工业电气设计中电气节能

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【摘 要】随着大量节能型变压器产品的普及,有很多设计单位仍在使用S7等系列变压器.本文是笔者根据多年的工作经验,从供配电系统的设计、控制系统的设计、照明系统的设计、设备的选择几个方面介绍了采取何种措施能达到节能减排的目的,实现方案的安全性、经济性及节能性.

【关 键 词】电气设计；电压；水平；电气节能

前言

依据调查统计资料显示：我国的国民生产总值增长率与能源消耗增长率比例为：1：1.5,但是标准的国民经济增长率与能源消耗增长率应该为：1：0.8.通过比较得出：我国的节能工作还有待提高.尽管我国地大物博,但是资源仍然不够用,因此,要实现可持续发展,就要做好资源的有效利用,其中最重要的是要做好节能计划,在安全性能、节能性等方面都要做好规划,按计划实施.

1供配电系统的合理设计

工业电气与普通民用电气的主要区别是：用电负荷等级高,用电设备相对密集,对连续性供电的要求较高.为达到节能的效果,从以下几方面进行考虑.

（1）供配电系统的环节不宜过多,尽量做到简单可靠.过多的配电环节会造成额外的能量损耗.这也是规范规定“同一电压等级供电系统配电级数不宜多于两级”的原因.

（2）应合理选择设备的供电电压水平.同等情况下,电压水平高,损耗相对较小.如工业、企业大量使用的压缩机、循环水泵等,常采用6/10kV供电,既降低了供电线路上的电流,又减少了铜损耗,还能减少铜材的浪费.

（3）变电所应尽量深入负荷中心.大多数情况下,工业、企业内的负荷多为低压交流380V,若距离过远,为满足起动压降和运行压降的要求,增加电缆的截面,势必造成铜材的大量浪费.所以,如果厂区面积过大时,应采用合理的供电半径统一筹划,设置多个变配电装置,缩小线路的距离,降低损耗.如果有爆炸危险区存在,在满足规范的前提下,可将变电所设置在爆炸危险区外,将室内外地坪高度差提高至0.6m,就能达到降低能耗的效果.

（4）采用功率因数补偿.在工业企业中大多数用电负荷为机泵.在SH3038―2000《石油化工企业生产装置电力设计技术规范》推出后,石化装置设计人员将低压补偿取消,这种做法有欠妥当.如果补偿只设置在6/10kV侧,低压侧不进行补偿,负荷较多时配电变压器的数量会相应增加或变压器容量会相应增大,很容易造成额外的电能浪费.所以,应采取就地补偿原则,从设计上保证节能,可即变压器后侧进行相应的补偿,在同样负荷率的情况下,使变压器的效率提高.

变压器的合理选择：变压器是设计人员使用量最多,但又常是设计最不合理的设备之一.分以下两种情况：

（1）在目前已有的大量节能型变压器产品推出的情况下,有很多设计单位仍在使用S7等系列变压器.很多电力部门往往将大城市的老变压器拆除后移至城乡结合部或乡村使用,不但造成大量电力损耗,还增加了低收入人群的额外支出费用.所以,设计人员应严把设计关,从源头杜绝再使用国家淘汰产品和落后产品变压器.尽量考虑选择损耗较小的节能型变压器,如S9、S10、S11、SC9、SC10等.节能型变压器在制造铁心的硅钢片、铁心的制造工艺上都有较大的改进,有利于减小变压的空载功率损耗.

（2）变压器的容量和数量也与节能有关.工业企业由于用电要求较高（多数为一、二级负荷）,所以在设计时一般总会按照互为全备用（即单台变压器的负荷率不超过50%,由两台变压器承担用电负荷）的思路.可以对一、二级负荷采用互为全备用的方式,对于等负荷,完全可另设变压器,将变压器的负荷率提高到75%左右,这样虽然增加了变压器的数量,但变压器总容量降低了,减少了部分无功损耗和有功损耗.当然,增加变压器的台数也会造成损耗和建筑物面积的增加,各种因素要综合考虑才能达到最佳效果.

2控制系统的合理设计

在工业企业生产装置和生产线上往往有集散控制系统或者可编程逻辑控制器参与逻辑控制,是为了提高系统自动化程度,减少人工成本.在以往的设计中,为了减少一次性生产成本投入而减少DCS点数,将应控制的起动和停止由一个继电器输出控制.如采用1个继电器接点控制,则DCS采用的不间断电源（UninterruptedPowerSource,UPS）容量往往会比采用2个继电器控制时的UPS容量大,即使增加了输出I/O卡件,也能达到很好的节能效果.

采用两个继电器的控制方式优点如下：如果装置第一次是在开起现场,当顺利开起后,转换开关在旋转的过程中运行的设备不会停止；而选择1个继电器输出控制设备起停时,转换开关在旋转的过程中运行的设备会停止.

3照明系统的合理设计

工业、企业电气照明设计并没有民用建筑照明设计复杂,但是在装置中同时使用的灯具量大.

（1）过去通常采用的灯具为汞灯、钠灯、金卤灯,这些灯具在工矿企业当中使用量大、面广,也发挥了其应有的作用,但在新兴光源的推出后逐渐失去了原有的主导地位,光效低、寿命短、功率因数低,起动时间长等缺点,已经不能满足现代石化企业的照明要求.所以,现在推出了电磁感应灯、LED灯等光源,这些已能完全满足用户的要求,如表1所示.虽然价格稍高,但随着推广,费用会逐渐降低.

表1各种光源参数对照表

注：参照《工厂常用电气设备手册》和厂家样本.

（2）过去对光源的控制不能达到节能的效果.如采用适当的措施,如光控、时控、稳压输出等,则每年可以节约大量的电能.

（3）新的照明设计标准对节能部分进行了增加,对主要功能建筑物的功率密度值进行了限制,如GB500342004《建筑照明设计标准》的第6.1.2～6.1.7条中对于“高于或低于规定表格内的照度值时,照明功率密度应按比例提高或折减”的相关条目就充分体现了我国对照明节能上的重视.

4科学选取设备

机汞是工业及企业的主要用电负荷.尽管电气专业人员不负责选择机汞,但是仍然能够在设计准备时期给出较科学的意见.假如所选的电机功率较大,可以提高运转时的安全性,但是在轻载和空载时由于要消耗较大的电能往往导致工作效率低,因此可以对此类电动机安装变频调速器,既可以提高工作效率,还可以更加节能.

5小结

总而言之,电气设计人员要尽心尽力地完成设计工作,从安全性能、节能性、经济性等多方面进行研究,最终选取科学的供配电规划,进一步改善计划后,投入实施,在提高社会效益和经济效益上面尽自己的一份力量.