电气节能在工业电气设计中的体现方式探讨

季沈华，帅敏

（1.扬州高等职业技术学校机电工程系，江苏扬州，225003；2.国网江苏省电力有限公司扬州供电分公司，江苏扬州，225200）

随着社会经济水平的提高以及工业规模的不断扩大，环境污染越来越严重，引起了人们对于环境保护的高度重视，环境保护以及能源开发成为各个领域探讨的重点。根据相关数据显示，我国的经济增长背后的代价是环境污染以及高能源消耗为主。对此，影响我国经济发展的主要因素是工业耗能。基于该情况下，电气节能的引用对于工业电气来说无疑是一种构建资源节约型社会的有效举措。本文将通过阐述电气节能与工业电气设计的关系，结合某工业工业的特点，提出相应的改进措施以及方法。

1 工程基本情况

根据工业企业所从事的工业内容，我们可以得出工业企业的主要工业方向是炼油化工生产以及加工。其中，工业企业还包含了延迟焦化、聚丙烯、加氢制氢等一系列的炼油化工生产配置。另外，柴油、汽油、液化气等产品是生产加工的主要产品，同时原油加工能力高达500.0t/a。配电室的布局在普遍的工业企业的各个角落，主要分布在生活区以及化工区，数量超过上百个。另外，配电对于电气接线的方式主要采取单母线分段式，形成一个放射式负荷的接线结构。一般情况下，工业企业的电力系统具有较为完善的配置。根据相关的用电数据显示，大部分工业企业在2016-2017年度的用电量呈上升的趋势，侧面业反映了企业的用电装置以及电线的搭接在不断老化与损耗严重。基于该情况下，企业的电气设计弊端也日益凸显，例如生产设备不妥当、电能缺乏有效的管理、用电不合理等问题。对此，相关研究人员就此用电问题进行、探讨与分析，寻找用电不当的根因。经过一系列的调查与分析，发现工业企业的电气设计缺乏完善的方案，导致配电室无法发挥正常的功率，严重损害电容器设备。另外，针对于变电站的底层设备电能测量，企业缺乏相应的管理方案以及监控人员，管理在整体上缺乏一体化。

2 电气节能的具体方案

本文结合对于电能耗能过大的根源，并加以电气节能设计的原理进行以下两大方面的分析：

（1）厂内电气的节能系统必须以工业企业自身使用情况为主。厂内的电度表以及工作平台都应采取智能化模式，在该有的电能采集系统为铺垫，结合目前智能的机械设备来打造一个全自动化的工作平台。另外，增设一个变电站监控室来加以规范企业的用电情况，用电量的采集以现代高速工业总线通信技术为主要方式。为了提升监控室的科技化，采用计算机系统来研究开发相应的管理系统以及制度方案，更好的设计一个可持续发展的用电模式。同时，企业应该搭建一个互联的网络，各个厂房都可以同步更新变电所的使用现状。

（2）集成化监控以及调度优化工作平台是电气节能的必要环节。根据工业企业的用电情况分析，分布式结构的集成化监控以及搭建优化的工作平台是工业企业最适合的方式。就目前来说，电气节能的设计的主要基础是企业自身的实际用电情况而设，这样的电气设计比较贴切企业的本身。如图1所示，监控系统的主要结构是根据现场总线网络而设，另外电气节能设计的布局也要内部高速计算机局域网网络的配合，才能达到优化企业的供电方案以及电气节能的效果。这个监控系统分为两大部分，第一部分的功能是实现自动化以及通信，不仅可以监控企业配电网地层呢过设备的情况，同时也可以及时与厂内的监控系统保持紧密的联系；第二部分的功能是实现信息、资源共享，集成监控体现在联合了车间级监控主机、厂内变配电站这两大主体，以便于更好优化企业整体的用电方案。

图1 集成化监控系统基本框架结构示意图

3 谐波抑制与无功补偿

无功补偿装置在工业企业虽然有一定的装备方案，但根据相关数据显示，16个低压配电室中有约一半的数量已出现设备老化的情况，导致无功补偿的效果不大，同时这16个低压配电室的功率过低，无法正常发挥配电室的作用。另外，16个配电室除了自身的老化以及设备耗能等问题，还因为谐波损耗抄表而影响企业的用电设备。对此，电气节能的方案设计主要从该企业的低压配电室进行改造与升级，以达到企业用电方案的优化，主要的解决方式如下：

（1）低压配电室一般出现动态变化中，是因为自身的低功率因数以及低含量的谐波而导致负载水平的，从而引发一系列的无功补偿不佳的问题。对此，智能化无功补偿装置是优化企业低压配电室的有效途径，无功功率的补偿可以在该装置下实现分级、动态方式等。将无功功率提升为0.98左右。电容器装备需要有一定的控制与投切，可在黄纸内将智能化无功补偿设置一定的投切安全区域。基于该设置，自动切除的功能会在电容器处于非安全区域的时候启动，以便于安全区域有合适的补偿电容器自动投入，避免电容器运行中产生不利的因素。

（2）低压配电室处于高含量的谐波以及合适的无功功率因数下，内部的变频器以及蒸馏装置会受到动态的影响，甚至涉及到系统谐波含量的变化。对此，工业企业所采取的方式是以自身的用电情况为主，针对特定次数谐波进行多组单调谐无源滤波器等，在一定程度上可以消除大部分的谐波对于工业电气系统的影响。另外，多组单调谐无源滤波器的成本较大，为了降低企业的经营费用，可以采取单调谐无源滤波器来处理谐波严重畸形且电流幅值较大的领域。基本框架如图2所示。

图2 有源电力滤波谐波治理方案原理图

（3）低压配电室处于高含量谐波以及低无功功率因数的情况下，谐波可能因为电容器装置的单独接触或是直接的无功功率补偿而被放大，影响了工业电网系统因谐波污染而降低效率。对此，谐波治理需要无功补偿的辅助才能有效解决企业的用电问题。与第二种方式不同的是，基于该情况，应该采取混合型动态有源滤波系统来加强对整流装置的管理，高达380伏的电网将通过有源滤波系统进行注入谐波信号。同时，谐波治理可以根据电网的动态情况来加以控制，以便于更好治理的无功补偿的缺陷。无功补偿的有级调节可以采取单调谐支路投切的方式，如图3所示。综上所述，0.98左右的功率因数是无功补偿实现最佳效果的位置，整流装置的工况均表也得到较好的运行。另外，针对于单次谐波治理，单调无源滤波器的使用更有利于实现谐波抑制的操作。而其他次数的谐波信号则利用动态治理电网系统的方式实现，两者方式可以同步优化企业的用电方式，达到电气节能的效果。

图3 混合型动态有源滤波治理方案原理图

4 结束语

本文的主题是结合电气设计的原理，根据某工业企业的实际用电情况，对此进行电气系统节能的改造方案。根据调查的研究结果显示，工业企业最为突出的电气问题是无功损耗过大以及谐波含量不稳定，同时企业缺乏智能化的集成监控以及调度优化平台来加以监控。对此，提出相应的解决措施以及具体建议，工作平台将采取智能化与数字化总线采集为主，以便于优化企业的用电方案。另外，解决措施方面还根据谐波含量以及无功功率因数进行三种情况分析，提出无功补偿以及谐波治理的具体方案，更好为企业优化电气系统。

目前,电气节能技术的应用已形成了一系列规范化的体系。因此,研究在不降低工业功能标准的前提下,通过合理配置电气设备,选择节能的电气原件、提高设备利用效率等方式是提高现代工业电气节能效率有着重要的意义。