供配电系统设计的节能措施及应用

供配电系统设计的节能措施及应用

李跃

（宿州中粮生物化学有限公司234000）

摘要：根据酒精生产企业用电的特点，本文对电气系统节能技术进行分析。重点在变压器选型、使用和提高功率因数，电动机选型及变频器应用。结合本公司实际应用说明节能应用和效果。

关键词：节能变压器无功补偿异步电动机变频器

引言

在供配电系统中电气设备承担着把电能转化为我们需要的各种能（热、机械能等）。如何做好电力系统的节能降耗是企业的一项重要任务，是降低企业生产成本、提高企业效益的重要举措。通过改变运行方式、无功补偿降低损和设备热损耗及应用节能产品和变频器达到节能目。

现对具体措施做以下阐述：

一、变压器节能

1.变压器的损耗和效率。有统计显示，我国变压器的总损耗占系统总发电量的3%左右。酒精生产企业，由于变压器数量多、容量大，总损耗不容忽视，因此降低变压器损耗是势在必行。变压器的损耗主要包括有功损耗和无功损耗两大部分。

①变压器的综合功率损耗：ΔPZ=ΔP+KQΔQ

式中：ΔPZ——变压器的综合功率损耗，kW

ΔP——变压器的有功功率损耗，kW（包括铁损和铜损）

ΔQ——变压器的无功功率损耗，kvar

KQ——无功经济当量，指变压器每减少1kvar的无关损耗，引起连接系统有功损耗下降的千瓦值，（由区域线路供电的35~110KV减压变压器，系统负载最大时取0.05，系统负载最大时取0.1，6~10KV系统负载最大时取0.15系统负载最小时取0.1）。

从公式中可以得出降低变压器的有功损耗和无功损耗就可以降低变压器的综合功率损耗。

②变压器的效率：

η=P2/P1）*100%=[βSNcosφ2/（βSNcosφ2+P0+β2PK)]*100%

式中：P1——电源侧输入功率，kW

P2——变压器二次侧输出功率,kW

β——变压器负荷率（负荷系数），%

SN——变压器额定容量,kVA

P0——变压器空载损耗,kW

PK——变压器短路损耗，kW

由公式可以看出变压器的效率与其负荷率和损耗有关，也与负荷的功率有关，当负载率为0.5~0.6时，其效率最高，当负载一定时功率因数越高，则变压器的效率也越高。

2.变压器节能选择

①选用低损耗变压器变压器损耗中的空载损耗即铁损，发生在变压器铁芯叠片内，主要因交变的磁力线通过铁芯产生的磁滞及涡流产出的的损耗。早期的变压器铁芯材料是易于磁化和退磁的软熟铁，后采用0.35mm硅钢片代替软熟铁，大大降低磁路损耗，涡流损耗降低。近年发展到非晶态磁性材料。使用非晶态合金铁芯的变压器的铁损为硅钢片变压器的五分之一。S11系统是目前推广应用的低损耗变压器，它采用非晶合金铁芯变压器，具有低噪音、低损耗等特点，其空载损耗仅为常规产品的五分之一，运行费用极低。

②合理选择变压器容量和台数

选择变压器容量和台数时，应根据负荷情况，综合考虑。当负荷低于30%时应调整或更换，当负荷率超过80%并通过计算不利于经济运行时，可放大一级容量选择变压器。

我公司主变为SZ7—8000/35变压器，2013年环氧乙烷停产，负荷降为2600KW/H。为了减少基本电费支出和降低变压器损耗，启用SZ9—4000/35变压器。S9系列变压器较S7负载损耗平均降低24%。由于容量不同SZ7—80000/35负载损耗45KW，SZ9—4000/35负载损耗28.8KW，每年可减少变压器损耗（45-28.8）*24*365=141912KWH。

③变压器经济运行

降低变压器运行的有功功率损耗并提高其运行效率，降低变压器的无功消耗提高变压器电源侧的功率因数。电动机、电焊机除消耗有功功率外还要消耗无功功率。加装电力电容器进行无功补偿可提高功率因数，功率因数提高，线路中的电流会相对减少，变压器铜损会降低因此会降低变压器的损耗。

在2013年环氧乙烷停车负荷减小的情况下，原变压器并列运行低压母线分段运行的一号变两台500kVA、EO变两台1600kKV变压器各停一台，低压母线并列运行。以降低变压器的空载损耗和无功消耗同时投入运行的变压器处于经济运行状态。

二、提高功率因数

大量无功电流在电网中会导致线路损耗增大，变压器利用率降低。无功补偿是利用技术措施降低线损的重要措施之一，在有功功率合理分配的同时，做到无功功率的合理分布。无功优化补偿一般有变电所无功负荷的最优补偿、配电线路最优补偿以及配电变压器低压侧最优补偿。由电能损耗公式可知，当线路或变压器输送的有功功率和电压不变时，线损与功率因数的平方成反比。功率因数越低电网所需无功就越多，线损就越大。在受电端安装无功补偿装置，可减少负荷的无功功率损耗，提高功率因数，提高电气设备的有功出力。

我们采用6KV母线补偿，0.4KV低压变电所集中补偿和就地补偿相结合方式。功率因数控制在0.94左右，不但降低了变压器综合损耗和线路损耗，每年因功率因数提高可获供电公司力调电费奖励10万左右。

三、电动机节能

1.采用高效率电动机

采用高效率的电动机，其总损耗比普通电动机减少20%~30%，电动机的效率比普通型号提高3%~6%。YX、YE系列电动机比Y行了电动机效率提高3%左右。

2.根据负荷特性选择电动机

选用适当的电机取代“大马拉小车”的电机，提高电机的运行效率和功率因数。当电机的负载率K大于0.65时不必更换，当K小于0.3时就可直接更换电机。

3.改变电动机绕组接法

当电机处于轻负荷运行的电动机可将三角形接法改为星形接法，可达到节电效果。当负荷系数（电机实际负荷与额定负荷之比）β=0.2~04之间将三角形该星形连接可以节能。我公司三角改星形接法改造DDGS出料粉碎机改接时电流表指示电流45A改造投入后电流18A。日节电(45-18)*0.4*1.732*24*0.8=359KWH。

4.电动机无功就地补偿对于供电距离较远的大、中容量连续运行的电动机，可采用电动机无功功率就地补偿。就地补偿不但能提高系统功率因数也可以提高就地电压。M1104粉碎机250KW，启动电流大线路压降损耗大，启动困难，就地补偿30kvar电容器后启动顺利。

四、风机水泵的变频器应用

酒精生产企业内有许多风机、水泵的流量要求恒定。实现变速变流量控制，是节能的有效方法。从理论上风机、水泵符合：Q2/Q1=N2/N1H2/H1=(N2/N1)2P2/P1=(N2/N1)3，其中Q1,Q2为流量，N1,N2为转速，H1,H2为扬程。即流量与转速成正比，而功率与流量的3次方成正比例。鼠笼型电机可采用变频器调速取得显著节能效果。

酒精车间G1302第二发酵罐循环泵Y200L-430KW，负荷率52%。利用循环水冷却风机有闲置30KW变频器移装至G1302。安装变频前负荷：0.4KV*28A*1.732*0.8=15.5KW，安装变频后35Hz运行满足工艺需要，其负荷：0.4KV*19A*1.732*0.8=10.5KW。日节电（15.5-10.5）*24=120度。

参考文献

[1]GB50055-2011《低压配电设计规范》.

[2]刘新正苏少平高琳译《电机学》（第七版）电子工业出版社2014年10月.

[3]杨贵恒常思浩主编《电气工程师》(供配电）化学工业出版社2015年7月北京第1版.