姚金坤
摘要简要归纳交流企业节电的一些技术措施、方法，分析各种方法的特点和应用时需要注意的事项。
关键词企业节电方法效益
中图分类号TM92文献标识码B
一、引言
近几年一些节能的专用设备、装置不断推陈出新，给实施节电提供了很多的选择，以适应不同设备工况、不同应用领域节能的需求。企业节电的方法和途径可概括为三个方面：①采用无功补偿，提高供配电系统和用电设备的功率因数；②采用合理的运行控制方式和采用先进的节电设备；③提高用电管理水平节电。
二、采用无功补偿提高功率因数，是系统节电和提高电能质量的基本途径
1．进行无功补偿提高供配电系统的功率因数
功率因数是衡量电力系统用电效率的一个经济指标，它由系统的有功和无功两个因素决定。由发电到用电整个过程中，伴随着有功功率产生的同时产生着无功功率。有功是电能转换为用户所需的能量，比如电流通过电动机使电能转换为机械能，电流通过灯发光等等。无功是电流在电力系统磁场或电场中流动，不会使电能转换为用户需要的能量，是不做功的。但在电网中提环流动会造成较大的电能浪费。据国外统计资料，循环在工矿企业电网中的无功功率，达到了相当于有功功率值的65%～100%，因此无功功率环流所造成的有功损耗极大。有功损耗是以功率因数为1时的损耗为基值来表示的（见图1）。
在固定负荷时，当功率因数从1降为0.8，有功增加还不大；当它降低到0.6时，有功损耗接近于功率因数为1时的3倍。当它降低到0.5时，有功损耗接近于功率因数为1时的4倍。当它降低到0.4时，有功损耗接近于功率因数为1时的6倍以上。
据有关资料统计，一个100万kW的电力系统，如果无功功率问题处理得好，每年可节约的电能超过1亿kW，可使电网系统的设备节约2～3万kW的设备容量。
无功功率分为感性和容性无功功率，交流系统的无功功率应保持平衡，一般用户大多数是电动机、变压器等电感性负荷，必须用容性功率来平衡电感性无功负载。
无功功率分为感性和容性无功功率，交流无功功率应保持平衡，一般用户大多采用电动机、变压器等电感性负荷，必须用容性功率来平衡电感性无功负载。
有功功率变化影响电网周波，无功功率的变化影响电网的功率因数和电压质量，电压不稳定或波动影响企业产品的质量。无功补偿不足不仅会引起电网电压崩溃，造成严重事故，而且会对用户外的电网系统造成影响。为此，国家规定用户的功率因数必须按规定达标，否则将受到经济处罚。
无论是从节电或电能质量的角度，企业必须对电网的无功进行补偿处理。提高用户的功率因数可以降低视在功率，从而降低电网的投资；提高功率因数，使设备与线路中的有功损耗减少；从而使线路与变压器的电压降减少，增加输送电能力并使电能质量提高。
2.无功补偿方式与节电效率
无功补偿分集中补偿、分组补偿和就地补偿三种方式。
(1)集中补偿就是在高、低压配电所内设置若干组电容器组，电容器接在配电母线上，补偿该配电所供电范围内的无功功率，并使总功率因数达到所规定的值以上。这种补偿方式只能补偿高、低压母线之前（电源方向）线路上的无功功率，它相当于把无功功率源移到用电企业的配电所，使用户对供电系统的要求无功功率有所减少。但它对于配电母线下的企业内部的变压器和线路的无功功率不能起到补偿作用，仍有大量的无功功率（无功电流）在企业内部线路上流动，企业内部主要是以低压供电为主，无功电流在低压网中的大量流动，产生大量损耗。集中补偿投资小、便于集中管理。
(2)分组补偿是企业各个负荷中心进行的局部补偿，一般是车间或对多台小功率用电设备装设无功补偿，又叫小集中补偿，它能使无功电流限制在一个较小的范围内环流，节电效果比集中补偿好。这种补偿存在的问题是380V低压母线以下配电网中仍存在大量低压无功电流流动并产生损耗。
(3)就地补偿把无功补偿器直接装设在用电设备旁或进划线端子上。消除环流在高、低压线路上的流动，减少线路负荷和损耗，这是一种最彻底的补偿方式，节电效果最好，不足之处是补偿点多。
三种补偿方式的性能比较见表1。三种补偿各有优缺点，对大中型企业，建议采用三种方式相结合的措施，相互弥补。
表1集中补偿、分组补偿、就地补偿性能比较表
3.进行无功补偿的几点建议
(1)根据国内外统计资料，电动机所消耗的电能占整个企业用电的60%～70%，所消耗的无功功率占整个企业无功负荷的比重还要高一些。消耗无功负荷第二位的是变压器，一般占总功负荷的20%，因此要抓住这两类设备的无功补偿。
