΔPd1-ΔPd2＞0。

式中ΔPd1-原有电动机的有功损失，单位：

kW

　　ΔPd1-替换电动机的有功损失，单位：

kW

　　当负载系数kfz＜50%时，应对电动机采用降压运行，具体做法是将定子绕组由Δ改接为Y接线。

不同负载率改接前后效率和功率因数的变化如下所示。

感应电动机定子绕组Δ-Y变接后的效率变化

ηY/η△

1.27

1.1

1.06

1.04

1.02

1.01

1.005

1

kfz

0.1

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

感应电动机定子绕组Δ-Y变接后的功率因数cosфY/cosф△变化

cosф的额定值

0.78

0.80

0.82

0.84

0.86

0.88

0.90

0.92

kfz=0.1

1.94

1.85

1.78

1.72

1.66

1.60

1.57

1.50

kfz=0.2

1.8

1.73

1.67

1.61

1.55

1.49

1.43

1.36

kfz=0.3

1.64

1.58

1.52

1.46

1.41

1.35

1.29

1.20

kfz=0.4

1.49

1.43

1.37

1.32

1.27

1.22

1.17

1.11

kfz=0.5

1.35

1.30

1.26

1.22

1.18

1.14

1.10

1.06

　4．无功补偿时的特点

　　⑴．电动机进行无功补偿具有增容、节能、提高出力等优点

　　⑵．提高了端电压，有利于电动机的起动。

　　⑶．用电容器进行无功补偿时，有可能会产生谐波放大现象，对此应引起我们的注意。

　　⑷．电动机进行无功补偿时，可能发生谐振。

　　⑸．对并联电容器危害最大的是高次谐波，因此在使用前应对谐波源及谐波大小进行测试与分析。

一般来说，谐波源主要有以下几种：

变压器产生的谐波、电动机产生的谐波、硅整流产生的谐波等。

二、对交流接触器进行技术改造实现节能降损

　　交流接触器是低压用电设备的主要控制电器，它的用量很大。

虽然它消耗的电能并不多，但是应该引起我们的重视。

先看一组数据：

CJ20交流接触器控制电路基本参数

消耗功率

消耗功率

控制电压Us（V）

吸合电压

释放电压

吸合（VA/W）

保持（VA/W）

AC

DC

CJ20-10

65/47.6

8.3/2.5

36、

127、

220、

380

48、

110、

220

80%-110%Us

20%-70%Us（AC）

10%-70%Us（DC）

CJ20-16

62/47.8

8.5/2.6

CJ20-25

93.1/60

13.9/4.1

CJ20-40

175/82.3

19/5.7

CJ20-63

480/150

57/16.5

CJ20-100

570/175

61/21.5

CJ20-160

855/325

85.5/34

CJ20-250

1710/565

152/65

CJ20-400

3578/790

250/118

CJ20-630

3578/790

250/118

CJT-1交流接触器控制电路基本参数

CJT-10

CJT-20

CJT-40

CJT-60

CJT-100

CJT-150

消耗功率

吸合（VA）

65

140

93.1/60

175/82.3

480/150

570/175

保持（VA）

11

22

32

95

105

110

控制电源电压Us（V）AC

36、110、127、220、380

吸合电压

80%--110%Us

释放电压

20%-70%Us（AC）、10%-70%Us（DC）

以CJ20-10型交流接触器为例：

其保持功率P=2.5W,一年总时间t=8765小时，按90%利用率计算:

W=P*t*0.9=19.721千瓦·时

以CJ20-100型交流接触器为例：

其保持功率P=21.5W,一年按90%利用率计算:

