季沈華，帥敏

（1.揚州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校機電工程系，江蘇揚州，225003；2.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司揚州供電分公司，江蘇揚州，225200）

隨著社會經(jīng)濟水平的提高以及工業(yè)規(guī)模的不斷擴大，環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，引起了人們對于環(huán)境保護的高度重視，環(huán)境保護以及能源開發(fā)成為各個領(lǐng)域探討的重點。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國的經(jīng)濟增長背后的代價是環(huán)境污染以及高能源消耗為主。對此，影響我國經(jīng)濟發(fā)展的主要因素是工業(yè)耗能?；谠撉闆r下，電氣節(jié)能的引用對于工業(yè)電氣來說無疑是一種構(gòu)建資源節(jié)約型社會的有效舉措。本文將通過闡述電氣節(jié)能與工業(yè)電氣設(shè)計的關(guān)系，結(jié)合某工業(yè)工業(yè)的特點，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施以及方法。

1 工程基本情況

根據(jù)工業(yè)企業(yè)所從事的工業(yè)內(nèi)容，我們可以得出工業(yè)企業(yè)的主要工業(yè)方向是煉油化工生產(chǎn)以及加工。其中，工業(yè)企業(yè)還包含了延遲焦化、聚丙烯、加氫制氫等一系列的煉油化工生產(chǎn)配置。另外，柴油、汽油、液化氣等產(chǎn)品是生產(chǎn)加工的主要產(chǎn)品，同時原油加工能力高達(dá)500.0t/a。配電室的布局在普遍的工業(yè)企業(yè)的各個角落，主要分布在生活區(qū)以及化工區(qū)，數(shù)量超過上百個。另外，配電對于電氣接線的方式主要采取單母線分段式，形成一個放射式負(fù)荷的接線結(jié)構(gòu)。一般情況下，工業(yè)企業(yè)的電力系統(tǒng)具有較為完善的配置。根據(jù)相關(guān)的用電數(shù)據(jù)顯示，大部分工業(yè)企業(yè)在2016-2017年度的用電量呈上升的趨勢，側(cè)面業(yè)反映了企業(yè)的用電裝置以及電線的搭接在不斷老化與損耗嚴(yán)重。基于該情況下，企業(yè)的電氣設(shè)計弊端也日益凸顯，例如生產(chǎn)設(shè)備不妥當(dāng)、電能缺乏有效的管理、用電不合理等問題。對此，相關(guān)研究人員就此用電問題進(jìn)行、探討與分析，尋找用電不當(dāng)?shù)母?。?jīng)過一系列的調(diào)查與分析，發(fā)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)的電氣設(shè)計缺乏完善的方案，導(dǎo)致配電室無法發(fā)揮正常的功率，嚴(yán)重?fù)p害電容器設(shè)備。另外，針對于變電站的底層設(shè)備電能測量，企業(yè)缺乏相應(yīng)的管理方案以及監(jiān)控人員，管理在整體上缺乏一體化。

2 電氣節(jié)能的具體方案

本文結(jié)合對于電能耗能過大的根源，并加以電氣節(jié)能設(shè)計的原理進(jìn)行以下兩大方面的分析：

（1）廠內(nèi)電氣的節(jié)能系統(tǒng)必須以工業(yè)企業(yè)自身使用情況為主。廠內(nèi)的電度表以及工作平臺都應(yīng)采取智能化模式，在該有的電能采集系統(tǒng)為鋪墊，結(jié)合目前智能的機械設(shè)備來打造一個全自動化的工作平臺。另外，增設(shè)一個變電站監(jiān)控室來加以規(guī)范企業(yè)的用電情況，用電量的采集以現(xiàn)代高速工業(yè)總線通信技術(shù)為主要方式。為了提升監(jiān)控室的科技化，采用計算機系統(tǒng)來研究開發(fā)相應(yīng)的管理系統(tǒng)以及制度方案，更好的設(shè)計一個可持續(xù)發(fā)展的用電模式。同時，企業(yè)應(yīng)該搭建一個互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，各個廠房都可以同步更新變電所的使用現(xiàn)狀。

（2）集成化監(jiān)控以及調(diào)度優(yōu)化工作平臺是電氣節(jié)能的必要環(huán)節(jié)。根據(jù)工業(yè)企業(yè)的用電情況分析，分布式結(jié)構(gòu)的集成化監(jiān)控以及搭建優(yōu)化的工作平臺是工業(yè)企業(yè)最適合的方式。就目前來說，電氣節(jié)能的設(shè)計的主要基礎(chǔ)是企業(yè)自身的實際用電情況而設(shè)，這樣的電氣設(shè)計比較貼切企業(yè)的本身。如圖1所示，監(jiān)控系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)是根據(jù)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)而設(shè)，另外電氣節(jié)能設(shè)計的布局也要內(nèi)部高速計算機局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的配合，才能達(dá)到優(yōu)化企業(yè)的供電方案以及電氣節(jié)能的效果。這個監(jiān)控系統(tǒng)分為兩大部分，第一部分的功能是實現(xiàn)自動化以及通信，不僅可以監(jiān)控企業(yè)配電網(wǎng)地層呢過設(shè)備的情況，同時也可以及時與廠內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)保持緊密的聯(lián)系；第二部分的功能是實現(xiàn)信息、資源共享，集成監(jiān)控體現(xiàn)在聯(lián)合了車間級監(jiān)控主機、廠內(nèi)變配電站這兩大主體，以便于更好優(yōu)化企業(yè)整體的用電方案。

