電氣設計及運用在大中型企業節能降耗中的探索

王金晶

青海鹽湖工業股份有限公司 青海 格爾木 816000

我們國家是工業大國也是電力大國。電能作為工業化改造過程中必不可缺的重要元素，給人們的日常生活和生產帶來了巨大的便利。但是隨著傳統能源的不斷發展，如煤炭等傳統發電技術所帶來的污染程度也越來越高。隨著碳中和碳循環等國家發展戰略的不斷提出，針對電力進行全面節約、降低環境污染已經成為了我們國家未來發展的重要目標之一。作為電力的耗能大戶，大中型企業尤其是制造業需要從自身出發，以電氣設計為源頭，盡可能的降低電力的消耗，在保證生產效率的前提下盡可能的進行節能。本文通過大中型制造企業當中電力消耗的幾個關鍵部分，簡要探索如何進行更進一步的節能降耗。

1 基于大中型制造企業的高壓輸電線路節能設計

針對工廠的高壓輸電線路一般分成兩種：架空線路和電纜線路。針對輸電線路的節能主要是依靠線纜截面進行控制的。線纜截面和電阻的大小直接決定了當前輸電線路的節能情況，因此在進行高壓輸電線路的設計過程中，設計者需要在保證當前的供配電系統在可以正常運行的基礎之上，盡可能的降低高壓輸電線路在進行電力運輸過程中所產生的各類損耗，盡可能的對高壓輸電線路的電流和進電阻進行全面的降低，見圖1。

圖1 節能環保雙絕緣電線

首先，在當前相同的電力負荷之下，如果采用35kV電壓進行供電，和傳統的10kV電壓供電相比，電能損耗可以大幅度降低其損耗，損耗減少甚至可以達到92%左右，因此如果技術經濟上可以支持的話，盡可能的對輸電線路的電壓進行全面提升，就可以對當前的電能損耗進行更進一步的降低。除此之外為了降低電能的損耗，在進行配電的過程中需要對變電技術進行全面的縮減，盡可能的簡化相應的界限從而降低無意義的損耗，達到基于電能和降低投資成本的關鍵目的。

第二，如果采用相同材質以及截面的輸電線路，則輸電線路本身的長度越少，相應產生阻礙的電阻也會越小。因此在進行配電施工和設計的過程中，設計人員要充分的考慮到高壓輸電線路的相對應長度，盡可能降低無意義的輸電線路距離以降低電能的損耗。

第三，當整體的線纜進行負載電流的通過過程中，其內部的溫度不可以超過當前電線和電纜所允許的長期工作溫度。如果溫度可以降低，則在相同周期內部的經濟壽命成本就會得到更進一步的提升。如果電流出現短路情況，則不超過所允許的短路負荷極值和低壓損失。在允許范圍內針對性的滿足當前節能需求構建下的輸電線路，擴大其截面就是當前的最優解。因此為了配合降低電能的損耗，進行電線選擇的時候，設計人員要充分考慮到銅芯的電線和電纜[1]。

第四，在進行輸電線路的能量節約過程中，通過電氣進行絕緣是一個非常重要的方式。在進行設計時，設計人員需要保證外過電壓、內過電壓以及相應的工頻電壓不會干擾到當前電流線路的安全運行，并在此基礎上更進一步對當前線路絕緣水平進行全面合理地確定，最終保證電流的泄漏情況得到大幅度降低。如果條件允許，則優先需要考慮當前的架空線路進行電流輸送，同時這種方式投資規模相對降低。

2 變壓器的選擇和安裝設計

變壓器自身的有功功率損耗包括下面的兩個部分：空載損耗和負載損耗，因此在進行針對性的變壓器選擇過程中，需要對每一項損耗指標進行全面的比較和處理。在進行施工的過程中，如果想要保證盡可能的節約電能，就需要選擇更先進的低損耗變壓器。一般來說，針對大中型制造企業，符合當前工作環境構建下的變壓器首先需要考慮S9、S10、S11等低損耗、節能型變壓器。除此之外，如果當前的生產環境屬于相對防火等級要求較高，或處于潮濕多塵等特殊環境構建下的生產現場時，設計人員就可充分考慮到干式變壓器的應用，見圖2。

圖2 節能型自耦變壓器

在進行變壓器的針對性安裝過程中，其主要的安裝位置需要盡可能靠近負荷中心，并保證其地理位置可以讓進線和出線都顯得更加方便。在安裝變壓器的過程中需要盡可能的降低各類危險因素所出現的位置，比如震動、高溫、高腐蝕性氣體附近不適宜安裝變壓器。而針對低壓供電過程中的相關區域，則盡可能的降低同一個變壓器的有效半徑，以便提升輸電效率。

