淺析綠色船廠的電能管理

摘 要：本文通過介紹船廠的供電特點以及工業電費的計算方法，從技術管理和生產管理兩個層面闡述如何降低供電能耗，提高船廠的用電質量，降低生產成本，從而提高企業效益。

關鍵詞：供電質量；電能損耗；諧波；功率因素

1 前 言

節能、環保、安全、衛生是國家對綠色船廠的強制性規定。綠色船廠不僅要能按規范建造綠色船舶產品，也要能在生產過程中實現綠色生產，節能是其中的一個重要環節。對于船廠來說，能源費用的支出已成為繼材料設備費用和人工費用等成本費用之后的第3大支出項目，并呈現不斷增長的趨勢。船廠主要的能耗有電能、天燃氣、氧氣、二氧化碳、壓縮空氣、燃油、水等，其中電能的消耗占全部能耗的70%-80%。所以，加強船廠的用電管理，降低電力成本，已成為船廠節能的工作重點之一。

2 船廠的供電特點

船廠的供電系統具有電壓等級高、負荷容量大、變電級數多、整流逆變設備普遍使用的特點。船廠的主要用電設備有電焊機、起重設備、空壓站、切割加工設備等。目前所使用的各類電焊機是一種典型的非線性負荷，焊接過程中電壓和阻抗都有很大的變化，是一種功率因數低、工作間斷次數高、沖擊強、不對稱、諧波大的用電設備。另外，起重設備在啟動和作業時會產生很大的沖擊電流，造成系統電壓波動大。不管是起重設備還是空壓站、切割設備等都大量使用自動化程度比較高的非線性的變頻器、軟啟動器、整流器、數控設備等。這些設備在供電系統中不僅產生大量的無功功率，造成系統功率因數過低，而且還會產生大量諧波，引起線路電壓大幅度波動，降低了電能質量，加大了電能的耗損。如果在變電運行中，用電管理得當，節能措施到位，將大大降低船廠供電系統中的電能損耗，提高節電率，對船廠來說效益是十分可觀的。

3 影響電費總量的因數

按照工業電費的收取方法：總電費 = 基本電費 + 電度電費。

以廣州市為例，基本電費有兩種計算方法：一種是按照報裝的變壓器容量來算，23元/KVA；另外一種是按最大需量來算，32元/KVA。電度電費的計算則是由：電度電費 = 電價X用電度數 + 功率因數調整費 + 線損耗費。廣州市工業電價是分時段收費：峰時是1.1 327元/KW.h；平時是0.7 069元/KW.h；谷時是0.3794元/KW.h；功率因數調整值設定為cosφ=0.9。若船廠用電的功率因數超過0.9，供電局將有相關的獎勵；若功率因數低于0.9，供電局將對船廠進行相應的罰款。線損耗費是根據線路長短，其收費是固定的。從以上分析可知，要節約總電費，在基本電費確定的情況下，只有管理好生產用電，通過合理的生產調度實施節約用電，降低單位電價，提高船廠用電的功率因數，加強電網諧波的治理，從而降低電能損耗。

4 提高電網供電質量，降低電能損耗

電網的供電質量主要由電網中的諧波量與電網的功率因素決定。由于船廠大量使用非線性負荷，致使大量諧波電流注入電網，造成正弦波畸變，電能質量嚴重下降，對電力系統自身的主要設備以及船廠用電設備的安全和穩定運行也構成潛在的威脅。

諧波是因為電流經過負載時，與負載所加的電壓不呈線性關系，形成非正弦電流，從而產生諧波。所有的非線性負載都能產生諧波電流，所以說諧波產生的根本原因是由于非線性負載所致。在船廠大量使用的變頻器、軟啟動器、整流器、數控設備等都是非線性負載，一般都是用可控硅晶閘管來控制，只有在電壓超過存儲電容器上存在的電壓時，電流才流通。負載上的電壓和電流畸變成為非正弦波，形成一個矩形波，矩形波與正弦波疊加就會形成一系列的高次波形——諧波。當諧波電流注入公用電網就會污染電網，引起電網電源的電壓畸變，波形失真，從而使電網中的其他用電設備無法正常運行。比如對旋轉電機、變壓器等電氣設備由于過大的諧波電流而產生附加損耗，從而引起過熱，加速絕緣介質老化，導致絕緣損壞，甚至破壞電氣設備。諧波電壓還能使輸電線路局部放電增加，對電纜的使用壽命有較大影響。諧波電流產生附加諧波線損，降低輸電效率，甚至使電氣設備和配電線路過載導致短路，造成設備損壞引起火災等。不僅如此，諧波還能通過產生的電磁感應、靜電感應等方式干擾供電系統中相位控制設備的正常工作，因控制信號紊亂而使電子計算機網絡誤動作、繼電保護和自動裝置誤觸發等。諧波對供電系統的危害如此的嚴重，所以我們必須慎重考慮諧波問題，提高供電系統的電能質量。

