中小型化工廠的電氣節能設計方案

林釩

（華陸工程科技有限責任公司，西安710065）

1 引言

中小型化工廠在實際生產活動中往往會消耗大量的能源，特別是以儲油和化工為主要功能的中小型化工廠，電能的消耗在其日常經營開銷總額中占據的比例比較大，這已成為中小型化工廠高度關注的重要內容。

2 工程概況

某中小型化工廠項目，主要集中在化工、油庫儲油這兩個功能方面。化工與油庫儲油都是高危作業環境，因相關變電所嚴禁設置在危險區以內，這導致該中小型化工廠需配備的低壓配電線路距離比較長。

鑒于這一情況，從機械設備負荷性質分析，該中小型化工廠大部分化工裝置基本上處于連續性負荷狀態（持續性運行時間都超過了5 000 h）。此外，由于化工廠電氣設備數量多且耗電量大，因此，使用低壓電纜線路供電已無法滿足經濟性原則。

3 低壓配電線路的節能方案

結合我國現行供配電設計要求，對于低壓電纜配電線路，應為其配備阻容比較小、線路不宜過長、導線截面面積較大的纜線。換言之，在選擇導體截面時，可以低壓電纜配電線路本身的發熱情況作為適當的參照標準[1]。通常情況下，經濟電流密度的具體情況可以參照表1。

表1 規定導線和電纜經濟電流密度值

因配電線路自身存在一定的電阻，所以，如果有電流經過，就會隨之自動在功率方面發生損耗。具體表達式見式（1）。

式中，ΔP為三相電的實際功率損耗，kW；I為線路電流，A；R為線路自身的電阻值，Ω。

當線路的電阻R在電流經過時處于穩定狀態情況下，如果線路長度變長，那么該電阻值也會對應地增大。假若在一個工程項目內，如果線路出現上下交叉且數量龐大情況時，就會造成大規模電能損失。針對此，為有效控制電能損耗量，應減短線路的長度。在實踐過程中，由于線路中電流一般都處于穩定狀態，因此，要降低線路損耗就必須減小線路自身的電阻值。通常情況下，降低線路的電阻值應該著重關注以下內容：

1）對電纜線的選擇，要盡量首選銅芯電纜線，其次是鋁芯電纜線，原則是在經濟條件許可情況下選擇電阻率相對較小的導線。

2）合理設計電纜線的鋪設路線，從而盡量減小電纜線的長度。對此，在實際設計過程中，盡可能地優先選擇直線鋪設。

3）在條件許可的情況下，適當地選擇截面面積大一些的導線。該措施主要針對的是需長期負載的電纜線，從而在有效提高作業經濟性的同時，對線路更好地起到保護作用。

4 工廠照明的節能設計

由于工業生產用的加工場地是根據不同產品設計的生產廠房，大部分廠房結構高度會相對較高。通常內部懸掛的照明燈雖然照明要求不同，但也變化不大。考慮到工業生產的加工場所，對照明對象的識別往往存在一定特殊性，所以，必須要保證照明方式的合理性。具體表現為：為保證照明高質量，要考慮到光源種類、光效以及顯色指數等指標。

4.1 節能光源

在選擇照明光源的過程中，必須按照我國現行管理規定以及行業標準進行，面對不同運用場景要選擇與之相對應的光源。照明光源的光效指標，必須要符合HJ 2518—2012《環境標志產品技術要求 照明光源》規范要求。這可以為達到科學合理的節能效果提供保障。各種常用光源光效技術指標見表2。

表2 常用光源光效技術指標

對于中小型化工廠廠房照明來說，由于其空間高度多數≥4.5 m，綜合表2信息，由于金屬鹵化物燈在發光光效、顯色指數、壽命等方面指標均具有優勢，因此，應優先選擇使用金屬鹵化物燈。

4.2 節能型電子鎮流器

應推廣低損耗、高性能電子附件。以金屬鹵化物燈為例，其應配備節能型電子鎮流器，這是因為其氣體釋放光效系數相對較低，所以應該采取補償措施（一般都會將燈具功率系數提升至0.9以上）。

節能型電子鎮流器功效以及降低能耗的效果會明顯超過電感鎮流器，雖然目前節能型電子鎮流器普遍存在生命周期短、價格昂貴等缺點，但這些特點對其整體性能發揮影響不大，且能夠在科學技術不斷發展的背景下被相應地優化。不難預見的是，節能型電子鎮流器技術在未來將會得到大幅提高。

4.3 節能照明設計

在設計廠房環境照明設備時，必須充分了解場所內部環境以及場所對于照明的需求，不僅要顧及照明設備照射的均勻性，而且應嚴格按照工藝合理性來布置燈具。通常，廠房內的照明系統都會采用混合式照明。這既能滿足基本照明需求，又能滿足特殊區域照明需求，從而規避照明亮度不均勻的弊端。不僅如此，可在設計時最大限度地利用自然光來降低廠房的照明成本。即建設廠房過程中，可以盡量為外墻配備大面積窗口，以便光線能夠從多個角度照射至廠房內部。

