王金晶

青海鹽湖工業(yè)股份有限公司 青海 格爾木 816000

我們國(guó)家是工業(yè)大國(guó)也是電力大國(guó)。電能作為工業(yè)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(chǎn)帶來(lái)了巨大的便利。但是隨著傳統(tǒng)能源的不斷發(fā)展，如煤炭等傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)所帶來(lái)的污染程度也越來(lái)越高。隨著碳中和碳循環(huán)等國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的不斷提出，針對(duì)電力進(jìn)行全面節(jié)約、降低環(huán)境污染已經(jīng)成為了我們國(guó)家未來(lái)發(fā)展的重要目標(biāo)之一。作為電力的耗能大戶，大中型企業(yè)尤其是制造業(yè)需要從自身出發(fā)，以電氣設(shè)計(jì)為源頭，盡可能的降低電力的消耗，在保證生產(chǎn)效率的前提下盡可能的進(jìn)行節(jié)能。本文通過大中型制造企業(yè)當(dāng)中電力消耗的幾個(gè)關(guān)鍵部分，簡(jiǎn)要探索如何進(jìn)行更進(jìn)一步的節(jié)能降耗。

1 基于大中型制造企業(yè)的高壓輸電線路節(jié)能設(shè)計(jì)

針對(duì)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(duì)輸電線路的節(jié)能主要是依靠線纜截面進(jìn)行控制的。線纜截面和電阻的大小直接決定了當(dāng)前輸電線路的節(jié)能情況，因此在進(jìn)行高壓輸電線路的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者需要在保證當(dāng)前的供配電系統(tǒng)在可以正常運(yùn)行的基礎(chǔ)之上，盡可能的降低高壓輸電線路在進(jìn)行電力運(yùn)輸過程中所產(chǎn)生的各類損耗，盡可能的對(duì)高壓輸電線路的電流和進(jìn)電阻進(jìn)行全面的降低，見圖1。

圖1 節(jié)能環(huán)保雙絕緣電線

首先，在當(dāng)前相同的電力負(fù)荷之下，如果采用35kV電壓進(jìn)行供電，和傳統(tǒng)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(dá)到92%左右，因此如果技術(shù)經(jīng)濟(jì)上可以支持的話，盡可能的對(duì)輸電線路的電壓進(jìn)行全面提升，就可以對(duì)當(dāng)前的電能損耗進(jìn)行更進(jìn)一步的降低。除此之外為了降低電能的損耗，在進(jìn)行配電的過程中需要對(duì)變電技術(shù)進(jìn)行全面的縮減，盡可能的簡(jiǎn)化相應(yīng)的界限從而降低無(wú)意義的損耗，達(dá)到基于電能和降低投資成本的關(guān)鍵目的。

第二，如果采用相同材質(zhì)以及截面的輸電線路，則輸電線路本身的長(zhǎng)度越少，相應(yīng)產(chǎn)生阻礙的電阻也會(huì)越小。因此在進(jìn)行配電施工和設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員要充分的考慮到高壓輸電線路的相對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度，盡可能降低無(wú)意義的輸電線路距離以降低電能的損耗。

第三，當(dāng)整體的線纜進(jìn)行負(fù)載電流的通過過程中，其內(nèi)部的溫度不可以超過當(dāng)前電線和電纜所允許的長(zhǎng)期工作溫度。如果溫度可以降低，則在相同周期內(nèi)部的經(jīng)濟(jì)壽命成本就會(huì)得到更進(jìn)一步的提升。如果電流出現(xiàn)短路情況，則不超過所允許的短路負(fù)荷極值和低壓損失。在允許范圍內(nèi)針對(duì)性的滿足當(dāng)前節(jié)能需求構(gòu)建下的輸電線路，擴(kuò)大其截面就是當(dāng)前的最優(yōu)解。因此為了配合降低電能的損耗，進(jìn)行電線選擇的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員要充分考慮到銅芯的電線和電纜[1]。

第四，在進(jìn)行輸電線路的能量節(jié)約過程中，通過電氣進(jìn)行絕緣是一個(gè)非常重要的方式。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要保證外過電壓、內(nèi)過電壓以及相應(yīng)的工頻電壓不會(huì)干擾到當(dāng)前電流線路的安全運(yùn)行，并在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步對(duì)當(dāng)前線路絕緣水平進(jìn)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(yōu)先需要考慮當(dāng)前的架空線路進(jìn)行電流輸送，同時(shí)這種方式投資規(guī)模相對(duì)降低。

2 變壓器的選擇和安裝設(shè)計(jì)

