企業(yè)用電設(shè)備能效評(píng)估與節(jié)能淺析

摘 要：提高供用電能效、節(jié)約電能是我國(guó)當(dāng)前所面臨的重要任務(wù)。提高設(shè)備生產(chǎn)能力、降低運(yùn)營(yíng)成本，是增加企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段之一。本文將從變壓器、電動(dòng)機(jī)兩個(gè)方面淺析一下我部用電設(shè)備的能效管理與節(jié)能措施。

關(guān)鍵詞：變壓器；電動(dòng)機(jī)；能效評(píng)估與降損節(jié)能

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，人們對(duì)能源的需求量越來(lái)越大，因此提高能源效率、“節(jié)能優(yōu)先”是實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。

能效，是能源效率的簡(jiǎn)稱，是指能源開發(fā)、加工、輸送、轉(zhuǎn)換、利用等各個(gè)過(guò)程的效率。能源效率是單位能源所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益多少的問(wèn)題，所謂“提高能效”，是指用更少的能源投入提供同等的能源服務(wù)。

節(jié)能是節(jié)約能源的簡(jiǎn)稱，是指通過(guò)加強(qiáng)用能管理，采用技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理以及環(huán)境和社會(huì)可以承受的措施，減少?gòu)哪茉瓷a(chǎn)到消費(fèi)各個(gè)環(huán)節(jié)中的的損失和浪費(fèi)，更加有效、合理地利用能源。由此可見提高能效與節(jié)能概念基本上是一致的。

2 提高供用電能效的意義與我部配電現(xiàn)狀

2.1 提高供用電能效的意義

配電網(wǎng)是從能源側(cè)（輸電網(wǎng)和發(fā)電設(shè)施）接受電能，再分配給終端用戶的電力網(wǎng)絡(luò)。配電網(wǎng)能效是指電能在傳輸、轉(zhuǎn)換、控制和分配過(guò)程中的效率，它包括電能在線路傳輸、變壓器變壓、電動(dòng)機(jī)等終端設(shè)備用電三個(gè)重要環(huán)節(jié)的利用效率。配電網(wǎng)能效的高低取決于其線路、變壓器、電動(dòng)機(jī)等耗能元件的能效水平。提高供用電能效、節(jié)約電能是我國(guó)當(dāng)前所面臨的重要任務(wù)，也是企業(yè)提高設(shè)備生產(chǎn)能力、降低運(yùn)營(yíng)成本、增加企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段之一。

2.2 我部配電現(xiàn)狀

我部電源取自公司二級(jí)變電所，現(xiàn)場(chǎng)配置2臺(tái)SJL-750/6變壓器、4臺(tái)S11-M-1000/6.3變壓器，將電壓等級(jí)降至400V后供生產(chǎn)、辦公、生活使用，主要用電設(shè)備為三相異步電動(dòng)機(jī)。本文將從變壓器、電動(dòng)機(jī)兩個(gè)方面淺析一下我部用電設(shè)備的能效管理與節(jié)能措施。

3 用電設(shè)備能效管理與節(jié)能措施

3.1 變壓器的能效管理與節(jié)能措施

（1）變壓器的能效參數(shù)

配電變壓器能效是指其空載損耗、負(fù)載損耗及短路阻抗等技術(shù)性能參數(shù)在國(guó)家配電變壓器能效等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中的水平，性能參數(shù)優(yōu)越，能效水平越高。

變壓器的能效參數(shù)表征變壓器供電過(guò)程中自身?yè)p耗性能和效率，包括空載損耗、負(fù)載損耗、空載電流和阻抗電壓等。其中空載損耗和空載電流主要反映鐵芯的特性，由空載試驗(yàn)取得；阻抗電壓和短路損耗主要反映繞組的特性，是在額定負(fù)載條件下動(dòng)過(guò)短路試驗(yàn)取得。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《三相配電變壓器能效限定值級(jí)能效等級(jí)》（GB20052-2013），我部SJL-750/6變壓器2臺(tái)屬于高能耗變壓器，已列入變壓器、調(diào)壓器淘汰目錄第一批，目前申請(qǐng)更新中，因此就不在對(duì)該2臺(tái)設(shè)備進(jìn)行評(píng)估；S11屬于普通型變壓器，下面針對(duì)S11變壓器進(jìn)行能效特性與評(píng)估。

（2）變壓器的能效特性

1000KVA不同能效等級(jí)配電變壓器的能效特性圖如下所示，圖中橫坐標(biāo)表示配電變壓器的負(fù)載系數(shù)，縱坐標(biāo)表示配電變壓器的損耗率。