除此之外，在對廠房照明系統的具體設計階段，還可以采取以下措施來實現節能：

1）為兼顧照明系統控制問題，可采用分區照明方式予以控制，即在廠區內部設立多個控制開關，且每個開關對應控制4～6盞燈具；與此同時，還應該設置半夜燈、全夜燈。

2）合理選擇供電方式與線路。一般照明線路大約會損耗傳輸電能總量的4%，加上導線截面與供電方式會對線路損耗造成影響，實際中這一數字可能還要大。對此，針對不同供電方式對線路損耗所造成影響表現出的差異性，可采取“三相電四線制”方式來進行供電。

4.4 提高供配電系統的功率因數

在改進電壓質量方面，可通過在合適范圍內提高系統功率因數這一方式來解決。該方式能夠在降低線路傳輸無用功的同時，進一步提升用電設備效率，從而實現節能。就中小型化工廠而言，如何提高電力系統的功率因數，已成為開拓自身發展途徑的重要課題之一。對此，可采取2項措施：

1）提高系統自然功率因數原理在于不添置任何補償設備，并降低用電設備無功功率來減少負載。該方法避免了投資的增加，具有較理想的經濟性。對此，可采用3個方法：（1）使用同步電機或異步電機來實現同步運行；（2）為避免設備處于低負荷運行狀態，需保證變壓器與電機在使用過程中的合理性；（3）規定檢修頻率以保證異步電機檢修質量符合標準等。

2）僅依靠提高自然功率因數這一方式，已不能滿足中小型化工廠關于功率因數的要求，故而中小型化工廠還需裝設補償裝置，對功率因數進行人工補償。

4.5 降低高次諧波

產生高次諧波根源在于電力系統中某些設備和負荷的非線性特性。具體來說，即加在電力系統上的電壓以及該電壓所產生電流，不成線性的正比關系而產生波形畸變。正因如此，高次諧波是會危害電能質量的重要因素之一，所以，必須要采取對應限制措施：

1）變壓器采用△/Y接線，這能夠消除整數倍的高次諧波；

2）增加整流變壓器二次側的相數；

3）使用無諧波污染綠色變頻器；

4）使用無源濾波器或有源濾波器。

需注意的是，現階段我國中小型化工廠在諧波治理工作上，很大一部分企業都處于起步狀態，在這方面投入不足、重視不夠，因此，諧波治理工作在各方面都有待提高。

4.6 其他節能方式

除上述方式外，還可以采取其他節能方式：

1）規定并完善對于單位產品耗電定額設置。對此，設定內容需包含綜合、生產每一環節、每道工序、每個裝置的用電單耗。

2）將電氣節能規定為生產過程中必須貫徹執行的重要原則，以便在設計階段就著手對于能源利用效率加以重點考慮，以到達降低能源消費的目的。

3）通過科學管理設備來降低能耗。

5 變壓器節能設計

變壓器的額定容量必須要高標準地滿足用電荷載要求。在該過程中，必須嚴禁變壓器長時間處于負載狀態。嚴格意義上講，變壓器的常規性負載，應該是控制在其自身額定容量的60%，這是變壓器所能夠承受的最大工作效率。如果采用強制性手段來調大變壓器負載，很容易發生“大馬拉小車”現象。這種現象不但會導致變壓器無法發揮出自身最大的效能，同時還會導致變壓器的運行效率降低，這實際是一種浪費行為。所以，假若無法按照最佳負載進行設計，那么就應該按照把變壓器負載控制在75%～85%這一方式來予以解決。

提高變壓器的功率因數，能夠降低線路在無功率狀態下的損耗量，這樣也能夠達到節能的效果。一般而言，在提升變壓器功率因數時所采用的常規性措施主要包括：提升電氣設備的功率因數、人工主動無功率進行補償或是降低無功損耗。

根據相關調查可知，目前我國市場上流通著大量節能型變壓器產品，而部分產品缺乏正規合格的說明，是無法在真正意義上達到節能效果的。由此可見，中小型化工廠在采購節能型變壓器時，一定要嚴格檢測相關質量，從而有效保障所采購的節能型變壓器能夠符合技術標準。

6 結語

近年來，我國的工業產業獲得了良好的發展，社會生產活動對于能源的消耗量也是與日俱增。但是，國家在向前發展過程中，必然會需要大量能源作為支撐，所以，在開發新能源的過程中，還應該兼顧節能減排的問題。在中小型化工廠的電氣設計過程中，一定要根據相關指標來對各環節進行嚴格把控，以確保其在長期發展過程中，能夠獲得持久的經濟效益。