大功率電力設(shè)備節(jié)能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（國(guó)網(wǎng)山東節(jié)能服務(wù)有限公司,250002）

大功率電力設(shè)備節(jié)能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

辛衛(wèi)東,卞 峰,耿延慶,周 琪,孫宏志,劉麗君

（國(guó)網(wǎng)山東節(jié)能服務(wù)有限公司,250002）

隨著科技的不斷發(fā)展，電力設(shè)備也逐漸向自動(dòng)化、節(jié)能化、信息化以及智能化方向發(fā)展，這樣一來也就對(duì)電氣配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)有了更多的要求，為了能夠提升大功率電力設(shè)備工作效率就必須降低損耗，提高供電質(zhì)量。因此，本文對(duì)提高大功率電力設(shè)備的節(jié)能效果進(jìn)行深入分析。

大功率電力設(shè)備；節(jié)能；設(shè)計(jì)

0 引言

電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)企業(yè)作為能源資源優(yōu)化管理平臺(tái)，是關(guān)系國(guó)家能源安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展得國(guó)有重要骨干單位，同時(shí)，也是對(duì)目前上下游企業(yè)節(jié)能減排，具有一定引導(dǎo)作用的特殊企業(yè)。在節(jié)能減排工作中，有著義不容辭的責(zé)任。作為供電運(yùn)營(yíng)企業(yè)，貫徹落實(shí)節(jié)約發(fā)展、科學(xué)發(fā)展的工作思路，完善和優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，充分提高電網(wǎng)利用效率與輸電能力，降低輸配電對(duì)設(shè)備損耗影響，扎實(shí)做好節(jié)能降耗工作，是義不容辭的社會(huì)責(zé)任。針對(duì)電力系統(tǒng)所使用的大功率電力設(shè)備進(jìn)行節(jié)能降耗潛力評(píng)估，研究電力系統(tǒng)中大功率電力設(shè)備的節(jié)能降損評(píng)估方法，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)能效管理與測(cè)試，為電力系統(tǒng)節(jié)能降耗規(guī)劃與技術(shù)革新提供了工程依據(jù)和理論基礎(chǔ)，現(xiàn)實(shí)意義重大。

1 大功率電力設(shè)備節(jié)能設(shè)計(jì)

能源信息管理系統(tǒng)在發(fā)達(dá)國(guó)家的運(yùn)用，興起于上世紀(jì)七十年代，經(jīng)過幾十年得發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到較高水平。能源信息管理系統(tǒng)是上世紀(jì)90年代中期發(fā)展起來的系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)。當(dāng)前能源管理系統(tǒng)主要運(yùn)用于電力、化工、鋼鐵等有大量能源消耗得流程化企業(yè)，它利用生產(chǎn)過程網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、控制技術(shù)、優(yōu)化技術(shù)與理論，對(duì)企業(yè)能源物資情況進(jìn)行全面監(jiān)控，并為能源調(diào)度提供有力依據(jù)，通過系統(tǒng)化管理，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。

在我國(guó)，電力系統(tǒng)節(jié)能降損評(píng)估還沒有形成規(guī)范、完整的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。以電廠變頻裝置設(shè)備為例，變頻裝置設(shè)備得測(cè)試策略包括：功率因數(shù)測(cè)試、效率測(cè)試、靜態(tài)精度測(cè)試、諧波測(cè)試、啟動(dòng)性能測(cè)試、輸出電壓穩(wěn)定性測(cè)試、噪音測(cè)試、節(jié)電效果測(cè)試以及電動(dòng)機(jī)振動(dòng)測(cè)試等。電網(wǎng)企業(yè)除重視節(jié)能效果外，還及其注重變頻裝置設(shè)備得運(yùn)行效率，因?yàn)椋褂米冾l設(shè)備裝置的最終目的是節(jié)能節(jié)電，如果變頻裝置設(shè)備本身消耗功率過大，使用變頻裝置設(shè)備就失去了最初意義，通過對(duì)當(dāng)前變頻裝置效率測(cè)試，發(fā)現(xiàn)如下問題：絕大部分變頻裝置不帶專用功率測(cè)量裝置，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后臨時(shí)加裝CT、PT，獲取信號(hào)也有難度，因?yàn)椋冾l裝置設(shè)備得輸入輸出信號(hào)距離可能較遠(yuǎn)，用采樣方式做到同時(shí)讀數(shù)難度較大。功率儀表受到頻率范圍限制，因其電壓、電流信號(hào)為變頻信號(hào)與變幅值。變頻裝置設(shè)備損耗較小，輸入輸出功率必須做到精確測(cè)量，所以，在進(jìn)行效率測(cè)試過程中，變頻裝置設(shè)備得輸入輸出必須做到同時(shí)讀數(shù)。根據(jù)研究得知，人工讀數(shù)存在較大誤差，無法滿足效率和精度要求。在實(shí)際測(cè)試過程中，用該檢測(cè)方法得出的測(cè)試結(jié)果，往往會(huì)出現(xiàn)效率 ＞1的情況，變頻裝置前級(jí)變壓器多數(shù)為多抽頭，不好裝設(shè)CT、PT，不容易獲取電壓信號(hào)與電流信號(hào)，無法精確測(cè)試變壓器以及變頻器的效率參數(shù)，只能測(cè)試變頻裝置設(shè)備的整體效率，以此作為測(cè)試結(jié)果。下圖為變頻裝置設(shè)備測(cè)試流程圖，見圖-1

