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净化电网及节电装置在化工企业的综合应用及效果
马新华要俊琴
国控环球工程有限公司
摘要：
针对大型企业供电网上出现的浪涌、瞬变、闪变电压及高次谐波等电力污染及大马拉小车造成电能浪费的情况，通过采用有源滤波器、电眼通系统节电保护装置及变频器等设备对企业所有低压系统进行改造，能有效净化电网，降低整个系统内电机和线路的有功损耗，减少谐波电流流经系统内接触器、空气开关、电度表引起的损耗以达到节电的目的，改变大马拉小车的状况，提高用电效率，不仅可以节约电能，减少开支，而且可以延长设备使用寿命，对企业具有明显的经济效益和社会效益。
关键词：浪涌谐波电力污染有源滤波器电眼通系统节电保护装置变频器
0.引言
随着中国经济的高速发展，我国石化、钢铁等企业规模越来越大，供电系统布局越来越复杂，电力污染对企业供配电主网的影响也日益显著。主要体现在以下几方面：
第一：由于设备在使用过程中负荷的不断变化和起停。不可避免的产生浪涌、瞬变、闪变电压及高次谐波，经美国通用电气公司研究表明，此种电力污染会造成电动机的磁滞损耗、铁损等的增加，致使电机温度上升，在供电线路中表现为线路损耗增加、供电电缆发热；加之此种电力污染时间长了会在接触器、空开等触头表面形成一层氧化性碳膜层(氧化性碳膜层阻值很大)降低输电效率；而且如果浪涌、瞬变、谐波不加以抑制会造成电度表的过度计量问题；闪变还会造成供电系统中的某个局部经常性发生谐振；
第二：由于非线形用电设备的大量使用，在系统中造成了3.5.7次谐波的相对加大，引起了电网电压波形畸变，造成了系统内电能损耗增加，严重时还有可能造成电网瘫痪，影响生产；
第三：在观察和了解中还得知很多情况下都存在一些大马拉小车的状况，主要以风机水泵类负载居多。这是各厂都存在的也是常见的问题。由于这类负载在运行过程中变化较大，在大部分时间内不会在最大工况下运行，但电机必须按最大工况条件下进行配置，这也是造成上述情况的根本原因。这样就在很大程度上造成了电能的浪费和用电效率的下降。
所以，电力污染已经严重影响了企业的良性发展及经济效益，治理电力污染配置相应的节电装置对于各个大中型企业来说已经刻不容缓了。
1技术依据
1.1分配系统、电力品质层面的效率
电力设备只有在清洁的，正弦波形的电压和电流下才能达到最高的效率。低品质的电力不仅是由于线形状况下高频感应产生的干扰和启动关闭时的瞬变产生的，还包括非线形和不均衡的负荷产生的影响。电压和电流中的浪涌每时每刻都在发生。不论是自然产生的，如来自闪电和静电；还是人为产生的，如电机、变压器、螺线管产生的。相对于单独的电力干扰来说，浪涌伴随很高的电压和电流。电力系统受到瞬变和毛刺的严重破坏，并产生失真。这将降低运行效率并产生多余的热量，影响电力的分配和输出，而且会导致电力系统的恶化和用电设备的故障。而通过安装针对系统层面的专业设备可以有效的净化电力品质，提高用电设备使用效率。
1.2人员、组织、管理层面的效率
节电目标的实现需要合理的规划和有效的管理。其实很多企业已经觉察到电能使用的浪费，有的也制定出了节电措施，但由于电能的使用牵涉面广，影响因素十分众多，而无法进行有效的管理和对设备的效率进行统计和跟踪，所以能源节约目标管理机制无法健全，节约工作动力不足，难以长期执行。原因何在？这是高效的管理工具的缺位。目前某公司开发出一种智能化、网络化的高效电能管理工具——电眼通电效管理系统（DYT），弥补了这一市场空白。它可以实现电能使用的实时监控，各种用电参数的实时在线分析，各部分用电量的统计分析等功能。通过它的使用可以使企业对其自身用电有一个整体的把握；可以及时的发现用电过程漏洞所在，避免事态的恶化；可以精确的度量节电量的多少，为节电改造的实施效果提供真实的数据依据。
目前用电单位上缴的电费一般按高压侧（或低压侧）有功电度表计量。实际上有功电度表的计量=设备正常工作的有功功率+输配线路及开关器件的损耗+高频电压电流的涡损（集肤效应）+磁滞损耗。其中后三项的电能消耗大约占电度表计量总数的15%--40%，DYT节电产品可以节省80%的电能损耗，一般情况下节电率能稳定在10%以上。
2电眼通节电保护装置（DYT）
2.1设置方式
1)型号：LI-3D-和LI-3P-
2)安装方式：并联
3)安装位置：大功率单机前或者系统配电室
4)安装原则：就近原则。
2.2节电原理
2.2.1压扁电流波形节电原理(专利技术)
通常，电网中的供电指标受电磁场的影响。在任何交流环境中，当波状交流电通过导线时，磁场就会不断的产生衰变、再产生和再衰变的循环过程，由于每次裂变都会损失能量，所以，设备的电磁场衰变损耗着电能。DYT系统节电保护装置并联到AC电路系统后，可以压扁电流波形，使电流波形更加符合感性负载负荷的要求，这样交流波的每个半周期就产生较小的磁场，由磁场造成的损失也就相应减少了。这样微量的“半周期节省”每个月发生2.5亿多次（50Hz×2×秒×24小时×30天），积累起来，用户的电费就会明显下降。并且接入禄智系列节电保护产品后，电流波形曲线更接近于折回变压器铁心的磁化特性，减少变压器的涡流损耗，优化变压器的磁滞曲线，DYT系统节电保护装置又对变压器将有很高节电功能。这正是DYT系统节电保护装置比其它产品优越的地方之一。
