企业用电设备能效评估与节能浅析

2018-02-07尹丽静

卷宗 2018年1期

关键词：电动机变压器

摘要：提高供用电能效、节约电能是我国当前所面临的重要任务。提高设备生产能力、降低运营成本，是增加企业竞争力的有效手段之一。本文将从变压器、电动机两个方面浅析一下我部用电设备的能效管理与节能措施。

关键词：变压器；电动机；能效评估与降损节能

1 引言

随着经济和社会的快速发展，人们对能源的需求量越来越大，因此提高能源效率、“节能优先”是实现能源可持续发展的有效途径。

能效，是能源效率的简称，是指能源开发、加工、输送、转换、利用等各个过程的效率。能源效率是单位能源所带来的经济效益多少的问题，所谓“提高能效”，是指用更少的能源投入提供同等的能源服务。

节能是节约能源的简称，是指通过加强用能管理，采用技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源。由此可见提高能效与节能概念基本上是一致的。

2 提高供用电能效的意义与我部配电现状

2.1 提高供用电能效的意义

配电网是从能源侧（输电网和发电设施）接受电能，再分配给终端用户的电力网络。配电网能效是指电能在传输、转换、控制和分配过程中的效率，它包括电能在线路传输、变压器变压、电动机等终端设备用电三个重要环节的利用效率。配电网能效的高低取决于其线路、变压器、电动机等耗能元件的能效水平。提高供用电能效、节约电能是我国当前所面临的重要任务，也是企业提高设备生产能力、降低运营成本、增加企业竞争力的有效手段之一。

2.2 我部配电现状

我部电源取自公司二级变电所，现场配置2台SJL-750/6变压器、4台S11-M-1000/6.3变压器，将电压等级降至400V后供生产、办公、生活使用，主要用电设备为三相异步电动机。本文将从变压器、电动机两个方面浅析一下我部用电设备的能效管理与节能措施。

3 用电设备能效管理与节能措施

3.1 变压器的能效管理与节能措施

（1）变压器的能效参数

配电变压器能效是指其空载损耗、负载损耗及短路阻抗等技术性能参数在国家配电变压器能效等级标准中的水平，性能参数优越，能效水平越高。

变压器的能效参数表征变压器供电过程中自身损耗性能和效率，包括空载损耗、负载损耗、空载电流和阻抗电压等。其中空载损耗和空载电流主要反映铁芯的特性，由空载试验取得；阻抗电压和短路损耗主要反映绕组的特性，是在额定负载条件下动过短路试验取得。

根据国家标准化管理委员会发布的国家标准《三相配电变压器能效限定值级能效等级》（GB20052-2013），我部SJL-750/6变压器2台属于高能耗变压器，已列入变压器、调压器淘汰目录第一批，目前申请更新中，因此就不在对该2台设备进行评估；S11属于普通型变压器，下面针对S11变压器进行能效特性与评估。

（2）变压器的能效特性

1000KVA不同能效等级配电变压器的能效特性图如下所示，图中横坐标表示配电变压器的负载系数，纵坐标表示配电变压器的损耗率。

（3）变压器的能效特点与评估

从10（6）KV/1000KVA配电变压器的能效特性图可以看出：a、曲线从上到下分别代表着3级、2级、1级非晶和1级四个等级的能效特性变化趋势，其最小损耗率分别为0.763%（等同于S11系列）、0.65%、0.59%、0.453%。b、整体来看，随着能效等级提高，能效特性曲线逐级向坐标中心方向扩展，最低损耗率也越来越低地向左下方移动，配电变压器的最佳能效区间也向负载系数小的方向拓展，3级（等同于我部在用的S11系列）在最佳经济运行区域范围最小。

对于我部目前正在运行的4台变压器，负载系数在0.45左右，损耗率运行于0.90～1.05之间。所以，这4台配电变压器运行于最佳经济运行区域和经济运行区域区间，其运行能效是合格的。

（4）变压器的节能措施

变压器容量选择不当同样存在高损耗率的问题，科学合理地选择配电变压器的型号和容量是决定其运行高效的关键。下面以节能型配电变压器（能效等级2级）的能效特性为例加以分析。

10（6）KV不同容量2级能效配电变压器的损耗率特性对比图如下图所示。图中横坐标表示配电变压器的负载系数，纵坐标表示配电变压器的损耗率，图中曲线从上到下分别是50、100、315、400KVA配电变压器的特性曲线。

