摘要：供配电系统是电力系统中的重要组成，在电力系统中发挥着重要的作用，但随着经济技术的快速发展，工业生产领域生产作为高能耗系统，直接关系着电力系统的用电负荷，影响着电力系统的运行。在节约型社会的发展背景下，电力系统应加快节能降耗技术的应用，不仅能够提高电能的有效利用，还能够减少用户的电费支出，降低电力能源的浪费，实现经济效益与社会效益的双重提高。
关键词：工业；供配电系统；节能改造；应用
随着全球工业的不断兴起与发展，能源问题在是一个世界性的问题。我国工业发展水平在近些年来也水涨船高，但是发展快速所带来的局面就是对能源的大量消耗，特别是电能。电能的缺乏对工业的日常生产活动会造成极大的制约，甚至对企业的健康成长有着非常负面的影响。但是从目前的实际情况来分析，工业供配电系统往往存在不够科学的运作与操作方式，这会造成电能的极大浪费，使电力资源的形式处于紧张的状态。在实际生活当中，工业生产对电能的浪费比较严重，有效的实施节能改造，不但能够使企业中的成本降低，还能降低电网压力，有效的保护生态环境，不但能够保障的经济收益，并且对社会经济的发展也有着非常重要的作用。所以，对工业供配电系统进行节能改造的意义重大。
一、工业供配电系统节能改造的重要意义
节能的根本内涵就是对可行性技术的有效运用，在恰当的资金投入范畴当中，确保生态环境能够在环保的状态下取得有效的进展。企业的高效技能，能够使工业供配电系统的能源得到有效的节约，并且能够使供配电系统当中电能的使用效率得到大幅度的提升。通常情况下，在企业的实际工业生产过程中，供配电系统的节能改造有着以下几方面的重要意义。
1.1经济方面
在对工业供配电系统进行节能改造的过程中，能够大幅度的降低企业的用电费用，并且对工业供配电系统进行有效的节能改造，还能逐渐减少对于煤炭资源的需求，使工业生产当中的煤炭资源得到有效的控制。控制煤炭资源，不但能够使大肆开采煤炭资源的状况得到改善，并且能够使运用煤炭资源过程中的环境污染问题得到有效解决。
1.2企业收益方面
从我国当前的实际情况来分析，大多数企业对电力资源的管理存在着诸多的不足，并没有将节能的意识落实到员工的内心当中，并且在工业生产过程在的设备与技术都不够先进，从而对工厂当中的工业供配电系统的用电效率造成了极其负面的影响。在对大多数企业工厂的用电成本进行分析能够发现，其用电成本是企业运营过程中总成本的一到两成左右，甚至有的企业有着更高的用电成本，这对于企业的经济收益十分不利。通过对供配电系统的节能改造，不但能够保障企业的用电技术与设备得到有效的改良，还能控制企业成本，减少企业的经济开支，在提高劳动生产效率的过程中，使企业的生态与经济效益得到有效的提升。
二、某铁合金企业用电现状
2.1用电现状
某铁合金企业共有三个冶炼分厂，第三冶炼分厂为新上110kV生产矿热炉。第一冶炼分厂、第二冶炼分厂（简称一冶厂、二冶厂）已运行，其供电系统比较老旧，另外用于全厂的供水系统、空气压缩机系统的动力厂（1号站）及硅粉厂的供电系统也很老旧，所以，节能改造的重点定为一冶厂和二冶厂的用电设备。在实际工作过程当中，由于供配电系统的负荷分布式是实时变化的，即功率损耗ΔP实际上是时间的函数，则电网的电能损耗ΔW电网功率损耗ΔP在某个时间周期T上的积分，如式（1）所示：
(1)
式中：ΔP（t）为供配电系统的功率损耗，kW。
供配电系统的功率损耗ΔP（t）包括变压器电能损耗ΔPT和线路损耗ΔPL两个部分。对于铁合金冶炼用矿热炉系，其损耗主要是矿热炉变压器的损耗。所以，对该冶炼厂矿热炉变压器低压侧的短网实施节能改造，是此次节能改造的主要项目。
2.2能源消耗存在的问题
前期调研发现，该企业能源成本基本占全厂50%，无论是在三个分厂，还是全厂的能源消耗（水、电、煤、油等消耗）中，电耗均占到全部消耗和水耗总成本的77%。全厂及能效诊断车间的能源采购及成本情况见表1。
由表1该企业的能源采购及成本可以看出，耗能高设备主要在一冶厂、二冶厂，分析原因如下：
2.2.1矿热炉的短网损耗大
一冶厂和二冶厂的矿热炉短网由导电母线和电极组成，导电母线用铜质材料制成。根据电炉工艺操作的要求和改善短网电气性能的需要，小容量电炉应采用铜排或铜管做成，大容量电炉采用水冷铜管或水冷电缆，它们与其它部分是螺钉连接，螺钉用非磁性材料作成。而一冶厂和二冶厂为了降低工程投资，在当时设计时只偏重考虑了对有色金属的节约，而忽视了对能耗的降低，因而使所设计的短网电流密度偏大，造成了矿热炉在实际运行过程中短网损耗大的问题。
2.2.2无功补偿较低