2.2.2其它节电原理
此外，DYT系统节电保护装置还有缓冲吸收节电原理，冷却电机节电原理及“无用能量”转换为“有用能量”节电原理等几项专利技术，此处就不一一赘述了。
3节电保护装置在供配电系统的配置
1)DYT系统节电保护装置并联在电网线路中，在保证负载设备转速、转矩不变的情况下，可以节省电费10-30%，实践证明，根据电网需要，在配电系统适当点安装多台DYT节电保护装置，使其形成一个电力调节系统，节电和保护效果最佳。
2)风机水泵类负载主要采用风机水泵型变频器，它以工艺优化系统为控制部件，以变频设备为执行机构，在保持挡板、阀门开度的前提下，通过改变电机的转速来调节风量(水量)，从而有效降低电机的运行功率，节电效果明显。
3)为了抑制由于非线形用电设备引起的电网谐波，减少不必要的损耗，在变电所母线侧并联有源滤波器，它具有动态补偿、抑制谐振、主动滤波几大功能。通过适当的设计选型，能将谐波减少到ANS/IEEE中规定的范围并将功率因数提高到接近1的水平。
4节电保护装置在某化工企业的应用及效果
4.1工况描述
某大型化工企业一分公司配电柜及控制柜设计布局合理规范，使用情况良好。但为了满足生产的需要致使供电线路距离较长，供电网络及感性负荷设备造成电力污染，功率因数和设备使用效率有待提高。另外由于设备的数量较多，造成了随时都有不同的设备在起停，也增加了大量的浪涌、瞬变等电力污染。
4.2部分设备测试数据
设备
电压（V）
电流（A）
功率（KW）
功率因数
电流谐波（%）
5次
7次
4#引风机（90KW）
-
68
0.93
27.4
11.5
4#鼓风机（55KW）
38.7-44.7
25-31
0.92
33.8
16.7
3#引风机（90KW）
80
0.95
26.9
11.3
3#鼓风机（55KW）
43-44.9
27.2
0.92
31.8
16.5
多级泵（55KW）
92.3
56
0.89
7.5
3.7
真空泵（75KW）
92-93.7
56
0.87
7.2
5.4
4.3数据分析
4.3.1设备效率较低；
4.3.2经常大于实际需求，造成浪费；
4.3.3长期恒速运行，远离实际工况点运行，效率大大降低；
4.3.4非线性用电设备较多，存在大量的浪涌、瞬变、谐波等，以及由此引起的铜损、铁损、磁滞损耗和集肤效应等危害电网的安全运行。
4.4节电设备清单
设备
产品型号
数量(台)
单价(元/台)
合计
系统节电保护装置
LI-3D-
52
48,.00
2,,.00
变频器
45KW
2
44,.00
88,.00
变频器
55KW
6
51,.00
,.00
变频器
75KW
2
64,.00
,.00
变频器
90KW
2
79,.00
,.00
变频器
KW
2
88,.00
,.00
辅料及安装调试费用
,.00
总计
3,,.00
4.5电网净化设备清单:
设备
产品型号
数量(台)
单价(元/台)
合计
有源滤波器
A/4L
1
,.00
,.00
有源滤波器
A/4L
2
,.00
1,,
辅料及安装调试费用
61,.00
总计
1,,.00
4.6节电数据分析
经测量，本项目改造前年电耗为2万kwh，改造后年电耗为万kwh，每年预计节电量为万kwh，节电效率为26.9%左右。
P前—为系统安装前的电耗P后—为系统安装后的电耗
4.7改造项目投资回报分析：
4.7.1被改造部分全年节约电费=.5万元×26.9%=.9万元（年电费按.5万/年计算，节电率按26.9%计算）
4.7.2改造所需要节电设备款为=.万元,辅料及安装调试费为=21.74万元
4.7.3回收期（年）＝1.67年（节电率按26.9%计算）
依据以上数据分析，企业将在1.67年左右内收回投资。此项目的设备设计使用寿命为15年，共可节约.7万元人民币左右电费支出。（不包括减少的设备维护费用）
5结束语
由此可见，很多企业的供电、用电系统的质量及效率还有极大提升的余地，供电及用电质量亟待改善。而且经过成本核算，目前电能的消耗已占企业成本核算的很大比重，所以对系统进行节电改造投资，有效降低能耗，是很有必要的，对于企业的长远协调发展也是有利的。更符合国家一直大力推行的节能降耗政策，具有明显的经济效益和社会效益。
参考资料:
[1]刘屏周卞铠生任元会姚家祎丁杰工业与民用供配电设计手册(第四版)
中国电力出版社.12
[2]王景梁电气节能技术中国电力出版社.6
[3]电眼通节能节电管理系统行业市场现状分析报告
北京蒂华森管理咨询有限公司.6
END
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