變壓器自身的有功功率損耗包括下面的兩個(gè)部分：空載損耗和負(fù)載損耗，因此在進(jìn)行針對(duì)性的變壓器選擇過程中，需要對(duì)每一項(xiàng)損耗指標(biāo)進(jìn)行全面的比較和處理。在進(jìn)行施工的過程中，如果想要保證盡可能的節(jié)約電能，就需要選擇更先進(jìn)的低損耗變壓器。一般來(lái)說，針對(duì)大中型制造企業(yè)，符合當(dāng)前工作環(huán)境構(gòu)建下的變壓器首先需要考慮S9、S10、S11等低損耗、節(jié)能型變壓器。除此之外，如果當(dāng)前的生產(chǎn)環(huán)境屬于相對(duì)防火等級(jí)要求較高，或處于潮濕多塵等特殊環(huán)境構(gòu)建下的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，設(shè)計(jì)人員就可充分考慮到干式變壓器的應(yīng)用，見圖2。

圖2 節(jié)能型自耦變壓器

在進(jìn)行變壓器的針對(duì)性安裝過程中，其主要的安裝位置需要盡可能靠近負(fù)荷中心，并保證其地理位置可以讓進(jìn)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(xiǎn)因素所出現(xiàn)的位置，比如震動(dòng)、高溫、高腐蝕性氣體附近不適宜安裝變壓器。而針對(duì)低壓供電過程中的相關(guān)區(qū)域，則盡可能的降低同一個(gè)變壓器的有效半徑，以便提升輸電效率。

其次，設(shè)計(jì)人員需要合理選擇當(dāng)前變壓器的容量，使得變壓器可以在穩(wěn)妥的狀態(tài)下進(jìn)行全面的運(yùn)行，對(duì)每個(gè)變壓器自身的負(fù)荷區(qū)域進(jìn)行全面的分配和針對(duì)性的整理，保證變壓器自身的三相負(fù)荷可以達(dá)到平衡的狀態(tài)。每臺(tái)變壓器自身的負(fù)荷功率需要控制在當(dāng)前最大額定容量的75%左右比較合適[2]。

3 低壓配電線路設(shè)計(jì)方案

一般來(lái)說，進(jìn)行低壓配電線路設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)者需要充分考慮到電力電纜對(duì)于企業(yè)每一個(gè)工段以及對(duì)應(yīng)的電氣設(shè)備的連接。大中型制造企業(yè)的電氣設(shè)備以及配電回路數(shù)量較多，同時(shí)針對(duì)性的低壓配電線路電纜使用數(shù)量也相對(duì)較大，因此我們需要考慮的是在基于相同負(fù)載的電流構(gòu)建下，如果選用聚氯乙烯絕緣電纜，相對(duì)來(lái)說要比交聯(lián)聚氯乙烯絕緣電纜的截面平均大1～2個(gè)等級(jí)。因此我們可以知道，選用聚氯乙烯絕緣電纜相對(duì)來(lái)說，比交聯(lián)聚氯乙烯絕緣電纜在節(jié)能方面可以更加有效的降低當(dāng)前線路內(nèi)部的有功損耗，在進(jìn)行針對(duì)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(xiàng)。

針對(duì)電源截面自身的選擇，設(shè)計(jì)人員同時(shí)也需要按照下列的因素進(jìn)行針對(duì)性的處理：

在規(guī)定面積的電纜通過負(fù)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(zhǎng)期工作溫度也要高于電芯日常的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度；在電纜的自身經(jīng)濟(jì)壽命周期內(nèi)所耗費(fèi)的成本費(fèi)用相對(duì)來(lái)說需要保持最低，同時(shí)當(dāng)電路電流出現(xiàn)短路的過程中，短路的強(qiáng)度不可以超過當(dāng)前線路自身的強(qiáng)度；電壓損失必須要控制在允許的范圍之內(nèi)，同時(shí)滿足對(duì)應(yīng)的機(jī)械強(qiáng)度需求，在進(jìn)行線路鋪設(shè)的過程中盡可能避免產(chǎn)生無(wú)意義的繞遠(yuǎn)而選擇最短距離的路線。

4 低壓用電設(shè)備的設(shè)計(jì)方案

針對(duì)大中型制造企業(yè)低壓用電的設(shè)備主要包括下面的兩類：動(dòng)力設(shè)備和照明設(shè)備。

4.1 動(dòng)力設(shè)備設(shè)計(jì)方案

大中型企業(yè)，尤其是制造企業(yè)的生產(chǎn)車間和公用動(dòng)力設(shè)備一般來(lái)說都是依靠三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行全面推動(dòng)。因此如果要充分考慮到設(shè)備節(jié)能角度，設(shè)計(jì)人員需要充分考慮到當(dāng)前電動(dòng)機(jī)類型和容量。從節(jié)能角度來(lái)說，對(duì)類型的容量進(jìn)行匹配可以有效的提升機(jī)械性能，提升工作效率，保證能源的節(jié)約，最終對(duì)當(dāng)前的供配電系統(tǒng)進(jìn)行全面優(yōu)化有著非常重大的意義。