（3）變壓器的能效特點(diǎn)與評(píng)估

從10（6）KV/1000KVA配電變壓器的能效特性圖可以看出：a、曲線從上到下分別代表著3級(jí)、2級(jí)、1級(jí)非晶和1級(jí)四個(gè)等級(jí)的能效特性變化趨勢(shì)，其最小損耗率分別為0.763%（等同于S11系列）、0.65%、0.59%、0.453%。b、整體來(lái)看，隨著能效等級(jí)提高，能效特性曲線逐級(jí)向坐標(biāo)中心方向擴(kuò)展，最低損耗率也越來(lái)越低地向左下方移動(dòng)，配電變壓器的最佳能效區(qū)間也向負(fù)載系數(shù)小的方向拓展，3級(jí)（等同于我部在用的S11系列）在最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域范圍最小。

對(duì)于我部目前正在運(yùn)行的4臺(tái)變壓器，負(fù)載系數(shù)在0.45左右，損耗率運(yùn)行于0.90～1.05之間。所以，這4臺(tái)配電變壓器運(yùn)行于最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域區(qū)間，其運(yùn)行能效是合格的。

（4）變壓器的節(jié)能措施

變壓器容量選擇不當(dāng)同樣存在高損耗率的問(wèn)題，科學(xué)合理地選擇配電變壓器的型號(hào)和容量是決定其運(yùn)行高效的關(guān)鍵。下面以節(jié)能型配電變壓器（能效等級(jí)2級(jí)）的能效特性為例加以分析。

10（6）KV不同容量2級(jí)能效配電變壓器的損耗率特性對(duì)比圖如下圖所示。圖中橫坐標(biāo)表示配電變壓器的負(fù)載系數(shù)，縱坐標(biāo)表示配電變壓器的損耗率，圖中曲線從上到下分別是50、100、315、400KVA配電變壓器的特性曲線。

由圖可見，隨著配電變壓器容量的增大，其損耗率越來(lái)越低，并且低損耗率區(qū)間越來(lái)越寬。由圖可得：a、當(dāng)預(yù)計(jì)配電變壓器所帶負(fù)載最小視在功率大于20KVA時(shí)，選用100KVA的配電變壓器損耗率最低，能效最高。b、當(dāng)預(yù)計(jì)配電變壓器所帶負(fù)載最小視在功率大于30KVA時(shí)，選用200KVA的配電變壓器損耗率最低，能效最高。C、當(dāng)預(yù)計(jì)配電變壓器所帶負(fù)載最小視在功率大于60KVA時(shí)，選用315KVA的配電變壓器損耗率最低，能效最高。D、變壓器最佳損耗率范圍是小于1.3%。

由此可見，準(zhǔn)確掌握配電變壓器最小負(fù)荷對(duì)于合理選擇10（6）KV配電變壓器容量具有重大的節(jié)能意義。

3.2 低圧電動(dòng)機(jī)的能效管理與節(jié)能措施

（1）電動(dòng)機(jī)的能效參數(shù)

電動(dòng)機(jī)的能效參數(shù)包括電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)。

電動(dòng)機(jī)的效率。在實(shí)際應(yīng)用中，電動(dòng)機(jī)的效率有額定效率、運(yùn)行效率和最高效率之分。額定效率ηN是指電動(dòng)機(jī)在額定情況下運(yùn)行時(shí)的效率，運(yùn)行效率是指電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)某項(xiàng)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的工作效率，最高效率是指電動(dòng)機(jī)可能達(dá)到的最高運(yùn)行效率。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率的高低直接取決于其負(fù)載率的大小，當(dāng)負(fù)載率低于40%時(shí)，其效率將迅速下降，當(dāng)負(fù)載率為70%左右時(shí)，其運(yùn)行效率高。因此，人們將異步電動(dòng)機(jī)60～80%的負(fù)載率稱為有功經(jīng)濟(jì)負(fù)載率，企業(yè)設(shè)備運(yùn)行應(yīng)選擇讓電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在該負(fù)載率下。endprint

電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)是指電動(dòng)機(jī)輸入端的有功功率與視在功率之比。對(duì)于一臺(tái)特定的電動(dòng)機(jī)而言，其功率因數(shù)的大小與電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率有關(guān)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，其功率因數(shù)很低，僅為0.1～0.2；隨著負(fù)載率的增加，功率因數(shù)也增大，當(dāng)負(fù)載率達(dá)到80%以上時(shí)，功率因數(shù)最佳；在額定負(fù)載時(shí)在0.8～0.9之間。因此，要保持電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須合理選擇電動(dòng)機(jī)，使其類型、容量與電動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)載特性相適應(yīng)，才能獲得最高運(yùn)行效率。同時(shí)必須正確選擇電動(dòng)機(jī)的容量，防止“大馬拉小車”造成能源的浪費(fèi)，合理安排生產(chǎn)工藝，力求縮短空載的時(shí)間。電動(dòng)機(jī)的效率、功率因數(shù)和負(fù)載率的關(guān)系如下表所示。