W=P*t*0.9=169.6千瓦·时

即一年一只CJ20-10型交流接触器消耗电能19.721千瓦·时

一只CJ20-100型交流接触器消耗电能169.6千瓦·时。

工业企业有上千只交流接触器，其总体消耗还是很大的。

如果能改成带自锁功能的交流接触器，就可以将这部分电能节省下来，而且能避免普通交流接触器损坏率高的缺点。

这项工作可以逐步进行。

三、 变压器节能分析

变压器的损耗占其总容量的比例虽然不大，但是它的年损耗总额却很大。

按2004年设备利用率估算，工业企业5台主变压器损耗总额达600—700万度电。

其中单台12MW机组主变压器损耗与单台25MW机组主变压器损耗相差不大，分析原因为12MW机组主变压器是老式变压器，而且是铝芯线。

其基本数据如下所示：

主变压器空载及负载特性：

负载损耗是指在一次线圈及二次线圈中由于流过电流所产生的电阻损耗及由于漏磁通所产生的在线圈中和其它金属部件中涡流损耗组成它和负载系数的平方成正比，通常称为铜损耗。

负载损耗：

当变压器二次绕组短路（稳态），一次绕组流通额定电流时所消耗的有功功率称为负载损耗。

算法如下：

负载损耗=最大的一对绕组的电阻损耗+附加损耗

附加损耗=绕组涡流损耗+并绕导线的环流损耗+杂散损耗+引线损耗

阻抗电压：

当变压器二次绕组短路（稳态），一次绕组流通额定电流而施加的电压称阻抗电压Uz。

通常Uz以额定电压的百分数表示，即uz=（Uz/U1n）*100%

名     称

型      号

空载电流

空载损耗

短路电压

负载损耗

#3主变压器

高--中

SFSL7—16000/110

0.80%

27.4kW

17.50%

104.7kW

中--低

6.46%

78.9kW

高--低

10.16%

104kW

#4主变压器

高--中

SFSL7—16000/110

0.80%

27.4kW

17.50%

104.7kW

中--低

6.46%

78.9kW

高--低

10.16%

104kW

#5主变压器

SF8—31500/110

0.35%

29.2kW

9.80%

127kW

#6主变压器

SF8—31500/110

0.30%

29kW

10.30%

146kW

#7主变压器

SF9—31500/110

0.27%

23.91kW

10.62%

133.10kW

可以通过技术经济分析论证其改造的可能性。

由于资料有限，本文只从技术角度加以分析。

1．更换全部铁芯

将原变压器铁芯更换为低损耗节能型铁芯，铁芯结构和尺寸不变。

这样能降低磁阻，减小损耗。

其效果一般，所用工时一般。

2．更换全部绕组

将原变压器绕组更换为铜芯线，增大绕组匝数。

这样能有效减小铜损，增大短路电抗。

其效果一般，所用工时一般。

3．更换全部铁芯和全部绕组

将原变压器铁芯和绕组全部更换，达到全面更新。

这样将使变压器性能全面优化，既能减小损耗，又能增大短路电抗。

其效果最佳，但所用工时也最多。

4.更换部分铁芯和部分绕组

这种方法只将铜损较大的绕组局部更换或全部更换，将铁芯一、二级抽出按几何尺寸更换为优质硅钢片即可。

其效果一般，所用工时一般。

四、电晕损耗分析

电晕损耗是一个被人们忽略的部分。

笔者通过实验发现，线径为3mm、长度为2m的导线起晕时（42kV），毫安电流表有微小变化（因设备原因，未能精确检测）。

工业企业升压站导线总长有一两公里，那么其总损耗功率有多少呢？

一年的总损耗有多少呢？

笔者以为完全可以通过实验进行准确测试，确定电晕损耗的大小。

可以拉一条长线进行模拟测试，也可以利用升压站全面停电的机会进行真实测试。

升压站内电晕放电主要在悬式瓷瓶、隔离开关、断路器、支持瓷瓶等电场较集中的部位。

可以采用加装均压环的方法加以改善。

利用设备停电的时间逐步改造。

它的特点是用工用料较少，而且均压环可以自己加工。

五、110kV电压互感器损耗分析

工业企业110kV电压互感器的二次绕组只有2组，一组用于保护开口，另一组保护、测量、计量合用。

由于系统扩建、改造，电压互感器二次回路负载不断增加，而且电压互感器准确度为0.5级（功率因数基本都为0.2-0.3左右），这样必然对电压互感器造成很大影响。

假设因电压互感器本身及回路产生0.1%的负误差，全年按6亿度电计算，那么一年将损失电量60万度电。

所以对电压互感器进行改造很有必要。

1．电压互感器误差分析。

⑴.除原来已接入的继保设备、监视用的电压表、功率表、功率因数表、频率表外，又接入遥测用的电压变送器、功率变送器等，造成额定容量不足引起电压互感器误差特性恶化。

按规程规定，选择电压互感器二次额定容量Sn时，应使实际二次容量S不大于Sn，但不小于（1/4）Sn，即（1/4）Sn≤S≤Sn。

电压互感器实际二次容量可按下式计算：

S＝[（∑Skcosφk）2+（∑Sksinφk）2]1/2＝[（∑Pk）2+（∑Qk）2]1/2

式中　cosφk-接在TV二次侧的各设备的功率因数

　　Sk--接在电压互感器二次侧的各设备的视在功率（一般设计手册可查到）

⑵.各电压互感器的实际功率因数低于额定功率因数引起电压互感器误差特性恶化

感应式的三相电能表，其电压线圈的功率因数约为0.2～0.3，电子式电能表由于其电压回路一般都使用小型电压互感器作为隔离和采样，工作电源也由小型变压器降压整流获得，故其功率因数也在0.3～0.5，加上其它接入设备的感性负载，整个电压二次回路的功率因数约为0.3左右。