以往的電力系統(tǒng)電氣設(shè)備的節(jié)能評(píng)估和效率測(cè)試，大多為型式試驗(yàn)或考核試驗(yàn)項(xiàng)目，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)大多是試驗(yàn)室條件下的測(cè)試方法，并且是在工頻條件下的試驗(yàn)和評(píng)價(jià)。以電廠高壓變頻器為例，正在制定的《變頻器供電三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法》中，對(duì)變頻器供電的電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法做了詳細(xì)規(guī)定，但由于試驗(yàn)方法是基于實(shí)驗(yàn)室條件下的，需在電機(jī)和負(fù)載間增加轉(zhuǎn)矩測(cè)量傳感器，無法在在現(xiàn)場(chǎng)予以實(shí)施；此外，該標(biāo)準(zhǔn)的主要目的是考核電動(dòng)機(jī)在變頻供電下的參數(shù)和技術(shù)性能，判斷電機(jī)的制造可靠性，而在現(xiàn)場(chǎng)需要考核的是調(diào)速裝置、電動(dòng)機(jī)及風(fēng)機(jī)（水泵）組成的電機(jī)系統(tǒng)整體性能，特別是要對(duì)電機(jī)系統(tǒng)是否經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)行評(píng)估。就目前的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試而言，如何準(zhǔn)確測(cè)量電力系統(tǒng)各種電氣設(shè)備在不同運(yùn)行工況下的能耗和效率，既無測(cè)試方法參考，也無成熟經(jīng)驗(yàn)借鑒，因此,電力系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)節(jié)能降損評(píng)估及能效測(cè)試方法的可行性研究將具有一定的超前性和創(chuàng)新性。

在發(fā)達(dá)國(guó)家，很早就樹立起節(jié)能降耗的良好觀念，美國(guó)福特公司為使其公司產(chǎn)品在市場(chǎng)上具有更大競(jìng)爭(zhēng)力，在歐洲各分廠中都成立了相應(yīng)的能源管理體系，采用能源審計(jì)與目標(biāo)管理等辦法，從而促進(jìn)能源的合理利用。美國(guó)RTI鋼鐵公司于1999年時(shí)，就安裝使用一套新的電力需求管理系統(tǒng)，通過對(duì)電力資源的使用現(xiàn)狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低能源和需求成本。提供快速得投資回報(bào)，系統(tǒng)在投入不到半年時(shí)間，就已經(jīng)收回建設(shè)成本。此外，西班牙AKRONT鋁輪箍廠與SIDASA金屬表面處理廠、德國(guó)斯派克分析儀器公司（SPECTRO）、印度IPCL Maharashtra汽油裂解廠、法國(guó)第二大制藥廠等企業(yè)，都在積極的采用能源能耗管理平臺(tái)，從而提高企業(yè)的精細(xì)化管理水平，向能源管理要效益。

現(xiàn)今，我國(guó)走在能源管理建設(shè)前列的是寶山鋼鐵集團(tuán)。該企業(yè)在一期工程中從日本引進(jìn)了第一代集中式寶鋼能源中心，三期工程能源中心則采用了更為先進(jìn)的分布式計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)。隨后，相繼有多家鋼鐵企業(yè)，例如：梅鋼、山鋼、鞍鋼以及武鋼等，也研制開發(fā)出具有中國(guó)特色的能源管理系統(tǒng)。隨著企業(yè)對(duì)信息化能源管理的重視與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的普及，能源管理逐漸向電力、紡織以及造紙等行業(yè)擴(kuò)展，使能源管理的概念日益深入人心 。

