基于设计实例的化工企业节能措施探讨

摘要：介绍了化工企业低压供配电系统产生损耗的主要原因，通过实例计算，提出节能措施，并结合实际案例，探讨了化工企业供配电系统的几种节能方式。

关键词：化工企业;供配电系统;损耗;节能

0 引言

化工业是我国的基础和支柱产业，在社会经济发展中起着重要作用。然而，化工企业往往用电损耗较大，不仅增加了企业运行成本，还造成了严重的资源浪费。因此，化工企业的供配电系统采取有效的节能降损措施，不仅能积极推动企业自身发展，还能促进社会经济、生态环境的可持续发展。

1 化工企业低压供配电系统产生电能损耗的主要原因

1.1    变压器损耗

变压器作为一种电压转换设备，是低压供配电系统的核心。变压器损耗包括空载损耗、负载损耗、介质及杂散损耗，其中空载及负载损耗为主要损耗。空载损耗为不变的铁芯损耗，可变的负载损耗由变压器的负载电流通过变压器绕组产生。

1.2    配电线路损耗

化工企业配电线路主要由电力电缆组成，由于构成电缆芯线的铜、铝导体自身存在电阻，因此线路在电能传输过程中，将会产生电能损耗，其损耗值与导体的截面积、长度和材料密切相关。

1.3    交流异步电动机损耗

三相交流异步电动机在化工企业中有着极其广泛的应用，在企业用电设备中占据极大的比例。电动机损耗包括负载损耗及空载损耗，负载损耗主要为定子、转子电阻损耗，空载损耗由铁芯、机械损耗构成。

1.4    照明系统损耗

照明系统损耗通常由光源损耗及照明线路损耗构成。光源在发光时，电能并不能全部转化为光能，一部分能量以热量形式散发，造成损耗。照明线路导体自身存在电阻，因此线路在传输电能时也将产生一定的损耗。

2 化工企业低压供配电系统的节能措施

2.1    变压器节能

化工企业供配电系统在新建或改造时必须考虑变压器节能的相关因素，一般考虑如下两个方面：（1）选择高能效变压器;（2）变压器的经济运行。在化工企业实际生产中，通常采取使用高能效变压器和变压器经济运行并用的方法，以达到更好的节能效果。

2.1.1    选择高能效变压器

企业在新建或更换变压器时，应采用SC（B）13或以上能效等级的变压器。相较于低能效变压器，采用高能效变压器年节约有功电量△AP和无功电量△AQ分别为：

式中，Hpy为年用电小时数;τ为负载损耗小时数;β为负载率;ΔP0为空载损耗差;ΔPk为负载损耗差;ΔQ0为无功损耗差;ΔQk为无功功率差。

2.1.2    变压器经济运行

化工企业根据用电负荷一般会配置两台或多台主变，多台变压器始终同时运行往往造成电能浪费，应考虑n台变压器经济运行的临界运行负荷SJP条件：

式中，SrT为额定容量;P0为空载损耗;Pk为负载损耗;KQ为无功经济当量;Q0为无功损耗;Qk为无功功率。

若实际负荷SSJP时，宜n台主变运行。

2.2    配电线路节能

化工企业中通常存在大量的配电线路，因此降低线路损耗对于企业节能有着积极意义。考虑到化工企业配电线路及负荷众多，后期更换电缆施工量大，因此通常在低压供配电系统设计时就应考虑采取降低线路损耗的措施。降低线路损耗可采取如下措施：（1）采用导电率高的导体;（2）按经济电流选择导体截面积。

2.2.1    采用导电率高的导体

在经济合理的条件下，化工企业应优先采用铜芯电缆作为低压供配电系统的配电线路。根据欧姆定律功率基本公式P=I2R可知，电阻更低的铜导体，在电流一定时产生的损耗更低。

2.2.2    按经济电流选择导体截面积

导体截面经济选型可分为经济电流范围法和经济电流密度法。

（1）经济电流范围法用公式计算出经济电流上限值Iec2、下限值Iec1后，根据限值范围选择合理的电缆截面。例：经计算，截面积为120 mm2的0.6/1 kV铜芯低压电缆在Tmax=6 000 h、中间电价为0.51～0.60元/kWh时，Iec2为151.8 A，Iec1为117.6 A，现某用电设备线路计算电流为131 A，处于经济电流上限值Iec2及下限值Iec1范围内，选择3×120+2×70 mm2的电缆作为此配电回路的电缆是合理的。

（2）经济电流密度法是通过负荷电流和经济电流密度的比值得出电缆经济截面。一般电缆经济电流密度可查阅设计手册上的经济电流密度曲线得出。例：YJV 4芯电缆在电价为0.363元/kWh、Tmax=1 000 h时，查表可得经济电流密度约为3 A/mm2，某用电设备线路计算电流为110 A，S=110/3≈36.7 mm2，就近选取3×35+1×16 mm2低压YJV电缆。