由图可见，随着配电变压器容量的增大，其损耗率越来越低，并且低损耗率区间越来越宽。由图可得：a、当预计配电变压器所带负载最小视在功率大于20KVA时，选用100KVA的配电变压器损耗率最低，能效最高。b、当预计配电变压器所带负载最小视在功率大于30KVA时，选用200KVA的配电变压器损耗率最低，能效最高。C、当预计配电变压器所带负载最小视在功率大于60KVA时，选用315KVA的配电变压器损耗率最低，能效最高。D、变压器最佳损耗率范围是小于1.3%。

由此可见，准确掌握配电变压器最小负荷对于合理选择10（6）KV配电变压器容量具有重大的节能意义。

3.2 低圧电动机的能效管理与节能措施

（1）电动机的能效参数

电动机的能效参数包括电动机的效率和功率因数。

电动机的效率。在实际应用中，电动机的效率有额定效率、运行效率和最高效率之分。额定效率ηN是指电动机在额定情况下运行时的效率，运行效率是指电动机拖动某项负载运行时的工作效率，最高效率是指电动機可能达到的最高运行效率。电动机运行效率的高低直接取决于其负载率的大小，当负载率低于40%时，其效率将迅速下降，当负载率为70%左右时，其运行效率高。因此，人们将异步电动机60～80%的负载率称为有功经济负载率，企业设备运行应选择让电动机运行在该负载率下。endprint

电动机的功率因数是指电动机输入端的有功功率与视在功率之比。对于一台特定的电动机而言，其功率因数的大小与电动机的负载率有关，当电动机空载时，其功率因数很低，仅为0.1～0.2；随着负载率的增加，功率因数也增大，当负载率达到80%以上时，功率因数最佳；在额定负载时在0.8～0.9之间。因此，要保持电动机经济运行，必须合理选择电动机，使其类型、容量与电动机的机械负载特性相适应，才能获得最高运行效率。同时必须正确选择电动机的容量，防止“大马拉小车”造成能源的浪费，合理安排生产工艺，力求缩短空载的时间。电动机的效率、功率因数和负载率的关系如下表所示。

（2）电动机的损耗及其影响因素

电动机负载损耗主要是铜损，由电流通过定、转子绕组时为克服导线的电阻而产生；铁损是电动机主磁场在铁芯中交变所引起的涡流损耗和磁滞损耗；机械损耗是由轴承摩擦、风扇、空气与定、转子铁芯摩擦等造成的损耗；杂质损耗主要由定子漏磁通和定子、转子的各种高次谐波在导线、铁芯及其他金属部件内所引起的损耗。

异步电动机损耗的影响因素：端电压、三相电压不平衡、频率变化

端电压变动时对电动机损耗的影响。许多资料表明，在保证电压合格的范围内，适当降低（-5%左右）电动机配电电压可以节电。重载时从342V提高到380V可以提高效率，若再提高到412V效率反而下降；轻载时从342V提升，则效率越来越低。

三相电压不平衡对电动机损耗的影响。实践证明，保持三相供电电压平衡可以节约电能。若三相供电电压不平衡，三相负序电压会产生较大的三相负序电流，从而使得定、转子铜损增加。在一般情况下，15%～20%的负序电压所产生的负序损耗与电动机额定运行时所产生的铜损在数值上相当，负序损耗与负序电压分量的二次方成正比。

频率变化对电动机损耗的影响。采用变频电源对风机、泵类负载实施变频调速，在低速时可获得好的节能效果。由于轴转矩与转速的二次方成正比，频率降低后转矩转矩也下降，使定子电流、转子电流下降，因而电动机效率有所提高。

（3）电动机的节能措施

电动机节能一要提高其运行效率，二要提高其运行功率因数，减少无功消耗。企业电动机的节能措施主要有以下几方面：

大力推广使用高效节能系列电动机。高效节能电动机是指总损耗率比标准系列电动机降低20%以上的电动机。如高效率YX电动机的效率比Y系列电动机提高3%左右，损耗降低20%～30%，启动转矩提高30%。

应用变频器改变电动机的供电频率，可以改变其同步转速，从而实现异步电动机的精确调速控制，调速范围大，静态稳定性好，运行效率高。目前，我部装置泵、反应釜、风机所配变频调速设备节电率可达30～50%。

4 结束语

当前，电力在终端消费能源的比重越来越大，提高供用电能效、节约电能是我国当前所面临的重要任务，也是企业提高设备生产能力、降低运营成本、增加企业竞争力的有效手段之一。

参考文献

[1]刘振亚，中国电力与能源，北京：中国电力出版社，2012

[2]牛迎水，电力网降损节能技术应用与案例分析，北京：中国电力出版社，2013

[3]胡景生等，变压器能效与节电技术，北京：机械工业出版社，2011

[4]余龙海，电动机能效与节能技术，北京：机械工业出版社，2008