因一冶厂、二冶厂矿热炉负载特性介于电阻性和电抗、电感之间，短网的空间物理结构使流过短网电流较大，从而造成了矿热炉功率因数很低，较低的功率因数继而又造成了较高能耗。
2.2.3供电电压偏低
一冶厂母线的电压为10kV，从热量消耗公式Q=I2RT来看，电阻一定的情况下，电流越小，热量消耗就小。同时，线路功率损耗公式p=I2R，也同样反映，电流越小，线路功率损耗也越越小，要保持输送功率不变，即P=UI，则将电压升高，电流就可减小。一冶厂、二冶厂母线电压偏低的因素使得能耗在实际运行过程中较高。
三、工厂供电系统节能主要途径
3.1管理性节能
工厂会使用大量的电气设备，如照明灯具、机械设备、安全监测设备等，这些电气设备的运行都将消耗大量的电力能源，为了避免这些电气设备运行消耗能源过大，应做好相应的用电管理工作。首先，应提高节能意识，认识到节能的重要性。其次，应组建专业的节能管理队伍，不断地对工厂员工进行节能教育，尤其是在实际的生产过程中，应鼓励员工充分运用各种节能技术，达到节能的目的。再次，应加大监督力度，确保供电系统运行的稳定性、高效性，对于一些带病工作的电气设备，应及时进行维修，同时，应及时淘汰陈旧的电气设备，减少电力能源的损耗。
3.2技术性节能
现阶段，很多工厂供电系统由于受到技术落后、设备陈旧的影响，使得工厂供电系统的整体运行效率不高，造成大量电力能源的浪费，因此，必须做好技术性节能工作。如对低性能的设备及时更新。另外，应结合工厂的实际运营情况进行技术改进，如引用先进的联动装置、智能马达等，这些先进的电力装置不仅可以有效地提升工厂的生产水平，同时还能提升供电系统的供电效率，从而达到节能的目的。此外，工厂中常用的水泵、风机等设备，应积极的应用微阻缓闭止回阀，提升电机的运行效率，规避了传统风机耗能过大的问题，达到工厂供电系统的节能目的。
3.3配电变压器损耗现状
目前，我国用电量的百分之八十由火力发电供应，但火力发电污染问题十分突出，这些污染物的排放是造成酸雨的主要原因，对人、畜、庄稼都有极大危害，更会引起臭氧层破坏。为配电变压器损耗所提供的电能将再次加重大气污染，增加了污染物排放量，增加电力运营成本，当前配电变压器是电力系统主要损耗设备，可见配电变压器节能的重要性。配电变压器节能不仅能减轻环境污染，还能降低供配电成本，促进绿色电力的实现。配电变压器损耗严重影响着整个电力系统安全性、可靠性、环保性、经济性，想要保障电力系统的社会效益、经济效益、环境效益，必须做好配电变压器节能改造。目前我国电力节能现状并不理想，电网损耗占总损耗百分之七，配电变压器损耗则占到了百分之六十左右，可见电力损耗的严重性。配电变压器损耗可分为：铜损与铁损两大类，不同类型的损耗又分为：附加损耗与基本损耗。负载损耗就是最主要的铜损耗，而空载损耗是主要的铁损耗。总损耗就是铁损耗与铜损耗之和。相关统计数据显示，目前中国配电变压器每年造成的电能损耗将近四百五十亿千万时，已达到中国全国总发电量的百分之三点四，这不仅给电力企业带来了损失，更浪费了资源，造成了环境污染。虽然近些年，我国大力投资进行电网改造，但比较资金有限，且当前许多配电变压器仍有较长使用年限，如果统一全部更换成本较高，所以很多地区依然在使用高能耗配电变压器，因此整体电力节能效果并不理想。进行配电变压器节能改造，提高电能利用率势在必行。
四、工业供配电系统节能改造方案的应用
4.1应用节能型变压器
变压器利用电磁感应原理，可改变输电电路中交流电压，以保证配电线路的安全、通畅。不同类型的变压器其内部绕组材料和截面积大小都不同，在实际配电过程中输送效率也会存在差异，市面上常见的变压器主要有组合式、单相式、整流式等。工厂要想降低配电系统的整体能耗，在进行变压器选择时，应尽量选择节能型变压器。虽然节能型变压器的价格稍高，但在使用过程中可以有效降低配电过程的电损能耗，同时能够保持稳定供电电源，延长电气线路的使用寿命，进而保障整个工厂电气系统的安全稳定运行。
4.2节能型电动机
根据调查数据统计，节能型发电机能够有效节省电能消耗15%左右。现代工厂内电气设备数量较多，电能需求量极大，节能型发电机的使用能够大幅度降低用电成本。因此，引进节能型高效发电机，对工厂的整体资金配置、节能减排等方面都具有重要意义。
4.3控制系统的改造
随着计算机网络技术、数字技术的发展和普及，智能化控制技术已经成为各种控制系统的优先选择方案。当前多数工厂内各个生产环节相对稳定，配电系统各控制参数较为固定，通过对智能控制系统进行参数设定，能够更精确地控制用电。
4.4供配电系统节能设计