一般來(lái)說在進(jìn)行電動(dòng)機(jī)選擇的時(shí)候，我們需要充分考慮到當(dāng)前的新型高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)，對(duì)電動(dòng)機(jī)本身的額定功率進(jìn)行針對(duì)性的選擇。在進(jìn)行日常工作的過程中，電動(dòng)機(jī)自身的負(fù)載率需要保持在75%以上，盡可能的回避出現(xiàn)大馬拉小車的現(xiàn)象。而對(duì)于一些關(guān)鍵性的動(dòng)力設(shè)備，如鍋爐引風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵等相對(duì)負(fù)載不穩(wěn)定，變動(dòng)相對(duì)較大的設(shè)備，設(shè)計(jì)人員就可以考慮通過變頻器來(lái)進(jìn)行全面的控制。

除此之外，對(duì)于各類需要進(jìn)行針對(duì)性電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)控制的相關(guān)設(shè)備，我們都可以使用變頻器進(jìn)行全面的驅(qū)動(dòng)。對(duì)于額定功率大于15kV的電動(dòng)機(jī)，我們可以通過合適的降壓?jiǎn)?dòng)控制方式進(jìn)行針對(duì)性的選擇，盡可能的降低當(dāng)前電動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行啟動(dòng)的過程中所產(chǎn)生的各類電能損耗。一般來(lái)說，冷卻風(fēng)機(jī)等設(shè)備往往采用軟啟動(dòng)的方式進(jìn)行控制和處理[3]。

4.2 照明設(shè)備的設(shè)計(jì)方案

對(duì)于大中型企業(yè)來(lái)說，照明的設(shè)計(jì)如果想要滿足企業(yè)自身的照明質(zhì)量需求，首先需要盡可能選擇高效和節(jié)能的照明產(chǎn)品，從多個(gè)角度盡可能的保證綠色低消耗照明。在滿足當(dāng)前照明標(biāo)準(zhǔn)的前提之下，企業(yè)工廠根據(jù)自身的工藝布置情況，需要盡可能的按照車間內(nèi)部不同的照明需求情況，對(duì)照明的方式進(jìn)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(shè)置為一般照明、局部照明、混合照明和應(yīng)急照明，而對(duì)于工廠內(nèi)部特殊的場(chǎng)所則需要進(jìn)行針對(duì)性的局部安全照明處理。對(duì)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(yīng)的緊急照明。一般來(lái)說我們需要充分考慮發(fā)光效率相對(duì)較高，節(jié)能效果相對(duì)明顯，同時(shí)顯色性相對(duì)較好使用壽命較長(zhǎng)的電光源以保證當(dāng)前的照明質(zhì)量得到更進(jìn)一步優(yōu)化。

對(duì)于工廠內(nèi)部的各種聯(lián)合車間，設(shè)計(jì)人員需要優(yōu)先考慮高強(qiáng)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(duì)工廠進(jìn)行全面的照明。熒光燈是當(dāng)前工廠內(nèi)部最常使用的一種節(jié)能光源，相對(duì)來(lái)說，其發(fā)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(jié)約電能60%左右，因此可以廣泛的運(yùn)用在工廠的各類控制室當(dāng)中。除此之外，對(duì)于各種高效光源匹配的針對(duì)性附件，如鎮(zhèn)流器等進(jìn)行選擇，也是在進(jìn)行照明設(shè)計(jì)當(dāng)中盡可能節(jié)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(jié)能型構(gòu)件下的電感直流器。一般說來(lái)，電子鎮(zhèn)流器本身對(duì)于熒光管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的過程中會(huì)使得當(dāng)前的熒光膏的自身功率小于當(dāng)前的額定值，而這就使得光照的效率得到更進(jìn)一步的提升。高壓鈉燈和金屬鹵化物燈普遍采用節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器，企業(yè)廠房樓梯間處的照明則需要采用瓦數(shù)較小的普通LED燈，同時(shí)需要配合帶有指示燈構(gòu)建的雙控延時(shí)開關(guān)或者節(jié)能型自熄開關(guān)，對(duì)于廠區(qū)內(nèi)部的道路照明往往采用定時(shí)開關(guān)的方式進(jìn)行節(jié)約處理。