(2)三种补偿是互补的，各级补偿对补偿区内的无功有一定限制作用，下一级补偿对降低上一级的无功，提高上一级的功率因数是有效的支持，过补对电网电能质量没有好处，还会带来害处，对企业投资也不经济。在补偿改造时，要从整个系统补偿考虑，避免过补的浪费。
(3)考虑各个点补偿装置时要考虑其与电能质量的关系，即安装补偿装置处的电能质量如电压、谐波等对补偿电容器的影响及危害；投、切、过补对电网的影响及危害。
(4)实施节能补偿改造，要优先选用技术先进、性能优秀的补偿设备，特别是集中补偿和分组补偿。先进的设备一次投入大，但运行成本低、补偿节能效果好、对电网的影响小。补偿控制要采用无干扰投切性能的装置，要考虑企业运行电网的实际情况，电容器组选择要考虑合适的容量和组数。
三、采用经济性的生产运行控制方式和先进的节电设备，是实施生产控制与节电的有效方法
1．对需要调速、工艺生产调节控制、风机、水泵类，采用变频节能具有较好的节电效果
变频调速技术有显著的节电效果、优良的调速性能以及广泛的适用性、延长设备使用寿命、减少生产驱动设备故障率、提高产品质量等。变频器节电一般在20％以上，一般1～2年便可收回投资，主要应用在风机、水泵上节能效果最明显；变频节电改造不足的是一次性投资大和会产生谐波，特别是产生谐波对电网和其他用电设备造成影响，在采用变频节能方案时要考虑这些因素，要合理对变频器及辅助设备选型，评估其对周围用电设备的影响并治理。
2.对无需调速与控制的用电设备，采用节电专用设备实施节电改造节能
对无需调速与控制的用电设备，采用节电专用设备，如智能马达节电装置、节电宝等节电。这类设备投资小、适用性广、针对性强，同时能改善电能质量，是企业节电改造的一条途径。这类设备是通过检测工作状态、优化供电质量与负荷变化，减少损耗来达到节电和设备保护。例如节电宝，通过检测用电设备的工作状态，经过微处理器进行比较和运算，改变输出电压和电流，使之与负载的状态相平衡，不改变电机的转速，达到节电效果。如对于空载和轻载的电动机而言，可降低20％的额定电压、降低30％的额定电流，使电动机的铁损和铜损及其他损耗大大降低来达到节电的效果。另外，在启动时节电宝有缓冲启动功能，有效地降低启动电流，减少启动电耗和启动转矩对电动机及传动部分的损害，延长电动机及传动设备的使用寿命。在停机时，节电宝特设的缓停功能也有同样的效果。这类设备一般有10％以上节电效率，能适当改善电网的电能质量。
3.实施企业照明系统集控节电改造
企业照明系统，用电量占10％左右（理论统计值）。照明集控节能改造一般节电20％以上，理论上可达30％多，延长灯具使用寿命2～3倍；照明节能改造一般对车间用常明灯，2～3年就可收回投资（理论上1～2年）。
4.采用高效节能设备将带来长期生产用电成本节约
采用高效节能电机、高效节能变压器、高效节能灯等，也是节电的一条有效途径。
传统的意识在选择用电设备时，往往看重的是使用功能是否达到生产工艺要求和采购成本，忽略了运行成本。以电机为例，实际生产中，购买一台电机的初始投资，往往大大低于电机整个寿命周期内所需要支付的耗电成本。据有关资料分析统计，工业电动机的寿命周期运行成本中有97%～98%是电费支出，选择高效节能电机采购时可能多付出一些成本，在使用中却能节约运行成本。
所谓高效节能电机是采用新技术和新材料制造的电机。如用铜制绕组条代替传统使用的铝制绕组条，由于铜比铝的导电率高60%，这样能减少电机固有的内部损耗10%～15%。电机转子采用永磁技术可消除15%～25%的电机损耗，还可使特定功率的电机小型化。
5．因地制宜选择有效的节电改造方案
在实施节电改造时要因地制宜，结合企业的现状、资源、工作时机等合理选择。以某企业技术改造为例：
A技改项目某企业生产中19#、20#空气预热器风机出口控制阀经常出故障，经过分析风机采用挡板调节阀控制，需配置风门、气动调节器、定位器、过滤调压器等约需10万元，同时需配置电气柜、开关、接触器、热继电器、再启动继电器约3万元，75kW预热风机整套约13万元，且机械、电气维护工作量较变频控制大；采用变频控制不需配置风门、气动调节器、定位器、过滤调压器，只需配置成套MCC变频柜、再启动继电器等约17万，且变频器运行可靠性高，维护工作量小，节电效果显著。比较后决定用变频改造，投用后的用电情况见表2。改前（风门挡板控制）19#、20#预热风机年消耗电能共计738720kW"h，改后（变频控制）19#、20#预热风机年消耗电能共计577843.2kW"h，年节电160876.8kW"h，年节约电费（按发电成本计算）6万多元，一年可收回投资。
表2改造前后用电情况对比
