工厂供配电系统节能设计分析
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摘要：本文阐述了当前工厂供配电系统的节能设计， 从几个方面探讨具体方案，如在功率因数、变频器节能、照明系统等方面入手，从不同角度入手进行节能设计。
关键词：供配电系统；功率因数；节能
工业也是一个十分耗电的行业，我国的工业现代化目标迫使我国工业的低耗能要求的实现，供电系统是企业的关键点之一，系统的好坏决定了企业的命运的好坏，节点性能是当前所有企业的要求，其作用不可忽视。本文针对工厂供配电系统的节能措施做了全面的阐述，希望对企业施工以一定的参考意义。
1提高功率因数节能
1.1节能作用说明
提高功率因数对于节能工作有以下作用：线路电能的损耗得到降低；变压器铜损得到降低；节约电能的消耗。
1.2提高功率因数的措施
(1)提高设备的自然功率因数。首先，对电动机型号及指数要进行合理筛选，在一般工厂里，电动机数量很大，从而比重也很大，进而用电量也占据供电总量的绝大部分，因此，对于电动机的选择需要慎重考虑，并且对于其运行和管理都要进行有效地控制，这从提高生产效率以及节能都具有重要的意义。GB/T12497―90对于三相异步电动机3个运行区域做了具体的规定：经济运行区――负载率β处于70%～100%时；一般运行区――负载率β处于40%～70%时；非经济运行区――负载率β处于40%以下时。根据对电动机的特点的分析，电动机经济运行水平的重要指标即电动机的效率η与电动机功率因数cosΦ均与负载率β紧密相关。当然，在经济运行区运行，电动机功率因数为最高，高达约0.85。由此可知，电动机的选用对功率因数的影响非同小可，当然对其必须加以特别重视。其次，在变压器负荷率上下功夫，研究表明，当变压器负荷率在0.5以下时，功率因数下降得很快，一般情况下，变压器负荷率要保持在0.8左右比较理想。
(2)采取人工无功补偿装置手段。通常情况下，供电部门要求用户月平均功率因数要不小于0.9，因此，在用户的功率因数还达不到这一指标时，就要采取手段提高功率因数，装配人工无功补偿设备就是一个不错的选择。
装配人工无功补偿还有很多方法，其中现在常用的方法是采取并联电力电容器方式。补偿方式也分多种，具体为：就地补偿，适用场所是大型用电装置旁；集中补偿，就是在变电所高、低压侧的其中一侧集中装配电容器组，以达到补偿效果。单从补偿效果角度讲，就地补偿要比集中补偿效果明显，对于减少变压器的有功功耗、电压损失、提高变压器使用效率方面的贡献要超过集中补偿方式。但就地补偿有其不可克服的缺点，即“三多”：分组多、耗资多、占地多，另外维护管理麻烦，也相对加大投入。故此，大多数工厂变电所变压器的补偿方式偏爱集中补偿。
比如某公司10 kV变电所，其自然功率因数实0.82。在不使用人工无功补偿方式时，为满足供电所的要求，要2台2000 kV•A的变压器共用才可，但使用了人工无功补偿手段后，在仅仅使用了2台1600 kV•A的变压器的情况下，很顺利地使得功率因数超过了0.95。所以，该企业取了后一种方案，后一种方案无论在效果上以及经济上都要好于前一种方案，工厂很好地控制了无功功率的浪费，时供电设备性能得到了充分发挥，且为企业节省了大笔的开支。
2变频器节能
(1)变频器节电方式可4个角度进行：第一，软启动。通常情况下，交流电动机的启动电流很大，比额定电流大上6、7倍，但使用变频器之后，电动机启动电流比起额定电流还要小，从而节约了电能。第二，节省设计冗余。通常情况下，设计时必须考虑到使用时最不利条件，为留后路，设计都留有冗余，但余量大过头，不仅没太大作用，还耗费了很多的能量。变频调速就是为省这些能量而设计的。也就是负载变化时，变频器适当调速以改变电动机输出功率。第三，调速节电。电动机轴上的输出功率、转速及负载转矩有着相互制约的关系：即P=TN/97.4。其中：P――电动机轴上输出功率；T――负载转矩；N――电动机转速。转矩按平方降低特性的电动机如风机泵类，T正比于N2，P正比于N3，所以，转速与轴功率同增同减，设计人员正是利用这一点来进行调节。为了便于理解，现在以一台75kW的锅炉引风机为例，对于采取变频器后的该锅炉引风机，节能效果很明显。研究结果表明：变频器调速可以使能量节约一半，风机所需风量越小，变频节电效果愈好。第四，功率因数高，通常不小于0.95，减少了无功功率，从而辅助变压器节能。