除此之外，光電自動(dòng)控制器等相應(yīng)的節(jié)電開關(guān)以及對(duì)應(yīng)的照明智能控制裝置也需要被大規(guī)模應(yīng)用在廠房的各個(gè)部分，以保證電力的節(jié)約。對(duì)于車間內(nèi)部的照明，配電設(shè)計(jì)人員需要按照不同的功能性區(qū)域進(jìn)行全面的配電回路劃分，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行更進(jìn)一步的分區(qū)分組控制。為了保證充分利用自然光，降低電力的損耗，對(duì)于靠近窗戶的照明燈，設(shè)計(jì)者需要對(duì)其進(jìn)行專門的開關(guān)設(shè)置，這樣就可以通過日照的具體情況來(lái)對(duì)開關(guān)進(jìn)行全面的把控，在盡可能的保證節(jié)能的前提下，照度可以得到更進(jìn)一步的調(diào)節(jié)[4]。

5 供配電綜合要求

對(duì)于大中型企業(yè)的節(jié)能配電系統(tǒng)綜合要求有下面的幾個(gè)方面。

首先，電能質(zhì)量是當(dāng)前電力能源的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，電能質(zhì)量本身的好壞可以直接對(duì)當(dāng)前的電力系統(tǒng)和用電設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行全面的影響和干預(yù)。電能指標(biāo)的質(zhì)量主要包括下面的幾個(gè)參數(shù)：電壓頻率、波形質(zhì)量；而電能質(zhì)量指標(biāo)的主要包括電壓偏差、電壓波動(dòng)、頻率偏差、諧波以及相應(yīng)的三相電壓不平衡度等等。

大中型企業(yè)所使用的電壓一般都為35kV及以上的供電。電壓一般來(lái)說所允許的偏差值其絕對(duì)值不可以超過標(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)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(dá)到7%左右。因此為了提高節(jié)能效果，我們往往可以通過改善電能質(zhì)量來(lái)達(dá)到這個(gè)目的。

比如，設(shè)計(jì)者可以通過合理減小當(dāng)前的配電系統(tǒng)阻抗對(duì)誤功率進(jìn)行全面的補(bǔ)償，或者盡量保證三相負(fù)荷平衡等措施。這樣都可以有效改善當(dāng)前的供電電壓偏差值，使得當(dāng)前的電壓本身的偏差和電壓自身的波動(dòng)達(dá)到了當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍之內(nèi)。

除此之外，我們還可以通過加裝交流濾波器、靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置等措施，來(lái)對(duì)當(dāng)前的偏差影響進(jìn)行全面的減小。企業(yè)機(jī)電設(shè)備基于單向用電設(shè)備接入三相系統(tǒng)的過程中，應(yīng)該盡可能使得三相負(fù)荷保持平衡的狀態(tài)，盡量的降低當(dāng)前三項(xiàng)的不平衡度[5]。

第二，提升當(dāng)前設(shè)備自身的功率因素，首先應(yīng)該保證當(dāng)前的自然功率因素得到進(jìn)一步的保障。而為此我們需要選擇合適的異步電動(dòng)機(jī)的自身容量來(lái)保證當(dāng)前電動(dòng)機(jī)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(duì)較高的用電設(shè)備，以及合理選擇變壓器容量、線纜和敷設(shè)方式等措施，盡可能的降低當(dāng)前線路內(nèi)部的感抗，以便對(duì)用戶自身的自然功率因數(shù)進(jìn)行保證。當(dāng)提升自然功率因素的相關(guān)措施之后仍然無(wú)法達(dá)到要求時(shí)，我們就需要進(jìn)行針對(duì)性的無(wú)功補(bǔ)償處理。10kV以及以下的無(wú)功補(bǔ)償措施需要在當(dāng)前配電的變壓器低壓側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償處理，使得供配電系統(tǒng)的本身功率因數(shù)可以達(dá)到0.9以上，而這樣就可以對(duì)當(dāng)前供配電系統(tǒng)自身的有功核載能力進(jìn)行全面的提升；對(duì)于其余相對(duì)容量較大，負(fù)荷平穩(wěn)并且經(jīng)常使用的用電設(shè)備，需要進(jìn)行針對(duì)性的就地補(bǔ)償。

6 結(jié)語(yǔ)

節(jié)能降耗是我們國(guó)家保護(hù)環(huán)境，降低碳排放量的重要措施，更是我們國(guó)家未來(lái)進(jìn)行可持續(xù)性發(fā)展的關(guān)鍵體現(xiàn)。因此節(jié)能降耗技術(shù)是大中型企業(yè)電氣設(shè)計(jì)者必須要充分考慮到的重點(diǎn)話題。工廠電氣設(shè)計(jì)人員需要充分考慮到節(jié)能相關(guān)設(shè)施和手段，不斷更新自身的設(shè)計(jì)理念，為保護(hù)我們國(guó)家碧水藍(lán)天貢獻(xiàn)出自己的力量。