目前广泛用于电力系统的电磁式电压互感器，额定功率因数为0.8（感性），当电压互感器二次负载的功率因数与额定功率因数相差较大时，造成功率因数不匹配电压互感器超出允许误差。

⑶．谐波引起电压互感器误差特性的恶化

由于大容量用电整流或换流设备以及其它非线性负荷接入电力网造成系统中存在谐波。

对电磁感应式电压互感器，在高次谐波条件下运行时，由于原、副边的漏阻抗以及原、副边间的电容和副边负载引起附加误差。

当满足电压互感器的铁芯不饱和、一次绕组的漏抗很小、电压互感器空载等条件时，则附加误差很小，但电压互感器负载较重时，误差特性迅速恶化。

电压互感器的误差随正弦波畸变率的增大而非线性地增大，偶次谐波对电压互感器误差的影响比奇次谐波更甚。

工作在谐波环境中的电压互感器的误差特性是无法通过选择接线形式来改善的。

不能忽视其对电压互感器的误差特性乃至整个电能计量装置的误差的影响。

⑷电力系统过电压引起电压互感器误差特性恶化

电力系统中形式各异的电感元件，如变压器、电压互感器（因其容量相对于变压器容量而言微不足道，故相当于空载运行的变压器）、发电机、消弧线圈等，与电力系统中存在的各式电容，如线路的对地、相间电容，补偿用的串、并联电容及各种高压设备的寄生电容，可能形成不同的振荡回路，在一定条件下将产生谐振现象，引起谐振过电压。

谐振过电压不仅会在操作或发生故障时产生，而且可能在过渡过程结束后的较长时间内稳定存在，直至谐振条件被破坏为止。

在中性点不接地的系统中，系统在非全相运行的状态下，如输电线路因意外折断，断路器非全相操作以及熔断器的一相熔断等情况下，常会发生谐振过电压。

在系统发生单相接地故障时，非故障相的电压升高可能超出线电压三角形之外，中性点发生位移、不稳定，单相接地电弧熄灭后，容易导致电压互感器的铁芯饱和激发起中性点不稳定电压。

上述均可能引起电压互感器严重超差。

在中性点不接地系统中，因单相接地时可带病运行达两小时之久，电压互感器不但超差甚至可能过热损坏。

2．可以采用以下方法减小计量回路误差。

⑴．更换电压互感器。

采用有三组二次绕组、准确度为0.2级、额定功率因数与实际功率因数相近、额定容量有较大的裕量的新式电压互感器；二次回路改为4mm2或6mm2电缆。

由于对电能计量回路装设专用的二次回路。

这种方法较为彻底，但是一次性投资较大。

⑵采用电压误差补偿器

电压误差补偿器是一种输出电压幅值和相角可以调整的自耦式电压互感器。

利用它来提高（或降低）加于电能表的电压线圈上的电压，可以补偿二次导线压降所引起的负值（或正值）比差；调整补偿器输出电压的相角，可以补偿二次导线引起的角差。

补偿器的一次侧接受补偿二次电压U′ab或U′cb，其二次电压供给电能表的电压线圈。

它由铁芯、基本线圈W1、比差补偿线圈Wf、角差补偿线圈Wδ、电感L、电阻R等所组成。

改变线圈Wf的匝数，可调整对比差的补偿数值Δf；改变线圈Wδ的匝数，可调整对角差的补偿数值Δδ。

用两台电压误差补偿器分别对电压互感器的ab相及cb相二次导线压降引起的比差fabfcb及角差δab、δcb（具体数值大小由电压互感器二次压降测试仪测得）进行补偿。

