摘 要：本文通過介紹船廠的供電特點(diǎn)以及工業(yè)電費(fèi)的計算方法，從技術(shù)管理和生產(chǎn)管理兩個層面闡述如何降低供電能耗，提高船廠的用電質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，從而提高企業(yè)效益。

關(guān)鍵詞：供電質(zhì)量；電能損耗；諧波；功率因素

1 前 言

節(jié)能、環(huán)保、安全、衛(wèi)生是國家對綠色船廠的強(qiáng)制性規(guī)定。綠色船廠不僅要能按規(guī)范建造綠色船舶產(chǎn)品，也要能在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)，節(jié)能是其中的一個重要環(huán)節(jié)。對于船廠來說，能源費(fèi)用的支出已成為繼材料設(shè)備費(fèi)用和人工費(fèi)用等成本費(fèi)用之后的第3大支出項目，并呈現(xiàn)不斷增長的趨勢。船廠主要的能耗有電能、天燃?xì)?、氧氣、二氧化碳、壓縮空氣、燃油、水等，其中電能的消耗占全部能耗的70%-80%。所以，加強(qiáng)船廠的用電管理，降低電力成本，已成為船廠節(jié)能的工作重點(diǎn)之一。

2 船廠的供電特點(diǎn)

船廠的供電系統(tǒng)具有電壓等級高、負(fù)荷容量大、變電級數(shù)多、整流逆變設(shè)備普遍使用的特點(diǎn)。船廠的主要用電設(shè)備有電焊機(jī)、起重設(shè)備、空壓站、切割加工設(shè)備等。目前所使用的各類電焊機(jī)是一種典型的非線性負(fù)荷，焊接過程中電壓和阻抗都有很大的變化，是一種功率因數(shù)低、工作間斷次數(shù)高、沖擊強(qiáng)、不對稱、諧波大的用電設(shè)備。另外，起重設(shè)備在啟動和作業(yè)時會產(chǎn)生很大的沖擊電流，造成系統(tǒng)電壓波動大。不管是起重設(shè)備還是空壓站、切割設(shè)備等都大量使用自動化程度比較高的非線性的變頻器、軟啟動器、整流器、數(shù)控設(shè)備等。這些設(shè)備在供電系統(tǒng)中不僅產(chǎn)生大量的無功功率，造成系統(tǒng)功率因數(shù)過低，而且還會產(chǎn)生大量諧波，引起線路電壓大幅度波動，降低了電能質(zhì)量，加大了電能的耗損。如果在變電運(yùn)行中，用電管理得當(dāng)，節(jié)能措施到位，將大大降低船廠供電系統(tǒng)中的電能損耗，提高節(jié)電率，對船廠來說效益是十分可觀的。

3 影響電費(fèi)總量的因數(shù)

按照工業(yè)電費(fèi)的收取方法：總電費(fèi) = 基本電費(fèi) + 電度電費(fèi)。

以廣州市為例，基本電費(fèi)有兩種計算方法：一種是按照報裝的變壓器容量來算，23元/KVA；另外一種是按最大需量來算，32元/KVA。電度電費(fèi)的計算則是由：電度電費(fèi) = 電價X用電度數(shù) + 功率因數(shù)調(diào)整費(fèi) + 線損耗費(fèi)。廣州市工業(yè)電價是分時段收費(fèi)：峰時是1.1 327元/KW.h；平時是0.7 069元/KW.h；谷時是0.3794元/KW.h；功率因數(shù)調(diào)整值設(shè)定為cosφ=0.9。若船廠用電的功率因數(shù)超過0.9，供電局將有相關(guān)的獎勵；若功率因數(shù)低于0.9，供電局將對船廠進(jìn)行相應(yīng)的罰款。線損耗費(fèi)是根據(jù)線路長短，其收費(fèi)是固定的。從以上分析可知，要節(jié)約總電費(fèi)，在基本電費(fèi)確定的情況下，只有管理好生產(chǎn)用電，通過合理的生產(chǎn)調(diào)度實(shí)施節(jié)約用電，降低單位電價，提高船廠用電的功率因數(shù)，加強(qiáng)電網(wǎng)諧波的治理，從而降低電能損耗。

4 提高電網(wǎng)供電質(zhì)量，降低電能損耗

電網(wǎng)的供電質(zhì)量主要由電網(wǎng)中的諧波量與電網(wǎng)的功率因素決定。由于船廠大量使用非線性負(fù)荷，致使大量諧波電流注入電網(wǎng)，造成正弦波畸變，電能質(zhì)量嚴(yán)重下降，對電力系統(tǒng)自身的主要設(shè)備以及船廠用電設(shè)備的安全和穩(wěn)定運(yùn)行也構(gòu)成潛在的威脅。