2.3    交流异步电动机节能

三相交流异步电动机可从降低自身损耗或从实际运行角度出发，采取措施以达到节能目的。对于降低电动机自身损耗，可采用经过特殊处理的铁芯材料、增加导线截面、缩短线圈长度、选用电阻率更低的导线等方法。从实际运行角度出发，可采用以下节能方法：（1）采用高效率电动机;（2）根据负荷特性合理选取电动机;（3）采用变频控制的电动机;（4）电动机无功就地补偿。

2.4    照明系统节能

對于化工企业照明系统的节能，可选择如下方法：（1）合理确定各场所的照度标准;（2）选择合理的照明方案及照明控制方式;（3）选择高效、节能的光源;（4）降低照明线路的损耗;（5）充分利用天然光源、太阳能。近年来化工企业照明系统中，高光效、使用寿命长的LED光源灯具应用范围不断扩大。LED光源相较于过去厂房设计采用的高压钠灯和金卤灯，其节能更加高效。

2.5    其他节能措施

2.5.1    提高供配电系统功率因数

提高功率因数可以有效减少配电线路损耗及变压器的负载损耗。变压器节约的有功功率和无功功率计算公式如下：

式中，P2为负荷功率;SrT为额定容量;PK为有功损耗;QK为无功损耗;cos φ1、cos φ2为功率因数。

提高功率因数通常可采用无功补偿的方式，无功补偿可采用并联电容器、SVG或SVC。

2.5.2    变配电所靠近负荷中心

变配电所靠近负荷中心可有效减少线路长度，降低线路损耗。

2.5.3    采用能效管理系统

能效管理系统作为一种新型计算机数字化管理系统，通过对企业能耗数据的实时采集、分析，为企业提供完备的节能建议及方案，有效提升化工企业的能效管理水平。

3 化工企业低压供配电系统节能实例

3.1    实例一：江苏某新建化工项目中变压器选择对节能的影响

该项目根据负荷计算后，选择2台10/0.4 kV、Dyn11、2 000 kVA变压器，1台2 500 kVA变压器。2台2 000 kVA变压器单母线分段接线，2 500 kVA变压器单母线接线。变压器采用某品牌SCB13干式变压器，其中2 500 kVA变压器参数如表1所示，与该品牌SCB10变压器参数进行对比。

设变压器负载率为75%，年工作小时数为8 400 h，年最大负载损耗小时数为7 000 h，Q0 （13）≈I0 （13）%SN×10-2=7.5 kvar，Qk （13）≈Uk （13）%SN×10-2=150 kvar，Q0 （10）≈I0 （10）%SN×10-2=12.5 kvar，Qk （10）≈Uk （10）%SN×10-2=150 kvar。

单台2 500 kVA变压器全年节约的有功电量和无功电量分别为：

上述计算表明，选用高能效变压器，有功和无功电量均可达到明显节约效果，同时各地供电部门也要求新建项目使用高能效变压器，因此高能效变压器的广泛运用势在必行。

3.2    实例二：江苏某化工企业改造项目增加无功功率补偿对节能的影响

该项目电气专业设计内容为对厂区某片区原供配电系统升级改造，其中一项为增加无功功率补偿。该片区由一台10/0.4 kV、1 000 kVA SC（B）10变压器供电，中途扩建一次，原先未设无功功率补偿。改造时该片区装置负荷容量如表2所示。

变压器参数空载损耗1 770 W，负载损耗7 090 W，Uk=6%，I0=0.4%，增加300 kvar静止无功发生器SVG作无功补偿，补偿后功率因数cos φ=0.9，变压器节约的有功功率和无功功率：

由上述计算可见，增加无功功率补偿在提高功率因数的同时，降低了系统无功功率，减少了损耗，全年可节约有功电量约13 403 kWh。

3.3    实例三：甘肃省某精细化工企业新建项目LED工厂照明设计对节能的影响

该企业需新建若干仓库储存产品，其中某仓库长、宽、高分别为66 m、28 m、10 m。下面采取两种照明系统设计方案进行对比，如表3所示。

由表3可知，在灯具数量相同的情况下，LED工厂灯单灯功率相较于金卤灯减少33%，仓库照明用电功率减少2.05 kW，同时在维持照度值基本不变的前提下，使用LED光源灯具能使照明功率密度值有效降低，有利于系统节能。

4 结语

通过上述理论和实例分析，化工企业低压供配电系统在采取有效的节能降损措施后，可以达到降低电能损耗的目的。企业供配电系统宜采取多種节能措施并用的方式，可带来更佳的节能效果。

收稿日期：2020-06-06

作者简介：夏斌（1991—），男，江苏南京人，助理工程师，从事电气设计工作。