2 變頻設(shè)備的節(jié)能原理

變頻調(diào)速是通過改變轉(zhuǎn)子的供電來改變轉(zhuǎn)速，由于電壓與頻率成正比例關(guān)系變化，因此可以通過“交流—直流—交流”的逆變過程使電機(jī)頻率發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)變頻控制。

變頻調(diào)速節(jié)能的概念是相對(duì)于閥門調(diào)節(jié)來說的，將閥門全開，通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制流量Q。由前面的出口節(jié)流我們已經(jīng)知道，關(guān)小閥門后增加了局部阻力，所以揚(yáng)程損失較大。負(fù)載電力設(shè)備特性變化，見圖-2，而采用采用變頻調(diào)速技術(shù)可節(jié)約大量電能，并且不會(huì)損失太多揚(yáng)程，從而降低了損耗，得以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的最終目的。

圖-2負(fù)載電力設(shè)備特性變化

圖-1 變頻裝置設(shè)備測(cè)試流程圖

變頻控制主要有單回路控制和雙回路控制這兩種方式，兩者比較之下，單回路控制較為簡(jiǎn)單，只需要將原來送往控制閥的信號(hào)轉(zhuǎn)送到變頻器就可以了，原來的控制閥、前后手閥和副線閥依舊保持全開，由變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量。雙回路控制電路，一路是主控制，以控制電路控實(shí)現(xiàn)制流量，另一路是副控制，主要是起到循環(huán)、分流、保護(hù)機(jī)泵的作用。

研制與電力系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備相適應(yīng)的智能采集終端，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)采集、統(tǒng)計(jì)電力系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的能源消耗狀況，經(jīng)過對(duì)比分析相關(guān)數(shù)據(jù)，通過科學(xué)調(diào)配歸類，為電力企業(yè)提供科學(xué)的能源分配、管理、調(diào)度等合理方案，以降低設(shè)備得運(yùn)營(yíng)成本，進(jìn)而降低企業(yè)得整體能耗，提高電能的使用效率，節(jié)約生產(chǎn)能源，降低生產(chǎn)成本。但同時(shí)我們需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）循環(huán)周期流量變化系數(shù)小于80%時(shí)認(rèn)為節(jié)能的潛力較大，而大于90%時(shí)就不宜采用此法了。

（2）當(dāng)設(shè)計(jì)功率與實(shí)際功率相差較大時(shí)，要選用小于電機(jī)功率的變頻器。

（3）系統(tǒng)需要設(shè)置工頻和變頻手動(dòng)切換，以保證在變頻出現(xiàn)故障的時(shí)候可以手動(dòng)切換到工頻，以保障機(jī)泵可以保持運(yùn)行暢通順利。

（4）由于變頻器的本身的調(diào)速范圍比較廣，因而機(jī)泵在長(zhǎng)期低轉(zhuǎn)速的條件下運(yùn)行的話，對(duì)變頻器將造成不利影響。

（5）變頻器提高泵的轉(zhuǎn)速時(shí)，不應(yīng)超過泵額定轉(zhuǎn)速的105%。

（6）一臺(tái)變頻器對(duì)應(yīng)一個(gè)泵時(shí)，應(yīng)該考慮變頻出現(xiàn)故障時(shí)變頻器能夠手動(dòng)切換至工頻繼續(xù)保持運(yùn)行；當(dāng)一臺(tái)變頻器對(duì)應(yīng)兩臺(tái)泵時(shí)，則要保證能夠相互之間進(jìn)行切換以保證繼續(xù)運(yùn)行。

（7）現(xiàn)場(chǎng)要設(shè)置開始、停止以及緊急停機(jī)等按鈕，控制室內(nèi)則要顯示機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，以方便現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)操作及管理。

（8）在變頻調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置報(bào)警功能，并對(duì)運(yùn)行參數(shù)操作情況以及事故等做詳細(xì)的記錄，以便在事故發(fā)生后可以迅速的追尋出事故原因并進(jìn)行有效的操作和保障。

變頻調(diào)速操作簡(jiǎn)單快捷，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)或自動(dòng)控制，甚至還還可以實(shí)現(xiàn)遙感控制。電機(jī)可以直接低速啟動(dòng)，這種方式對(duì)電網(wǎng)的沖擊小。它還具有過電壓、欠電壓、斷電、過電流、短路等多項(xiàng)保護(hù)功能，相比之下更加安全有效。當(dāng)降低設(shè)備轉(zhuǎn)速后，機(jī)泵的噪聲也會(huì)相應(yīng)的比較小，振動(dòng)和摩擦也相應(yīng)減小，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命 。