目前對諧波的治理一般采用有源濾波裝置和無源調諧濾波裝置。有源濾波裝置是向電網注入與諧波電流相位相反、震幅相同的電流，來抵消電網中的諧波，從而達到仰制諧波的目的。無源調諧濾波裝置是吸收諧波電流，有效地減少諧波量。濾波裝置由電阻、電容和電感等元件組成串聯諧振電路，利用其串聯諧振時阻抗最小的特性消除5、7、11等高次諧波。上述兩種治理諧波的辦法以有源濾波裝置效果比較好。

電網供電質量的好壞除了諧波影響以外，還有另外一個重要因素就是電網的功率因素。電網的功率因素是指用電負荷的有功功率與視在功率的比值，用公式可以寫成：cosφ= - ，其中P為有功功率，S為視在功率，cosφ為功率因素。電網的有功功率是指用電負載將電能轉化為其他形式的能量的時候實際使用的電功率，是電網中實際消耗的功率。電網的無功功率是指在電網中只完成電磁能量的相互轉換，將電能轉換為磁場能，再將磁場能轉換為電能，在這個過程中并不作功，所以稱為無功功率。無功功率與有功功率同樣重要，沒有無功功率，變壓器不能變壓，電動機不能轉動，電力系統不能正常運行。無功功率的消耗將導致電網功率因素降低，因而占用了電力系統發供電設備提供有功功率的比例，同時也增加了電力系統輸電過程中的有功功率損耗。例如負載的端電壓設為U，負載的功率為P，功率因素是cosφ，則P=U I cosφ，I= —— 。輸電線上的損耗公式為：P損= I2R。由此可知，當功率因素 cosφ較低時，電流I將會增大，從而引起輸電線路損耗P損增大。當功率因素較高時，在功率與電壓一定的情況下，線路中通過的電流減小，從而在導線的選擇時也可以使用截面積小一些的電纜，降低線路的投資。其次，如果功率因素過低，線路上的電流I越大，由于線路上的阻抗存在，必然造成電壓損失，輸電線路電壓降低，若電壓損失過大，電網末端將長期處于低壓運行狀態，引起變壓器過負荷、電動機過熱、日光燈不能啟輝、電燈昏暗等后果。因此，提高功率因素能減小電壓損失。再次，在有功功率一定的情況下，功率因素的提高，也就是降低了視在功率，從而減少了所需變壓器的容量，也就降低了投資和損耗。

綜上所述，提高功率因素可以充分利用電源設備容量，改善供電質量，降低線路損耗，是緩和電能供需矛盾，減少企業經濟支出的有效措施。目前提高功率因素除了改善自然功率因素，減少用電設備對無用功的需要外，主要還是采用動態無功補償效果比較好。動態無功補償是根據負載的感性或容性變化隨時切換補償電容容量或電感量進行補償。動態無功補償裝置能實時的跟蹤測量負荷的電壓、電流、無功功率等，通過微機進行分析，然后計算出無功功率并與預先設定的數值進行比較，自動選擇能達到的最佳補償效果的補償容量，并發出指令，由過零觸發模塊判斷雙向可控硅的導通時刻，實現快速、無沖擊地投入并聯電容器組，從而提高電網的功率因素。

5 生產過程中的合理管理，降低電能損耗

如果說從提高電網的供電質量來降低電能損耗是從技術的角度來闡述如何管理船廠電能，是屬于硬件設施的話，那么在生產過程中的有效管理就是屬于軟件部分。只有擁有好的硬件，再配上好的軟件系統，才能將整個船廠的電能管理得好，電能損耗降到最低。

在生產過程中，生產部門必須加強用電負荷的管理，合理安排好生產工藝，做好生產計劃，進行合理的生產調度，比如涂裝房的噴涂、大型龍門吊的吊裝、船塢泵房的排水等能不在用電高峰時期進行的生產活動就安排在用電低峰期進行，實施移峰填谷，降低單位電價。其次，在生產過程中所使用的用電設備，不管是電焊機、變壓器、各類電機、空壓機、相關的照明設備等都盡可能的選用節能產品，計算好供配電設備的負荷大小，避免大馬拉小車的現象。生產過程中的動力設備盡可能減少空載操作，嚴格控制照明設備的管理，杜絕白晝燈、長明燈等，做好照明節電時間表。再次，制訂合理的獎懲制度，對各個部門、各個生產用電單位節約用電管理得好，節約電能較多的單位進行相應的獎勵。對在生產過程中浪費用電沒有達到節約用電指標的單位進行相應的懲罰。最后，不僅要船廠電力部門和車間電氣人員經常進行巡回檢查，及時發現供電線路不合理的情況，最主要的是要提高船廠所有人員提高節約用電的意識，只有大家自覺的參與到節約用電的行動中，才能將船廠的節約用電管理好。

6 結 語

船廠供電系統的節能關系到船廠用電過程中的各個方面，要想高效的使用電能，降低電能損耗，就必須對船廠供配電的整個過程進行有效的管理，因為管理是成本最低、效益最好的一種手段，在管理過程中去發現節電機會，然后改進相關的節電制度，在改進中不斷提高，進而提高船廠的電能利用效率，達到節能增效的目的。

參考文獻

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