電氣節能在工業電氣設計中的體現方式探討

季沈華，帥敏

（1.揚州高等職業技術學校機電工程系，江蘇揚州，225003；2.國網江蘇省電力有限公司揚州供電分公司，江蘇揚州，225200）

隨著社會經濟水平的提高以及工業規模的不斷擴大，環境污染越來越嚴重，引起了人們對于環境保護的高度重視，環境保護以及能源開發成為各個領域探討的重點。根據相關數據顯示，我國的經濟增長背后的代價是環境污染以及高能源消耗為主。對此，影響我國經濟發展的主要因素是工業耗能?；谠撉闆r下，電氣節能的引用對于工業電氣來說無疑是一種構建資源節約型社會的有效舉措。本文將通過闡述電氣節能與工業電氣設計的關系，結合某工業工業的特點，提出相應的改進措施以及方法。

1 工程基本情況

根據工業企業所從事的工業內容，我們可以得出工業企業的主要工業方向是煉油化工生產以及加工。其中，工業企業還包含了延遲焦化、聚丙烯、加氫制氫等一系列的煉油化工生產配置。另外，柴油、汽油、液化氣等產品是生產加工的主要產品，同時原油加工能力高達500.0t/a。配電室的布局在普遍的工業企業的各個角落，主要分布在生活區以及化工區，數量超過上百個。另外，配電對于電氣接線的方式主要采取單母線分段式，形成一個放射式負荷的接線結構。一般情況下，工業企業的電力系統具有較為完善的配置。根據相關的用電數據顯示，大部分工業企業在2016-2017年度的用電量呈上升的趨勢，側面業反映了企業的用電裝置以及電線的搭接在不斷老化與損耗嚴重?；谠撉闆r下，企業的電氣設計弊端也日益凸顯，例如生產設備不妥當、電能缺乏有效的管理、用電不合理等問題。對此，相關研究人員就此用電問題進行、探討與分析，尋找用電不當的根因。經過一系列的調查與分析，發現工業企業的電氣設計缺乏完善的方案，導致配電室無法發揮正常的功率，嚴重損害電容器設備。另外，針對于變電站的底層設備電能測量，企業缺乏相應的管理方案以及監控人員，管理在整體上缺乏一體化。

2 電氣節能的具體方案

本文結合對于電能耗能過大的根源，并加以電氣節能設計的原理進行以下兩大方面的分析：

（1）廠內電氣的節能系統必須以工業企業自身使用情況為主。廠內的電度表以及工作平臺都應采取智能化模式，在該有的電能采集系統為鋪墊，結合目前智能的機械設備來打造一個全自動化的工作平臺。另外，增設一個變電站監控室來加以規范企業的用電情況，用電量的采集以現代高速工業總線通信技術為主要方式。為了提升監控室的科技化，采用計算機系統來研究開發相應的管理系統以及制度方案，更好的設計一個可持續發展的用電模式。同時，企業應該搭建一個互聯的網絡，各個廠房都可以同步更新變電所的使用現狀。

（2）集成化監控以及調度優化工作平臺是電氣節能的必要環節。根據工業企業的用電情況分析，分布式結構的集成化監控以及搭建優化的工作平臺是工業企業最適合的方式。就目前來說，電氣節能的設計的主要基礎是企業自身的實際用電情況而設，這樣的電氣設計比較貼切企業的本身。如圖1所示，監控系統的主要結構是根據現場總線網絡而設，另外電氣節能設計的布局也要內部高速計算機局域網網絡的配合，才能達到優化企業的供電方案以及電氣節能的效果。這個監控系統分為兩大部分，第一部分的功能是實現自動化以及通信，不僅可以監控企業配電網地層呢過設備的情況，同時也可以及時與廠內的監控系統保持緊密的聯系；第二部分的功能是實現信息、資源共享，集成監控體現在聯合了車間級監控主機、廠內變配電站這兩大主體，以便于更好優化企業整體的用電方案。