諧波是因為電流經(jīng)過負(fù)載時，與負(fù)載所加的電壓不呈線性關(guān)系，形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。所有的非線性負(fù)載都能產(chǎn)生諧波電流，所以說諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。在船廠大量使用的變頻器、軟啟動器、整流器、數(shù)控設(shè)備等都是非線性負(fù)載，一般都是用可控硅晶閘管來控制，只有在電壓超過存儲電容器上存在的電壓時，電流才流通。負(fù)載上的電壓和電流畸變成為非正弦波，形成一個矩形波，矩形波與正弦波疊加就會形成一系列的高次波形——諧波。當(dāng)諧波電流注入公用電網(wǎng)就會污染電網(wǎng)，引起電網(wǎng)電源的電壓畸變，波形失真，從而使電網(wǎng)中的其他用電設(shè)備無法正常運(yùn)行。比如對旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器等電氣設(shè)備由于過大的諧波電流而產(chǎn)生附加損耗，從而引起過熱，加速絕緣介質(zhì)老化，導(dǎo)致絕緣損壞，甚至破壞電氣設(shè)備。諧波電壓還能使輸電線路局部放電增加，對電纜的使用壽命有較大影響。諧波電流產(chǎn)生附加諧波線損，降低輸電效率，甚至使電氣設(shè)備和配電線路過載導(dǎo)致短路，造成設(shè)備損壞引起火災(zāi)等。不僅如此，諧波還能通過產(chǎn)生的電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)等方式干擾供電系統(tǒng)中相位控制設(shè)備的正常工作，因控制信號紊亂而使電子計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)誤動作、繼電保護(hù)和自動裝置誤觸發(fā)等。諧波對供電系統(tǒng)的危害如此的嚴(yán)重，所以我們必須慎重考慮諧波問題，提高供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量。

目前對諧波的治理一般采用有源濾波裝置和無源調(diào)諧濾波裝置。有源濾波裝置是向電網(wǎng)注入與諧波電流相位相反、震幅相同的電流，來抵消電網(wǎng)中的諧波，從而達(dá)到仰制諧波的目的。無源調(diào)諧濾波裝置是吸收諧波電流，有效地減少諧波量。濾波裝置由電阻、電容和電感等元件組成串聯(lián)諧振電路，利用其串聯(lián)諧振時阻抗最小的特性消除5、7、11等高次諧波。上述兩種治理諧波的辦法以有源濾波裝置效果比較好。

電網(wǎng)供電質(zhì)量的好壞除了諧波影響以外，還有另外一個重要因素就是電網(wǎng)的功率因素。電網(wǎng)的功率因素是指用電負(fù)荷的有功功率與視在功率的比值，用公式可以寫成：cosφ= - ，其中P為有功功率，S為視在功率，cosφ為功率因素。電網(wǎng)的有功功率是指用電負(fù)載將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量的時候?qū)嶋H使用的電功率，是電網(wǎng)中實(shí)際消耗的功率。電網(wǎng)的無功功率是指在電網(wǎng)中只完成電磁能量的相互轉(zhuǎn)換，將電能轉(zhuǎn)換為磁場能，再將磁場能轉(zhuǎn)換為電能，在這個過程中并不作功，所以稱為無功功率。無功功率與有功功率同樣重要，沒有無功功率，變壓器不能變壓，電動機(jī)不能轉(zhuǎn)動，電力系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。無功功率的消耗將導(dǎo)致電網(wǎng)功率因素降低，因而占用了電力系統(tǒng)發(fā)供電設(shè)備提供有功功率的比例，同時也增加了電力系統(tǒng)輸電過程中的有功功率損耗。例如負(fù)載的端電壓設(shè)為U，負(fù)載的功率為P，功率因素是cosφ，則P=U I cosφ，I= —— 。輸電線上的損耗公式為：P損= I2R。由此可知，當(dāng)功率因素 cosφ較低時，電流I將會增大，從而引起輸電線路損耗P損增大。當(dāng)功率因素較高時，在功率與電壓一定的情況下，線路中通過的電流減小，從而在導(dǎo)線的選擇時也可以使用截面積小一些的電纜，降低線路的投資。其次，如果功率因素過低，線路上的電流I越大，由于線路上的阻抗存在，必然造成電壓損失，輸電線路電壓降低，若電壓損失過大，電網(wǎng)末端將長期處于低壓運(yùn)行狀態(tài)，引起變壓器過負(fù)荷、電動機(jī)過熱、日光燈不能啟輝、電燈昏暗等后果。因此，提高功率因素能減小電壓損失。再次，在有功功率一定的情況下，功率因素的提高，也就是降低了視在功率，從而減少了所需變壓器的容量，也就降低了投資和損耗。