其次，設計人員需要合理選擇當前變壓器的容量，使得變壓器可以在穩妥的狀態下進行全面的運行，對每個變壓器自身的負荷區域進行全面的分配和針對性的整理，保證變壓器自身的三相負荷可以達到平衡的狀態。每臺變壓器自身的負荷功率需要控制在當前最大額定容量的75%左右比較合適[2]。

3 低壓配電線路設計方案

一般來說，進行低壓配電線路設計的過程中，設計者需要充分考慮到電力電纜對于企業每一個工段以及對應的電氣設備的連接。大中型制造企業的電氣設備以及配電回路數量較多，同時針對性的低壓配電線路電纜使用數量也相對較大，因此我們需要考慮的是在基于相同負載的電流構建下，如果選用聚氯乙烯絕緣電纜，相對來說要比交聯聚氯乙烯絕緣電纜的截面平均大1～2個等級。因此我們可以知道，選用聚氯乙烯絕緣電纜相對來說，比交聯聚氯乙烯絕緣電纜在節能方面可以更加有效的降低當前線路內部的有功損耗，在進行針對性選擇的過程中聚氯乙烯絕緣電纜就可以成為最佳的選項。

針對電源截面自身的選擇，設計人員同時也需要按照下列的因素進行針對性的處理：

在規定面積的電纜通過負載電流的過程中，電芯的溫度不可以超過電線本身的溫度，而電纜所允許的長期工作溫度也要高于電芯日常的運轉溫度；在電纜的自身經濟壽命周期內所耗費的成本費用相對來說需要保持最低，同時當電路電流出現短路的過程中，短路的強度不可以超過當前線路自身的強度；電壓損失必須要控制在允許的范圍之內，同時滿足對應的機械強度需求，在進行線路鋪設的過程中盡可能避免產生無意義的繞遠而選擇最短距離的路線。

4 低壓用電設備的設計方案

針對大中型制造企業低壓用電的設備主要包括下面的兩類：動力設備和照明設備。

4.1 動力設備設計方案

大中型企業，尤其是制造企業的生產車間和公用動力設備一般來說都是依靠三相異步電動機進行全面推動。因此如果要充分考慮到設備節能角度，設計人員需要充分考慮到當前電動機類型和容量。從節能角度來說，對類型的容量進行匹配可以有效的提升機械性能，提升工作效率，保證能源的節約，最終對當前的供配電系統進行全面優化有著非常重大的意義。

一般來說在進行電動機選擇的時候，我們需要充分考慮到當前的新型高效節能電動機，對電動機本身的額定功率進行針對性的選擇。在進行日常工作的過程中，電動機自身的負載率需要保持在75%以上，盡可能的回避出現大馬拉小車的現象。而對于一些關鍵性的動力設備，如鍋爐引風機、循環水泵等相對負載不穩定，變動相對較大的設備，設計人員就可以考慮通過變頻器來進行全面的控制。

除此之外，對于各類需要進行針對性電動機速度調節控制的相關設備，我們都可以使用變頻器進行全面的驅動。對于額定功率大于15kV的電動機，我們可以通過合適的降壓啟動控制方式進行針對性的選擇，盡可能的降低當前電動機來進行啟動的過程中所產生的各類電能損耗。一般來說，冷卻風機等設備往往采用軟啟動的方式進行控制和處理[3]。

4.2 照明設備的設計方案

對于大中型企業來說，照明的設計如果想要滿足企業自身的照明質量需求，首先需要盡可能選擇高效和節能的照明產品，從多個角度盡可能的保證綠色低消耗照明。在滿足當前照明標準的前提之下，企業工廠根據自身的工藝布置情況，需要盡可能的按照車間內部不同的照明需求情況，對照明的方式進行全面的控制和選擇。一般我們可以把正文的方式，按照亮度不同設置為一般照明、局部照明、混合照明和應急照明，而對于工廠內部特殊的場所則需要進行針對性的局部安全照明處理。對于特別重要的位置，如配電室和中央控制室則需要安裝相應的緊急照明。一般來說我們需要充分考慮發光效率相對較高，節能效果相對明顯，同時顯色性相對較好使用壽命較長的電光源以保證當前的照明質量得到更進一步優化。