(2)由于变频器的优异性能，许多以往采用电磁调速电机的设备都改为变频调速，比如宁波和丰纱厂项目中，厂房的炉条机均由原有的采用电磁调速电机改为采用变频器调速，既节省了电能，又优化了工艺。变频调速确实是节能降耗的好技术，已被许多企业认可并采用。
3照明系统节能
(1)工厂照明系统用电量在全厂用电量虽然比不上变压器，但所占比例仍不可低估。照明节能不是牺牲照明质量，而是确保照明效果的要求下，力求降低照明系统方面的电能损失，使电能利用方案达到最优化。以前照明设计中，多用耗电厉害而发光率低的白炽灯，虽然它有便宜，安装维护简单等优点，但它用电效率低下这一不可克服的毛病使其迟早将会比替代，目前新光源的发展如火如荼，前景十分看好。举例说明，对于生产厂房，要使用发光率很高的照明等具，如金属卤化物灯，节能型荧光灯用于办公室、会议厅这样的场所。在工厂照明系统的设计时，在不需要白炽灯的时候就尽量不用白炽灯，以减少能量的损耗。
(2)节能灯的附件――镇流器也是耗能产品，传统电感镇流器耗电量为灯具功率的20%以上，功率因数仅0.4～0.5，故其无功损耗和额外线损很大；而新型电子镇流器不仅自身功耗很低，以36 W荧光管用电子镇流器为例，仅1 W～3 W，且功率因数高达0.9以上，线损也大为降低，电网质量得以提高。因此，照明设计中应提倡采用优质节能电子镇流器。
(3)智能节能照明控制器是以微处理器技术和现代电力电子技术为基础开发的高性能产品，它具有灵活的可编程序控制功能，降压限压幅度，开关灯时间任意设定；控制模式有时控、光控、手控；能实现全夜灯及半夜灯控制，且有后半夜再降压调流功能，节能效果更理想。
某公司项目厂区路灯照明采用智能节能照明控制器，并且采用了带旁路及有全夜灯和半夜灯的控制方案。厂区照明容量是100 kW，一年照明时间总共为：365×12 h=4 380h，在不使用节能控制器的情况下，一年用电量为4.38×105kW•h。若采取节能措施，该厂每天在额定电压下的工作2h，在节能电压下的工作10 h，因此可以算出，每年的用电量是1.66×105 kW•h。对比就可以看出，节能照明控制器节能效果明显。智能节能照明控制器还有助于无人值班，对厂区照明管理也有一定的作用；与此同时，运行方式的优化，灯具不仅寿命延长，也减少了维修保护费用。
(4)另外，厂区路灯及厂房内照明采用三相供电，照明负载三相分布的不平衡会造成一定的损耗。因此在照明设计中要尽力做到将负载平均分配到每相工作，使三相负载均衡。
4其他节能措施
4.1选用节能型变压器
10 kV级S9系列电力变压器体积小、质量小、损耗小、效率高，得到了广泛的应用。同时也开始出现了环绕铁心和非晶体铁心变压器。非晶体铁心变压器空载损失已达到仅为S9系列的25%～30%的水平，对进一步降低传输过程中的损耗能起到很大的作用。
4.2选用永磁接触器
永磁接触器是国家节能降耗的重要产品，它依靠永磁力进行合闸保持，使合闸线圈在接触器合闸状态下电流为零，节省了大量的电能。在工业企业，交流接触器用量很大，若能都更换为永磁式交流接触器，在相同成本的情况下，每年节约的电费是一个非常可观的数字。
5结束语
节能降耗在现代社会作用愈来愈重要，受到国家及政府的高度重视。在节能设计中，不仅要采取科学的设计施工工艺，还要积极采取新技术、新材料。笔者相信只要设计人员扛起我国设计节能的大旗，负起应有的责任，我国建筑节能设计将会很快在全国各个城市里普及。
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