浅论工业企业供配电系统的节能措施 浅论工业企业供配电系统的节能措施

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摘要:本文主要从供配电系统设计、设备选择、系统运行等方面分析了工业企业供配电系统的节能措施,以达到工业企业整体节能减排的目的。

关键词:供配电设计;节能;措施

0. 引言

经过几十年的高速发展,我国已成为全球工业门类最齐全的第二大经济体,也是第一大工业国,工业用电的需求量非常巨大,再加上人们生活水平的不断提高,生活用电量也是稳步提升,所以我国也是能耗第一大国。随着全球的气候变化,我国也提出了2060年的碳中和目标,所以作为能耗大户的工业企业节能降耗显得十分重要。本文通过对工业企业配电系统中各方面节能措施的利用,以达到节约电能的目的。当然工业企业的节能措施涉及到方方面面,还有很多可以研究的地方,限于作者的专业与能力水平,在处不作进一步拓展。

1.供配电系统规划阶段的节能措施

在项目工程总体规划设计阶段,首先要做好总体负荷容量的估算,根据总容量,结合当地供电企业的条件,选择适当的供电电压等级与路径,是节能的重要一环。

线路电能损耗的基本公式:△P=3I2R×10-3,△P:损耗的电功率(KW), I:线路电流(A) ,R:线路电阻(Ω)

电路基本公式S= UI ,S:容量(KVA),U:电压(KV),I:电流(A), :功率因数

1.1、选择合适的供电电压等级

由公式可知电能损耗与电流(I)的平方成正比,所以降低供电线路电流值是降低损耗的有效手段,而在企业总负荷(S)一定的情况下,电压与电流成反比,提高电压(U)值可有效降低电流值,所以在供配电系统设计时,根据企业总负荷容量和当地供电企业的实际情况,在能提供的供电电压范围内,选择相对较高的电压等级,可有效降低供电线路电流,从而达到线路节能的目的。

1.2、选择合适的线路

由电能损耗公式还可知,损耗的电能功率也与线路的电阻成正比。线路电阻的计算公式:  , R:线路电阻(Ω), :线路材料的电阻率(Ω·mm2/m),L:线路的长度(m),S:线路的截面积(mm2),由上可知,要降低线路电阻,可以通过三个方面来实现,①选用低电阻率的材料,如铜的 为:0.0172(Ω·mm2/m),而铝的 为:0.0282(Ω·mm2/m),显然铜的电阻率要比铝低近40%,在其他相同的情况下,选用铜比铝电阻低40%,损耗也低40%。②选择合适的变电站位置,使之更靠近负荷中心,从而减小大电流线路的供电距离L,这能有效减小线路电阻。③在合理的条件下,选择相对相大的线路截面,也是减小电阻的方法之一。当然大截面线路的选择,会增加初始投资,所以在供配系统规划时,要综合考虑,依据经济电流密度值合理选择线路截面。

2、供变配电系统设计阶段的节能措施

在确定电压等级和供电线路以后,在进行企业内部变配电系统设计时,主要从系统主接线方式,变压器的选择、用电设备的选择、无功补偿和谐波处理等几个方面入手进行节能评估,选择合理的方案,以达到节能的目的,有条件的企业也可以考虑光伏发电的合理利用。

2.1系统主接线

系统主接线的选择,除了满足供电可靠性的同时,也要考虑节能的需要,每个企业的生产一般都很难做到全年負荷均衡,都会有用电波峰和波谷,特别是总负荷容量较大的企业,更是如此。在电压等级为10KV以上时,应尽量考虑采用单母线分段的接线方式,并将总负荷容量较为均匀地分布于不同母线段。当负荷较大时,变压器应全部投入,母线分段运行。当负荷较小时,可退出部分变压器,将负荷转移到另外的变压器,从而达到节能的目的。

2.2、变压器的合理选择

变压器在配电系统中是重要的设备,起到变换电压等级的作用,但其自身也会产生一定的损耗。变压器的损耗分为二种:空载损耗和负载损耗,这二种损耗中同时还包括有功损耗与无功损耗。空载损耗是变压器建立电磁场所消耗的能量,与负载的大小无关,但它与变压器的结构与材料选用有关。负载损耗是变压器在正常带负载过程中,绕组的损耗,它与变压器的绕组材料选用与负载大小有关。

变压器的损耗计算公式

有功损耗:△PT=△P0 +β2△PK,△PT:变压器有功损耗(KW), △P0:变压器空载有功损耗(KW) ,β:变压器负载率(实际负荷/额定负荷),△PK:变压器短路有功损耗(KW)。

无功损耗:△QT=△Q0 +β2△QK,△QT:变压器无功损耗(Kvar), △Q0:变压器空载无功损耗(Kvar) ,β:变压器负载率(同上),△QK:变压器短路无功损耗(Kvar)。

上述损耗计算公式中,△P0 、△PK、△Q0、△QK都是变压器出厂时就已确定的数值,所以选择低损耗变压器是关键。

上述公式中,只有β(变压器负载率)是现场实际运行数据,那么β为多少时,最节能呢?似乎β=0最节能,但β=0时,实际负荷即为0,即不带负载,这肯定是不行的。那么如何确定合理的β值呢,这可以从变压器综合功率损耗率与平均负载系数β的函数特性曲线中确定。

变压器综合功率损耗率与平均负载系数β的函数特性曲线

从图中可以看出当变压器负载率在0.75左右时,既能充分发挥变压器的容量,也处于经济运行区(即变压器的损耗相对较小),所以在配电系统设计时,应根据企业总负荷容量,选择合适的低损耗变压器台数,使企业实际运行负荷容量与总的变压器额定容量之比(即负载率β)保持在0.75左右。

2.3、无功补偿的合理使用(提高功率因数)

在供配电系统中,既存在有功功率(P(KW))也存在无功功率(Q(Kvar)),这二种功率的叠加形成视在功率(S(KVA)),计算公式为:S=  ,有功功率是真实做功所需要的功率,(如:水泵需要将水从低处提升到高处,则配套的电机功率为P , 式中P:有功功率(KW), :余量系数, :水的比重(Kg/m3), :水的流量(m3/s), :水的扬程(m), :换算系数(1KW=102Kg·m/s), :水泵的效率(%), :机械传动效率(%))

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