建材企业供配电系统的节能优化设计

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(山西省建筑材料工业设计研究院，山西 太原 030013)

引言

电力、建材、石油石化、钢铁、造纸和纺织是我国耗电非常大的几个行业，电费开支在产品成本中占有很大的比例。对于建材企业来讲，通过其供配电系统将电能由降压变电所输送至用电设备，在电能传送的过程中不可避免地会发生能量的损耗。据统计，在建材企业线路损失的构成中，由变压器和供配电线路损失的电能占建材企业总供配电系统损失的95%左右。因此，如何减少建材企业供配电系统中电量的损失，降低用电成本在产品总成本中所占的比例，成为建材企业获得竞争力的关键因素之一。

1 电气节能优化设计中需要考虑的因素

在电气节能设计中必须要考虑到企业的使用要求，不能以损害企业的使用需求为代价而盲目地去进行节能设计，电气节能应该是在合理使用电气的基础上为降低能源消耗而采用新技术，不能单纯地为节能而节能。在建材企业也是如此，在电气节能设计的过程中，首先要能够满足企业的用电需求；其次要考虑最终的经济效益，节能的最终目的是为了降低产品成本，在节能设计的过程中要考虑到节能设备的投资问题，不能为了追求最好的节能效益而过高地提高节能投资。因此，在选用节能设备时要使企业能够尽早回收节能投资及运行费用。还要保证设计技术的先进性，充分发挥先进技术的作用，更好地实现节能增效。

2 电气节能设计的主要内容

2.1 选择合理的供配电电压

在额定电压范围内，适当地提高电压可以降低电能在运电线路中的损失。一般情况下，在35kV及35kV以上的供电电网中，每提高1%的运行电压就可以降低1.2%的能量损耗[1]。也就是说，在建材企业中可以取消35kV的供电电压，直接将110kV或者220kV的电压引入总降压变电站，这样既能提高电能的输送容量，又能大大降低电能在输电线路中的损耗。对于配电网来讲，其供电电压等级越高，线损就越低。

2.2 选择合理的变压器

在配电设计中，变压器的台数和容量是根据建厂时生产工艺所选用的用电设备负荷的大小来确定的，在后期的使用过程中没有考虑实际生产量的变化。一般情况下实际生产量往往小于设计生产量，这样在使用过程中的用电负荷就小于设计负荷，进而导致变压器长期工作在低效状态，造成能耗增加，运行费用提高[2]。在建材生产企业中会有若干个变压器，在工作过程中会有空载损耗和负载损耗两种情况，因此在保证变压器能够安全可靠运行的前提下，应尽量选用那些损耗低的变压器。与此同时，在选用变压器的容量时，要综合考虑负荷的大小、生产用电的特点、设备对供电可靠性和电能质量的要求、变压器运行时的经济性以及设备投资等因素，最终选择总运行费用最低的变压器。根据变压器有功功率损耗特性曲线，其负载率在0.5～0.6之间时功率损耗最小，负载太高或者太低都会增加变压器的功耗，因此一般将变压器的负载率控制在0.5～0.7之间。

2.3 合理选择无功补偿

无功补偿是通过无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高整个供配电系统的功率因数，降低能耗。并联电容是无功补偿中最常用的一种方法，根据补偿电容安装位置的不同，又可以分为高压集中补偿、低压集中补偿、低压分组补偿和低压分散就地个别补偿等。采用不同的补偿方式得到的补偿效果也不尽相同，对于高压补偿来讲，其补偿简单、投资也小，在使用过程中可以根据实际的负荷情况来调节电容器的容量，从而提高功率因数，但是它只能用于补偿高压母线前面的线路中的无功补偿，经济性较差。低压分组补偿和低压分散就地个别补偿均能够补偿所有高低压线路和变压器的无功功率，其补偿范围大、节能效果也非常好，但是设备的投资非常高、分散性大，不便于管理和维护，如果配电线路不长或者设备容量不大其补偿效果不显著。低压集中补偿方式能够补偿低压母线前的所有无功功率，补偿范围比高压补偿大，而且低压集中补偿能够实现自动投切，其经济效益好，对保证系统的电压质量有很大的帮助[3]。不同的企业在确定其补偿方式时，要充分考虑各自的用电特点以及大容量设备的运行特点，并结合4种补偿方式的优缺点，将多种补偿方式进行优化组合，从而获得最佳的补偿方式，进而实现经济效益的提高。

2.4 选择合理的电缆及导线截面

在配电线路中，电能的损耗主要由电线的阻抗和电流决定，与阻抗成正比，与电流的2次方也成正比。对于输电线路来讲，其电阻的大小是由导电率、线路长度和横截面积决定的，要想降低其阻抗，要尽量采用高导电率和大截面积的电缆，从而降低输电过程中电能的损耗。

在进行线路设计时要尽量减小配电线路的长度，使布线路线走直线，这样在降低线路损耗的同时还可以减少线路电压的降低，提高供电质量以及供电的可靠性。

3 电气节能技术的具体应用

变压器的更新改造经历了不同的发展阶段，在20世纪80年代中期，为了更好地实现节能，政府曾强制性地推广S7系列低损耗配电变压器，并且在全国范围内淘汰了JB1300-73和JB500-64高能耗的变压器。1998年，又用S9系列配电变压器取代了原有的S7系列，经过这两次大规模的更新换代，新变压器的空载损耗比原有的变压器降低了8%～15%，目前新型S11型节能产品的占有量正在逐步增加，其节能潜力更大，经济效益更高。

在水泥企业电动机的装机容量占总装机容量的90%以上，电动机系统的节能包括电动机本体的节能和电动机传动系统的节能。我国的水泥厂主要选用Y系列和Y2系列的电动机，其平均效率分别为87.3%和86.3%，平均功率因数分别为0.84和0.846。而在国外水泥厂采用的是ABB或者SIEMENS技术的高效电动机，其效率比Y系列电动机要高2%～3%，损耗降低20%左右。Y系列电动机与采用西门子技术制造的电动机价格相差30%，但是对于年运行时间超过5 000h、负荷率超过70%的电动机，其总的运行成本还是很划算的。

在新型干法水泥生产线中，风机的耗电量大约占到总用电量的30%左右，如果将风机和水泵换成交流调速系统，就能够把水泵在挡板和阀门上的能耗节省下来。据统计，其节能效果能够达到20%左右，节能的经济性非常可观。在我国的水泥厂中，大多数企业采用了小功率通用型变频器，其中大功率高压泵类和风机类负载开始采用大功率高压变频器。

4 结语

在当前，节能减排已经是人们必须要面对的课题，同时也是可持续发展的必然选择。对于建材企业来讲，其电气节能占有非常重要的地位，是降低产品的生产成本、提高企业市场竞争力的重要途径之一。电能是最经济和最清洁的能源，且方便传输、控制和转换。随着节能技术的不断发展，企业应根据自身的特点进行适当的调整，及时采用新技术和新产品，以降低产品的生产成本，提高经济效益。

参考文献：

[1] 张卫民.水泥行业的电气节能[J].水泥技术，2008(1)：73-75.

[2] 陈玉凤.木材加工企业供配电系统节能增效技术研究[J].森林工程，2003,19(1)：38-40.

[3] 朱锦锋.建筑电气节能设计技术要点探讨[J].工程建设与设计，2012(4)：100-102.