圖1 集成化監控系統基本框架結構示意圖

3 諧波抑制與無功補償

無功補償裝置在工業企業雖然有一定的裝備方案，但根據相關數據顯示，16個低壓配電室中有約一半的數量已出現設備老化的情況，導致無功補償的效果不大，同時這16個低壓配電室的功率過低，無法正常發揮配電室的作用。另外，16個配電室除了自身的老化以及設備耗能等問題，還因為諧波損耗抄表而影響企業的用電設備。對此，電氣節能的方案設計主要從該企業的低壓配電室進行改造與升級，以達到企業用電方案的優化，主要的解決方式如下：

（1）低壓配電室一般出現動態變化中，是因為自身的低功率因數以及低含量的諧波而導致負載水平的，從而引發一系列的無功補償不佳的問題。對此，智能化無功補償裝置是優化企業低壓配電室的有效途徑，無功功率的補償可以在該裝置下實現分級、動態方式等。將無功功率提升為0.98左右。電容器裝備需要有一定的控制與投切，可在黃紙內將智能化無功補償設置一定的投切安全區域。基于該設置，自動切除的功能會在電容器處于非安全區域的時候啟動，以便于安全區域有合適的補償電容器自動投入，避免電容器運行中產生不利的因素。

（2）低壓配電室處于高含量的諧波以及合適的無功功率因數下，內部的變頻器以及蒸餾裝置會受到動態的影響，甚至涉及到系統諧波含量的變化。對此，工業企業所采取的方式是以自身的用電情況為主，針對特定次數諧波進行多組單調諧無源濾波器等，在一定程度上可以消除大部分的諧波對于工業電氣系統的影響。另外，多組單調諧無源濾波器的成本較大，為了降低企業的經營費用，可以采取單調諧無源濾波器來處理諧波嚴重畸形且電流幅值較大的領域?；究蚣苋鐖D2所示。

圖2 有源電力濾波諧波治理方案原理圖

（3）低壓配電室處于高含量諧波以及低無功功率因數的情況下，諧波可能因為電容器裝置的單獨接觸或是直接的無功功率補償而被放大，影響了工業電網系統因諧波污染而降低效率。對此，諧波治理需要無功補償的輔助才能有效解決企業的用電問題。與第二種方式不同的是，基于該情況，應該采取混合型動態有源濾波系統來加強對整流裝置的管理，高達380伏的電網將通過有源濾波系統進行注入諧波信號。同時，諧波治理可以根據電網的動態情況來加以控制，以便于更好治理的無功補償的缺陷。無功補償的有級調節可以采取單調諧支路投切的方式，如圖3所示。綜上所述，0.98左右的功率因數是無功補償實現最佳效果的位置，整流裝置的工況均表也得到較好的運行。另外，針對于單次諧波治理，單調無源濾波器的使用更有利于實現諧波抑制的操作。而其他次數的諧波信號則利用動態治理電網系統的方式實現，兩者方式可以同步優化企業的用電方式，達到電氣節能的效果。

圖3 混合型動態有源濾波治理方案原理圖

4 結束語

本文的主題是結合電氣設計的原理，根據某工業企業的實際用電情況，對此進行電氣系統節能的改造方案。根據調查的研究結果顯示，工業企業最為突出的電氣問題是無功損耗過大以及諧波含量不穩定，同時企業缺乏智能化的集成監控以及調度優化平臺來加以監控。對此，提出相應的解決措施以及具體建議，工作平臺將采取智能化與數字化總線采集為主，以便于優化企業的用電方案。另外，解決措施方面還根據諧波含量以及無功功率因數進行三種情況分析，提出無功補償以及諧波治理的具體方案，更好為企業優化電氣系統。

目前,電氣節能技術的應用已形成了一系列規范化的體系。因此,研究在不降低工業功能標準的前提下,通過合理配置電氣設備,選擇節能的電氣原件、提高設備利用效率等方式是提高現代工業電氣節能效率有著重要的意義。