研制開發(fā)大功率電力設(shè)備能效測(cè)試及管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)中各級(jí)電氣設(shè)備的遠(yuǎn)程能耗（電、水、氣、冷、熱量的分類計(jì)量以及電能的分項(xiàng)計(jì)量）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、能耗管理及能效分析工作，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)能源管理并降低能耗。通過綜合分析電力系統(tǒng)各級(jí)電氣設(shè)備在不同運(yùn)行工況下及節(jié)能改造前后的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析電力設(shè)備節(jié)能改造對(duì)運(yùn)行工況、電源質(zhì)量和能效的影響，對(duì)設(shè)備改造前后的節(jié)能效果進(jìn)行定量和定性分析，制定出適用于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)際的電力設(shè)備節(jié)能降損優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范及運(yùn)行導(dǎo)則。從而提高現(xiàn)有電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，真正達(dá)到節(jié)能增效的目的。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文針對(duì)電力系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，借鑒先進(jìn)國(guó)家成熟經(jīng)驗(yàn)，開展電力系統(tǒng)大功率電力設(shè)備節(jié)能技術(shù)應(yīng)用研究，開展電力系統(tǒng)節(jié)能降損評(píng)估方法的研究，進(jìn)行能效測(cè)試及管理系統(tǒng)的開發(fā)，形成電力系統(tǒng)大功率電力設(shè)備的節(jié)能降損優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范及運(yùn)行導(dǎo)則，對(duì)改善電力系統(tǒng)功率匹配狀況和系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式，提高系統(tǒng)運(yùn)行控制水平和系統(tǒng)效率十分必要，項(xiàng)目研究后形成的成果具有重要的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

大功率電力設(shè)備在進(jìn)行電力傳輸?shù)倪^程中，會(huì)生產(chǎn)各種形式的電能損耗，這對(duì)于人們生活以及工業(yè)生產(chǎn)都是非常不利的，為了使供配電系統(tǒng)在安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行，就必須采取科學(xué)有效的技術(shù)提高大功率電力設(shè)備的工作效率，更好地滿足生產(chǎn)和生活的需求。

[1]張新剛.一種大功率電力電子設(shè)備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011-07-05.

[2]郭希錚；大功率電力牽引控制系統(tǒng)硬件在回路實(shí)時(shí)仿真[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2012-04-26.

[3]郭偉.基于Lab VIEW的大功率電力裝置監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2012-10-25.

[4]胡群榮.大功率電力電子開關(guān)用于配電變壓器無弧有載調(diào)壓方案[J].電子世界，2013-12-30.

[5]韓繼齋.電力設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)探討[J].現(xiàn)代企業(yè)教育，2011-12-08

辛衛(wèi)東:男，國(guó)網(wǎng)山東節(jié)能服務(wù)有限公司總經(jīng)理，本科學(xué)士，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事電力生產(chǎn)管理工作。

卞峰，男，國(guó)網(wǎng)山東節(jié)能服務(wù)有限公司副總經(jīng)理，本科學(xué)士，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事電力生產(chǎn)管理工作。

耿延慶：男，國(guó)網(wǎng)山東節(jié)能服務(wù)有限公司技術(shù)工程部專責(zé)，長(zhǎng)期從事電力生產(chǎn)技術(shù)工作。

周琪:男，國(guó)網(wǎng)山東節(jié)能服務(wù)有限公司技術(shù)工程部專責(zé)，長(zhǎng)期從事電力生產(chǎn)技術(shù)工作。

孫宏志:男,1975年9月出生，本科,主要從事變電檢修、物資管理等工作。

劉麗君：女，1985年2月，中國(guó)石油大學(xué)，本科，主要從事營(yíng)銷計(jì)量管理工作。

Design and implementation of energy-saving electric power equipment

Xin Weidong,Bian Feng,Geng Yanqing,Zhou Qi,Sun Hongzhi,Liu Lijun
(StateGridEnergy Services Ltd.Shandong,250002)

With the development of science and technology,the power equipment has gradually to automation, energy,information and intelligent direction,thus the design of electrical distribution systems have more requirements,in order to enhance the efficiency of high power devices will have to reduce consumption, improve the quality of power supply.Therefore,this article carries on the thorough analysis to improve the effect of energy saving of large power equipment.

High power electric equipment;energy conservation;design