B技改项目1#纺丝机喂丝辊电机改造采用高效节能电机运行情况比较。
该企业一期工程1#纺丝机喂丝辊电机，原设计使用MagneTek磁阻同步电机，经过10多年的运行，电机各项性能均有明显下降趋势，2005年1～9月间，同一台纺丝机所使用的2台喂丝辊电机故障达7次，直接经济损失10多万元，为此决定对喂丝辊电机进行改造，用REULAND永磁同步电机替换磁阻同步电机。改造后运行一年多未发生过一次影响生产的事故；与改造前相比运行时老电机轴伸端温度43℃，新电机28℃；老电机在频率为46.83Hz时的运行电流为14A左右，新电机在频率为46.84Hz时的运行电流为6.9A左右。
四、提高企业用电管理水平，是企业节电工作投入少、产出多的有效方法
1.建立电能计量和用电有效工作目标是企业节电的基础
建立完善的企业电能计量才能清楚地了解企业用电情况，分析节电环节和采取节电方案，才能开展用电运行控制和调节；用电有效工作目标是强化责任，促进用电部门改进用电效率，推进节电管理、节电改造、开展技术进步等工作的经济手段，任何企业从理论上讲，管理是提高企业资源有效使用的手段。
2.做好工程项目设计和用电运行管理控制，提高企业自然功率因数是实施管理节电最有效的途经
实施节能补偿改造，要优先检查企业自然功率因数。自然功率因数的提高要从企业工程项目实施和用电运行管理中考虑，其工作的中心是减少投资和运行中“大马拉小车的现象”，提高用电系统的负荷率，以提高自然功率因数。
(1)合理配置电气设备，一般电动机使用负荷率不能低于40%，变压器使用负荷率不能低于30%；低于这个负荷率应当考虑更换。
①以感应电动机为例（见图2），感应电动机的最高效率一般在3/4负载至满载之间，其自动功率因数是满载是最高，对单体电动机选型要结合企业运行负荷变化、运行安全、运行经济性评价和选择，提高自然功率因数。
②提高变压器自然功率因数，要求变压器的负载率超过60％较好．30％～60％之间应当进行计算和技术经济比较，30％以下应当更换。
(2)用现代调速技术控制变负载电动机，如变频调速、晶闸管串级调速、电车的逆导斩波调速等技术，使电动机能随工艺负载变化自动调速，使电动机运行在高效和低无功消耗区。
(3)生产运行管理控制自然功率因数。
①加强生产管理，控制电气设备低负荷和空载运行损耗。很多企业内、外供电系统有双回路、各个独立的生产系统有多台设备同时运行、有些设备是间断性的运行使用、有的是“大马拉小车”在运行等，对这些环节进行运行方式评价、管理，做好运行方式控制管理有很大的节电空间。如某企业一个循环水系统有4台160kW的大泵，开两台对工艺出力不够，开三台用电太浪费，评价后增加一台小泵，采用两大一小运行方式改造，一年有6万多元的节电效益。
②提高电网运行管理质量和调控能力。电网的电压、频率是电能质量的主要运行指标，电压高低反映无功出力与用户无功负荷是否平衡，频率的高低反映电源有功出力与用户有功负荷是否平衡；电压、频率高低对用电设备的安全运行和电能消耗均是不利的。
电压偏低时会引起系统、设备运行事故，造成电网中送变电设备、用电设备、线路损耗增加等。例如当感应电动机的端电压比其额定电压低10％时，由于转矩与端电压的平方成正比，因此，实际转矩将只有额定转矩的81%，而负荷电流将增大5%～10%，温升将增高10%～15%，绝缘老化程度将比规定增加一倍以上，从而明显缩短电机的寿命。而且由于转矩下降，导致转速下降，不仅会降低生产效率，减少产量，而且还会影响产品质量，增加废、次品。当电压偏高时，也会导致电流和温升增加，绝缘受损，降低寿命。
电压谐波对电气设备的危害更大。谐波电流通过变压器可使变压器的铁心损耗增加，谐波电流通过交流电动机除了使铁心损耗增加，还会使电动机转子发生振动，谐波对感应电度计量不准，使电力线路的电能损耗和电压损耗增加，严重的使电力线路发生电压谐振，从而在线路中引起过电压，会引起继电保护和自动化装置发生误动。
频率偏差对有功负荷和无功负荷都有影响，对企业产品质量也会带来影响（见图3）。
一般有功负荷与频率变化比成1～2次方比例关系，频率降低1%，系统总的有功负徜降低1%～2%。频率增加系统总有功增加；频率增加1%系统无功增加1%频率降低1%，系统无功增加1%～1.5%；频率下降会使产品质量下降，见附表3。频州下降，产品的废品率上升，如纸的厚度不均、纱的粗细不均等。
表3频率与产品质量的关系
参考文献
1陆安定上海科学普及出版社出版发行的《功率因数与无功补偿》
2胡康银《论无功率集中、分组及就地补偿》