對于工廠內部的各種聯合車間，設計人員需要優先考慮高強度氣體放電燈，如高壓鈉燈和金屬鹵化物燈這兩種照明燈。這兩種燈可以有效的對工廠進行全面的照明。熒光燈是當前工廠內部最常使用的一種節能光源，相對來說，其發光效率約為正常家用白熾燈的4倍，但是卻比家用白熾燈節約電能60%左右，因此可以廣泛的運用在工廠的各類控制室當中。除此之外，對于各種高效光源匹配的針對性附件，如鎮流器等進行選擇，也是在進行照明設計當中盡可能節約能源的重要部分。

直管熒光燈所采用的是電子直流器或者是基于節能型構件下的電感直流器。一般說來，電子鎮流器本身對于熒光管進行驅動的過程中會使得當前的熒光膏的自身功率小于當前的額定值，而這就使得光照的效率得到更進一步的提升。高壓鈉燈和金屬鹵化物燈普遍采用節能型電感鎮流器，企業廠房樓梯間處的照明則需要采用瓦數較小的普通LED燈，同時需要配合帶有指示燈構建的雙控延時開關或者節能型自熄開關，對于廠區內部的道路照明往往采用定時開關的方式進行節約處理。

除此之外，光電自動控制器等相應的節電開關以及對應的照明智能控制裝置也需要被大規模應用在廠房的各個部分，以保證電力的節約。對于車間內部的照明，配電設計人員需要按照不同的功能性區域進行全面的配電回路劃分，并在此基礎上進行更進一步的分區分組控制。為了保證充分利用自然光，降低電力的損耗，對于靠近窗戶的照明燈，設計者需要對其進行專門的開關設置，這樣就可以通過日照的具體情況來對開關進行全面的把控，在盡可能的保證節能的前提下，照度可以得到更進一步的調節[4]。

5 供配電綜合要求

對于大中型企業的節能配電系統綜合要求有下面的幾個方面。

首先，電能質量是當前電力能源的一項關鍵指標，電能質量本身的好壞可以直接對當前的電力系統和用電設備運行情況進行全面的影響和干預。電能指標的質量主要包括下面的幾個參數：電壓頻率、波形質量；而電能質量指標的主要包括電壓偏差、電壓波動、頻率偏差、諧波以及相應的三相電壓不平衡度等等。

大中型企業所使用的電壓一般都為35kV及以上的供電。電壓一般來說所允許的偏差值其絕對值不可以超過標準啟動電壓的10%，而10kV及以下的低壓供電電壓偏差則僅允許偏差值達到7%左右。因此為了提高節能效果，我們往往可以通過改善電能質量來達到這個目的。

比如，設計者可以通過合理減小當前的配電系統阻抗對誤功率進行全面的補償，或者盡量保證三相負荷平衡等措施。這樣都可以有效改善當前的供電電壓偏差值，使得當前的電壓本身的偏差和電壓自身的波動達到了當前的標準規定范圍之內。

除此之外，我們還可以通過加裝交流濾波器、靜止無功補償裝置等措施，來對當前的偏差影響進行全面的減小。企業機電設備基于單向用電設備接入三相系統的過程中，應該盡可能使得三相負荷保持平衡的狀態，盡量的降低當前三項的不平衡度[5]。

第二，提升當前設備自身的功率因素，首先應該保證當前的自然功率因素得到進一步的保障。而為此我們需要選擇合適的異步電動機的自身容量來保證當前電動機自身的使用效率得到完善。之外，我們還可以選用功率因素相對較高的用電設備，以及合理選擇變壓器容量、線纜和敷設方式等措施，盡可能的降低當前線路內部的感抗，以便對用戶自身的自然功率因數進行保證。當提升自然功率因素的相關措施之后仍然無法達到要求時，我們就需要進行針對性的無功補償處理。10kV以及以下的無功補償措施需要在當前配電的變壓器低壓側進行集中補償處理，使得供配電系統的本身功率因數可以達到0.9以上，而這樣就可以對當前供配電系統自身的有功核載能力進行全面的提升；對于其余相對容量較大，負荷平穩并且經常使用的用電設備，需要進行針對性的就地補償。

6 結語

節能降耗是我們國家保護環境，降低碳排放量的重要措施，更是我們國家未來進行可持續性發展的關鍵體現。因此節能降耗技術是大中型企業電氣設計者必須要充分考慮到的重點話題。工廠電氣設計人員需要充分考慮到節能相關設施和手段，不斷更新自身的設計理念，為保護我們國家碧水藍天貢獻出自己的力量。