圖1 集成化監(jiān)控系統(tǒng)基本框架結(jié)構(gòu)示意圖

3 諧波抑制與無功補償

無功補償裝置在工業(yè)企業(yè)雖然有一定的裝備方案，但根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，16個低壓配電室中有約一半的數(shù)量已出現(xiàn)設(shè)備老化的情況，導(dǎo)致無功補償?shù)男Ч淮螅瑫r這16個低壓配電室的功率過低，無法正常發(fā)揮配電室的作用。另外，16個配電室除了自身的老化以及設(shè)備耗能等問題，還因為諧波損耗抄表而影響企業(yè)的用電設(shè)備。對此，電氣節(jié)能的方案設(shè)計主要從該企業(yè)的低壓配電室進(jìn)行改造與升級，以達(dá)到企業(yè)用電方案的優(yōu)化，主要的解決方式如下：

（1）低壓配電室一般出現(xiàn)動態(tài)變化中，是因為自身的低功率因數(shù)以及低含量的諧波而導(dǎo)致負(fù)載水平的，從而引發(fā)一系列的無功補償不佳的問題。對此，智能化無功補償裝置是優(yōu)化企業(yè)低壓配電室的有效途徑，無功功率的補償可以在該裝置下實現(xiàn)分級、動態(tài)方式等。將無功功率提升為0.98左右。電容器裝備需要有一定的控制與投切，可在黃紙內(nèi)將智能化無功補償設(shè)置一定的投切安全區(qū)域?；谠撛O(shè)置，自動切除的功能會在電容器處于非安全區(qū)域的時候啟動，以便于安全區(qū)域有合適的補償電容器自動投入，避免電容器運行中產(chǎn)生不利的因素。

（2）低壓配電室處于高含量的諧波以及合適的無功功率因數(shù)下，內(nèi)部的變頻器以及蒸餾裝置會受到動態(tài)的影響，甚至涉及到系統(tǒng)諧波含量的變化。對此，工業(yè)企業(yè)所采取的方式是以自身的用電情況為主，針對特定次數(shù)諧波進(jìn)行多組單調(diào)諧無源濾波器等，在一定程度上可以消除大部分的諧波對于工業(yè)電氣系統(tǒng)的影響。另外，多組單調(diào)諧無源濾波器的成本較大，為了降低企業(yè)的經(jīng)營費用，可以采取單調(diào)諧無源濾波器來處理諧波嚴(yán)重畸形且電流幅值較大的領(lǐng)域?；究蚣苋鐖D2所示。

圖2 有源電力濾波諧波治理方案原理圖

（3）低壓配電室處于高含量諧波以及低無功功率因數(shù)的情況下，諧波可能因為電容器裝置的單獨接觸或是直接的無功功率補償而被放大，影響了工業(yè)電網(wǎng)系統(tǒng)因諧波污染而降低效率。對此，諧波治理需要無功補償?shù)妮o助才能有效解決企業(yè)的用電問題。與第二種方式不同的是，基于該情況，應(yīng)該采取混合型動態(tài)有源濾波系統(tǒng)來加強對整流裝置的管理，高達(dá)380伏的電網(wǎng)將通過有源濾波系統(tǒng)進(jìn)行注入諧波信號。同時，諧波治理可以根據(jù)電網(wǎng)的動態(tài)情況來加以控制，以便于更好治理的無功補償?shù)娜毕?。無功補償?shù)挠屑壵{(diào)節(jié)可以采取單調(diào)諧支路投切的方式，如圖3所示。綜上所述，0.98左右的功率因數(shù)是無功補償實現(xiàn)最佳效果的位置，整流裝置的工況均表也得到較好的運行。另外，針對于單次諧波治理，單調(diào)無源濾波器的使用更有利于實現(xiàn)諧波抑制的操作。而其他次數(shù)的諧波信號則利用動態(tài)治理電網(wǎng)系統(tǒng)的方式實現(xiàn)，兩者方式可以同步優(yōu)化企業(yè)的用電方式，達(dá)到電氣節(jié)能的效果。

圖3 混合型動態(tài)有源濾波治理方案原理圖

4 結(jié)束語

本文的主題是結(jié)合電氣設(shè)計的原理，根據(jù)某工業(yè)企業(yè)的實際用電情況，對此進(jìn)行電氣系統(tǒng)節(jié)能的改造方案。根據(jù)調(diào)查的研究結(jié)果顯示，工業(yè)企業(yè)最為突出的電氣問題是無功損耗過大以及諧波含量不穩(wěn)定，同時企業(yè)缺乏智能化的集成監(jiān)控以及調(diào)度優(yōu)化平臺來加以監(jiān)控。對此，提出相應(yīng)的解決措施以及具體建議，工作平臺將采取智能化與數(shù)字化總線采集為主，以便于優(yōu)化企業(yè)的用電方案。另外，解決措施方面還根據(jù)諧波含量以及無功功率因數(shù)進(jìn)行三種情況分析，提出無功補償以及諧波治理的具體方案，更好為企業(yè)優(yōu)化電氣系統(tǒng)。

目前,電氣節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用已形成了一系列規(guī)范化的體系。因此,研究在不降低工業(yè)功能標(biāo)準(zhǔn)的前提下,通過合理配置電氣設(shè)備,選擇節(jié)能的電氣原件、提高設(shè)備利用效率等方式是提高現(xiàn)代工業(yè)電氣節(jié)能效率有著重要的意義。