用能设备能效监测研究与应用

张良芳，郭平，张晶晶(鲁西化工集团股份有限公司煤化工二分公司，山东 聊城 252000)

0 引言

设备是构成石油化工生产装置的基础，装置的能量平衡和用能测试与分析通常是从设备能耗开始。然后按照能量转换和传输、工艺利用及能量回收3个环节，从局部到整体(装置)进行分析和综合，再从整体看局部用能的合理性，做出切实的评价，并找出节能挖潜的方向和措施。规范机电设备管理，做好用能设备分析，将引领企业节能降耗的新方向。

1 做好高耗能机电设备排查

自2009年12月4日至2016年3月，工信部共下发4批《高耗能落后机电设备(产品)淘汰名录》，涉及电动机、电焊机、电阻炉、变压器、调压器、锅炉、风机、泵、压缩机、柴油机等，其中电动机、变压器在多个批次更新了淘汰型号。《中华人民共和国节约能源法》第十七条“禁止使用国家明令淘汰的用能设备”以及第七十一条“使用国家明令淘汰的用能设备或者生产工艺的，由管理节能工作的部门责令停止使用，没收国家明令淘汰的用能设备；情节严重的，可以由管理节能工作的部门提出意见，报请本级人民政府按照国务院规定的权限责令停业整顿或者关闭”。

企业设备工程师及电气工程师应知悉工信部公布的产品目录，定期开展自查工作，形成自查报告。如若发现在役淘汰机电设备，应立即整改，以免出现行政处罚。而采购机电设备时，应优选节能型设备，以提高设备运行寿命，减少设备投资。

正常用能设备监测应涵盖供配电系统、电动机、泵、风机、压缩机等。

2 供配电系统节能监测方法

2.1 供配电系统组成

供配电系统由高低压配电线路、变电站(包括配电站)和用电设备组成。高低压配电线路，是从降压变电站把电力送到配电变压器或配电变电站的电力送到用电单位的线路。配电线路电压3.6～40.5 kV为高压配电线路，配电电压不超过1 kV、频率不超过1 000 Hz、直流不超过1 500 V，称低压配电线路。

2.2 供配电系统节能监测项目及方法

按照GB/T 16664—1996《企业供配电系统节能监测方法》[1]的要求，应监测日负荷率、变压器负载系数、线损率和企业用电体系功率因数。应在用电体系处于正常生产实际运行工况下监测，测试期为24 h。如果用电体系存在明显的季节性特征，比如，企业有多个大型制冷机组，夏季与冬季用电存在较大差异，宜分季节进行监测以全面掌握供配电体系的能效情况。

能效监测宜配备相应精度的仪表，且应在检定周期之内，测试条件和计算方法符合GB/T 3485—1998《评价企业合理用电技术导则》和GB 13462—2008《电力变压器经济运行》的具体规定。

2.2.1 日负荷率的测试与计算

日负荷率：

式中：Pp为日平均负荷(kW)，指用电体系在测试期内实际用电的平均有功负荷，日实际用电量/24；Pmax为日最大负荷，用电体系在测试期内出现的最大小时平均有功负荷(kW)。

比如在2021年5月1日～3日，某工厂的用电数据如表1所示。

表1 日用电负荷监测表

对于连续性生产的企业，日负荷率合格指标为：Kf≥90%。因此，该企业的日负荷率在节能范围内。对于三班制、二班制和一班制的生产企业，合格指标分别为≥80%、≥55%、≥30%。

2.2.2 变压器负载系数的测试与计算

变压器的负载系数：

式中：S为变压器平均输出视在功率(kVA)；Se为变压器而定容量(kVA)。

变压器负载系数也可以用负载侧均方根电流I2与负载侧额定电流I2e的比值近似标示。相关参数在电气系统后台直接导出。

例如：通过电气系统控制后台，采集了10 kV变压器的运行参数，计算其负载系数。

变压器负载系数监测表如表2所示。

表2 变压器负载系数监测表

2.2.3 线损率的测试与计算

线损率是指供配电体系各种损耗电量之和占总供给电量的百分数，由变压器的损耗以及输电电路的损耗两部分组成。

(1)变压器损耗。变压器能量损耗由空载损耗和负荷损耗。空载损耗属于固定损耗，是变压器铁芯产生的损耗，与负载系数无关；铜损为原辅组的电阻消耗的功率，属于可变损耗，与负载系数紧密相关。变压器损耗可采用下式计算：

变压器损耗：

式中：△E0≈P0t，即变压器空载损耗有功电量乘以运行时间；△Ek=Pkβ2t，即变压器额定负载损耗功率与变压器负载系数平方与运行时间的乘积。

变压器损耗表如表3所示。

表3 变压器损耗表

(2)线路损耗。输电过程中，线路发热将电能转化为热能造成电能损失。统计范围应涵盖一次变压、二次变压和三次变压。

线路损耗主要跟输电线的电阻、输电线的长度以及运行时间成正比。可按照下式计算：

式中：m为相数系数，单相m=2，三相3线m=3，三相4线m=3.5；R为导线电阻。

线损计算表如表4所示。

表4 线损计算表

实际线损率一般在3.0%左右，标准规定一次变压、二次变压、三级变压线损率应小于3.5%、5.5%和7%。

2.2.4 用电体系功率因数

企业用配电监管系统可直接读取系统的功率因数，应不低于0.9。如果体系功率因数低于0.9，则应采取适当的管控措施提高功率因数至0.9以上。

3 机泵类设备能效监测

机泵应与电机作为一个机组进行整体考虑，输入的能量(电能或热能)可采用电工测试仪测量N入。机泵的有效功则是经过机泵工作转入到输送介质中的能量，Ne=Q△P/3.6

机泵效率η=Ne/N入。

如果采用蒸汽驱动，则应计算输入的热能量。

4 结语

用能设备能效监测是能源管理重要的一环，生产企业应开展电气、设备专业技术人员能源培训，开展相关法律法规的学习领会，并按照规定方法和频次开展节能监测，以及时辨识节能机会，实现可持续发展。