綜上所述，提高功率因素可以充分利用電源設(shè)備容量，改善供電質(zhì)量，降低線路損耗，是緩和電能供需矛盾，減少企業(yè)經(jīng)濟(jì)支出的有效措施。目前提高功率因素除了改善自然功率因素，減少用電設(shè)備對無用功的需要外，主要還是采用動態(tài)無功補(bǔ)償效果比較好。動態(tài)無功補(bǔ)償是根據(jù)負(fù)載的感性或容性變化隨時切換補(bǔ)償電容容量或電感量進(jìn)行補(bǔ)償。動態(tài)無功補(bǔ)償裝置能實(shí)時的跟蹤測量負(fù)荷的電壓、電流、無功功率等，通過微機(jī)進(jìn)行分析，然后計算出無功功率并與預(yù)先設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較，自動選擇能達(dá)到的最佳補(bǔ)償效果的補(bǔ)償容量，并發(fā)出指令，由過零觸發(fā)模塊判斷雙向可控硅的導(dǎo)通時刻，實(shí)現(xiàn)快速、無沖擊地投入并聯(lián)電容器組，從而提高電網(wǎng)的功率因素。

5 生產(chǎn)過程中的合理管理，降低電能損耗

如果說從提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量來降低電能損耗是從技術(shù)的角度來闡述如何管理船廠電能，是屬于硬件設(shè)施的話，那么在生產(chǎn)過程中的有效管理就是屬于軟件部分。只有擁有好的硬件，再配上好的軟件系統(tǒng)，才能將整個船廠的電能管理得好，電能損耗降到最低。

在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)部門必須加強(qiáng)用電負(fù)荷的管理，合理安排好生產(chǎn)工藝，做好生產(chǎn)計劃，進(jìn)行合理的生產(chǎn)調(diào)度，比如涂裝房的噴涂、大型龍門吊的吊裝、船塢泵房的排水等能不在用電高峰時期進(jìn)行的生產(chǎn)活動就安排在用電低峰期進(jìn)行，實(shí)施移峰填谷，降低單位電價。其次，在生產(chǎn)過程中所使用的用電設(shè)備，不管是電焊機(jī)、變壓器、各類電機(jī)、空壓機(jī)、相關(guān)的照明設(shè)備等都盡可能的選用節(jié)能產(chǎn)品，計算好供配電設(shè)備的負(fù)荷大小，避免大馬拉小車的現(xiàn)象。生產(chǎn)過程中的動力設(shè)備盡可能減少空載操作，嚴(yán)格控制照明設(shè)備的管理，杜絕白晝燈、長明燈等，做好照明節(jié)電時間表。再次，制訂合理的獎懲制度，對各個部門、各個生產(chǎn)用電單位節(jié)約用電管理得好，節(jié)約電能較多的單位進(jìn)行相應(yīng)的獎勵。對在生產(chǎn)過程中浪費(fèi)用電沒有達(dá)到節(jié)約用電指標(biāo)的單位進(jìn)行相應(yīng)的懲罰。最后，不僅要船廠電力部門和車間電氣人員經(jīng)常進(jìn)行巡回檢查，及時發(fā)現(xiàn)供電線路不合理的情況，最主要的是要提高船廠所有人員提高節(jié)約用電的意識，只有大家自覺的參與到節(jié)約用電的行動中，才能將船廠的節(jié)約用電管理好。

6 結(jié) 語

船廠供電系統(tǒng)的節(jié)能關(guān)系到船廠用電過程中的各個方面，要想高效的使用電能，降低電能損耗，就必須對船廠供配電的整個過程進(jìn)行有效的管理，因為管理是成本最低、效益最好的一種手段，在管理過程中去發(fā)現(xiàn)節(jié)電機(jī)會，然后改進(jìn)相關(guān)的節(jié)電制度，在改進(jìn)中不斷提高，進(jìn)而提高船廠的電能利用效率，達(dá)到節(jié)能增效的目的。

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