（2）電動(dòng)機(jī)的損耗及其影響因素

電動(dòng)機(jī)負(fù)載損耗主要是銅損，由電流通過(guò)定、轉(zhuǎn)子繞組時(shí)為克服導(dǎo)線的電阻而產(chǎn)生；鐵損是電動(dòng)機(jī)主磁場(chǎng)在鐵芯中交變所引起的渦流損耗和磁滯損耗；機(jī)械損耗是由軸承摩擦、風(fēng)扇、空氣與定、轉(zhuǎn)子鐵芯摩擦等造成的損耗；雜質(zhì)損耗主要由定子漏磁通和定子、轉(zhuǎn)子的各種高次諧波在導(dǎo)線、鐵芯及其他金屬部件內(nèi)所引起的損耗。

異步電動(dòng)機(jī)損耗的影響因素：端電壓、三相電壓不平衡、頻率變化

端電壓變動(dòng)時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)損耗的影響。許多資料表明，在保證電壓合格的范圍內(nèi)，適當(dāng)降低（-5%左右）電動(dòng)機(jī)配電電壓可以節(jié)電。重載時(shí)從342V提高到380V可以提高效率，若再提高到412V效率反而下降；輕載時(shí)從342V提升，則效率越來(lái)越低。

三相電壓不平衡對(duì)電動(dòng)機(jī)損耗的影響。實(shí)踐證明，保持三相供電電壓平衡可以節(jié)約電能。若三相供電電壓不平衡，三相負(fù)序電壓會(huì)產(chǎn)生較大的三相負(fù)序電流，從而使得定、轉(zhuǎn)子銅損增加。在一般情況下，15%～20%的負(fù)序電壓所產(chǎn)生的負(fù)序損耗與電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的銅損在數(shù)值上相當(dāng)，負(fù)序損耗與負(fù)序電壓分量的二次方成正比。

頻率變化對(duì)電動(dòng)機(jī)損耗的影響。采用變頻電源對(duì)風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載實(shí)施變頻調(diào)速，在低速時(shí)可獲得好的節(jié)能效果。由于軸轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，頻率降低后轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩也下降，使定子電流、轉(zhuǎn)子電流下降，因而電動(dòng)機(jī)效率有所提高。

（3）電動(dòng)機(jī)的節(jié)能措施

電動(dòng)機(jī)節(jié)能一要提高其運(yùn)行效率，二要提高其運(yùn)行功率因數(shù)，減少無(wú)功消耗。企業(yè)電動(dòng)機(jī)的節(jié)能措施主要有以下幾方面：

大力推廣使用高效節(jié)能系列電動(dòng)機(jī)。高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)是指總損耗率比標(biāo)準(zhǔn)系列電動(dòng)機(jī)降低20%以上的電動(dòng)機(jī)。如高效率YX電動(dòng)機(jī)的效率比Y系列電動(dòng)機(jī)提高3%左右，損耗降低20%～30%，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩提高30%。

應(yīng)用變頻器改變電動(dòng)機(jī)的供電頻率，可以改變其同步轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的精確調(diào)速控制，調(diào)速范圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，運(yùn)行效率高。目前，我部裝置泵、反應(yīng)釜、風(fēng)機(jī)所配變頻調(diào)速設(shè)備節(jié)電率可達(dá)30～50%。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，電力在終端消費(fèi)能源的比重越來(lái)越大，提高供用電能效、節(jié)約電能是我國(guó)當(dāng)前所面臨的重要任務(wù)，也是企業(yè)提高設(shè)備生產(chǎn)能力、降低運(yùn)營(yíng)成本、增加企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段之一。

參考文獻(xiàn)

[1]劉振亞，中國(guó)電力與能源，北京：中國(guó)電力出版社，2012

[2]牛迎水，電力網(wǎng)降損節(jié)能技術(shù)應(yīng)用與案例分析，北京：中國(guó)電力出版社，2013

[3]胡景生等，變壓器能效與節(jié)電技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011

[4]余龍海，電動(dòng)機(jī)能效與節(jié)能技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008

[5]方大千等，輸配電速查速算手冊(cè)，北京：中國(guó)水利水電出版社，2004

作者簡(jiǎn)介

尹麗靜（1974-），工程師，天津石化分公司聚醚部。endprint