工业电气供配电节能应该对工业功能、用电设备特点及设备布置位置等情况进行综合分析与考虑，在此前提下合理确定供配电节能设施，保证设备低功耗正常运行。对于工业供配电系统节能来说，应该从以下几方面进行综合考虑：①结合实际用电情况对供电电压进行选择，通常情况下用电设备对供电电压的要求越低，其损耗也会越小；②电气系统应该可靠且简单，尽量使变电、配电级数在统一电压等级电气情况下处于同种状态，并注意极差应该低于两级；③工业供配电布线应保持短直，这样有利于线路过程中能源损失的降低，变电所应该与负荷中心靠近，电气竖井应与工业低压配电房接近，从整体上提升供电系统运行的效率。
4.5照明系统节能设计
对于工业内外照明系统，应该尽量选择绿色的节能照明灯具，并注意对照明系统开关进行控制，利用声光控模块对其展开控制，避免照明系统对于电能产生的不必要的浪费现象。与此同时，在工业电气设计过程中，应尽量采用自然光照明，通过对采光井、透光率好的大型门窗等进行设置，以提升工业室内通光率，尽量减少白天工业的照明用电消耗。从工业内部照明来看，应尽可能的设计为亮度较高、耗电较少的节能灯具，并注意照明的实用性及光源品质，从最大程度上提升环境的舒适性。
4.6对功率因数进行无功补偿
供配电系统在运行的过程中，供配电系统经常会受到功率因数的影响，从而造成供配电系统出现大量的能源浪费问题，因此，为了避免功率因数对供配电系统运行的不利影响，必须对无功功率进行无功补偿。功率因数的无功补偿首先要做好高压集中的补偿工作，主要是在高压变配电的母线上安装电容器，补偿高压母线电源线路上的无功功率，当然，该种补偿方法仅能对高压母线实施补偿，因此，集中补偿主要适用于中大型工厂供配电系统。其次，可以采取低压成组补偿的方式，主要是在工厂车间变电所的低压母线上安装电容器，这样可以实现对低压母线上的无功功率进行补偿，低压成组补偿主要适用于中小型供配电系统。此外，可以在供配电系统中安装有源滤波器，当然，需要结合供配电系统的实际运行情况选择相应的滤波器类型，如LC滤波器、串联潮流控制器（UPFC）、综合潮流控制器等，尤其是应用UPFC，具有良好的效果，从而达到节能的目的。
4.7加强节能管理
工厂会使用大量的电气设备，如照明灯具、机械设备、安全监测设备等，这些电气设备的运行都将消耗大量的电力能源，为了避免这些电气设备运行消耗能源过大，应做好相应的用电管理工作。首先，应提高节能意识，认识到节能的重要。其次，应组建专业的节能管理队伍，不断地对工厂员工进行节能教育，尤其是在实际的生产过程中，应让员工掌握学习各种节能技术，达到节能的目的。再次，应加大监督力度，确保供电系统运行的稳定性、高效性，对于一些带病工作的电气设备，应及时进行维修，同时，应及时淘汰陈旧的电气设备，减少电力能源的损耗。
五、节电效果分析
要想达到效果，就必须从电能的高效利用着手，减少线路中的损耗，增大输入电压，改造错综复杂的线路，以科学的方法来促进节能工作的进行。
在提高功率因数方面，通过三相负荷平衡器的无功功率分相补偿功能，可以将负载的功率因数提升至0.95以上，从而减小末端负载的电流，降低了线路损耗；同时又降低了变压器的负载率，减小了变压器的负载损耗。在降低无功损耗方面，原负载电流的平均功率因数约为0.85，通过调整负荷平衡性可以提高功率因数至0.95以上，提高了有功功率的利用，减少了不必要的损耗。对现有的变压器进行改造，将两台变压器以并联的方式连接起来，提高输入端的电压，以减少电能在线路中的损耗。
结语
对于工业供配电系统的节能改造，通过采取降低矿热炉短网损耗、加装无功补偿装置、优化供配电电压等措施，可有效地降低该类型企业的能耗，并能保证供配电网的安全运行。工业供配电系统节能改造方案设计，可为其他工业供配电企业设计节能改造方案提供参考，也可增强社会企业节能管控意识，对促进社会能源利用效率的提高，实现节能减排目标具有重要意义。
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作者简介
鄢锋（1981.04-），男，湖北襄阳人，汉族，博士研究生，高级工程师；研究方向：电气传动自动化、过程检测控制系统、智能控制系统；单位：长沙有色冶金设计研究院有限公司。
论文作者:鄢锋
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/10/1
标签：节能论文; 供配电论文; 系统论文; 变压器论文; 工业论文; 电能论文; 工厂论文; 《基层建设》2018年第24期论文;