调节其补偿量Δfab、Δfcb、Δδab、Δδcb，使之分别与fab、fcb、δab、δcb大小相等而符号相反，即补偿条件为：

Δfab=-fab；Δfcb=-fcb；Δδab=-δab；Δδcb=-δcb

装用电压误差补差器与采用其他方法相比，具有如下优点：

效果好，它可将计量误差减至最小；简便易行，设备停电与否均可装用；省力、省事、省钱、安全。

⑶在电压互感器二次回路采取电容补偿

对于在TV二次回路采取电容补偿的方法应慎重，以免在一定条件下引起谐振损坏设备，发生事故；另外，这种方法计量规程是否允许还有待调查。

3．电压互感器回路中应注意的事项

由于电压互感器及其回路对计量影响非常大，直接影响到工业企业经济效益。

所以应该对电压互感器及其回路上的工作引起高度重视，定期测量TV二次回路的导纳；加强电网谐波监测是非常有必要的。

六、照明方面的节能分析

工业企业照明系统很大，大概估计约2000盏白炽灯、1000盏普通日光灯、500盏高压贡灯和高压钠灯，其耗电量也是非常大的。

由于工业企业电压比市电高一些，灯具损坏率比较高；高压贡灯和高压钠灯的功率因数一般只有0.5左右，造成一定的无功损耗；照明系统三相分布的不均匀性，造成一定的附加损耗。

这些应引起我们的重视。

绿色照明型、环保照明型、节能型照明由于它既能改善人们的生活环境又能产生经济效益，目前已成为社会的普遍标准。

1．将白炽灯换为紧凑型荧光节能灯

照明等效照度对照表

种类

紧凑型荧光节能灯

普通荧光灯

白炽灯

等效照度

13W

16W

40W

20W

25W

60W

30W

40W

100W

/

75W

200W

平均寿命

10000h--13000h

6000h--8000h

3000h--4000h

由上表可见，在相同照度下紧凑型荧光节能灯是最省电的照明灯具。

尽管它的价格较高，但是综合费用是比较低的使用紧凑型荧光灯与白炽灯费用情况对比表

对比项目

13W紧凑型荧光灯

40W白炽灯

使用数量

1000个

1000个

功耗合计

13W×1000个=13kW

40W×1000个=40kW

日工作小时

16h

16h

年工作小时

16h×365个=5840h

16h×365个=5840h

年耗电量

13kW×5840h=75920kW·h

40kW×5840h=223600kW·h

年运行电费

0.30元×75920kW·h=22776元

0.30元×223600kW·h=70080元

灯泡投资费

20元×1000个×0.5只=10000元

2只×2.00元×1000个=4000元

费用合计

22776+20000元=32776元

70080元+2000元=74080元

注：

在一年工作时间近6000h，按平均寿命计算，紧凑型荧光灯用0.5支，而白炽灯要用2支。

计算公式：

单灯功率×总数量/1000×使用时间（h）×每度电费×灯泡投资费=费用合计

2．直管荧光灯选用高光效型

直管荧光灯的管径趋向小型，有利于提高光效，节省了制灯材料，特别是降低了汞和荧光粉用量，从T12到T8到T5，；管径小便于使用稀土三基色粉，从而使Ra更高（85），光效提高了，光衰小，寿命更长（达12000h），用汞量少，更符合节能、环保要求。

直管荧光灯镇流器

传统电感镇流器（符号“LB”）和节能型电感镇流器（符号“SELB”）、电子镇流器（符号“EB”）的性能是有很大差异的。

EB按标准又分为H级和L级。

小功率（在5--25W之间）的EB产品质量较易过关，而LB或SELB的重量大，起动也较困难，所以绝大多数均配套EB产品。

大功率荧光灯益选用SELB产品。

3．高压钠灯镇流器

为了降低镇流器功耗，同样在发展SELB和EB，逐步取代LB产品。

所不同的是，SELB是对LB的改进提高，技术上成熟，节能效果比较明显；而EB研制时间短，功率比较大，技术难度较大，运行经验不充分，特别是150W以上的，节能效果不明显，目前不能普遍推广应用。

4．照明配电应考虑的问题

⑴．稳定电压：

当光源端电压为1.1Un时，输入功率增加以下百分数：

　　白炽灯、荧光灯——14%~15%

　　金卤灯——20%~25%

　　钠 灯——28%~29%  

后半夜使用的路灯、走廊、楼梯灯更为突出。

如某街道100只250W钠灯，后半夜电压升高10%，年增电耗19000kWh。

应考虑稳定电压措施，如采用照明专用变压器，并且自动稳压；和电力负荷共用变压器时，应避开冲击性负荷