电厂系统节电改造

摘要： 为贯彻落实《节能减排全民行动实施方案》实施，根据各电厂存在的设计建造较早，各辅机存在设备老旧、能耗高等缺点，必须对厂用电系统电耗进行节能管理，深挖内潜。依据现有新科技技术建立节电优化管理，有效解决风机、水泵等厂用系统“大马拉小车”现象。

Abstract： In order to implement the Implementation Solution of Energy Conservation and Emission Reduction in the Whole People， according to the faults such as： the design construction is earlier in each power plant， the auxiliary equipment is old， and the energy consumption is high， we must take the energy saving management to the power system in the plant， and dig into the inner potential， construct new energy-saving optimization management according to new technology， and effectively solve station service "a big horse pulls a small car" phenomenon of fan and water pump.

关键词： 系统节电；变频技术；谐波治理；电磁节电；节电效果；节能减排

Key words： system energy saving；converter technique；harmonic suppression；electromagnetism energy saving；power saving effect； energy conservation and emission reduction

中图分类号：U223.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）21-0046-02

0 引言

集团公司目前有四个综合利用自备小电厂，用做所在矿区的供电供热源。各电厂都存在设计建造较早，设备选型老旧，能耗高等缺点，特别是引送风机设备容量选型较大，几个电厂厂用电率都远高于设计值。各电厂仅在局部较少辅机采用变频调节控制，解决了一些设备“大马拉小车”现象，但未能系统的建立节电优化管理。本文针对各电厂存在的实际情况，较系统地分析了各节能空间，同时采用相关技术降低电耗，将对电厂起到更好的节电效果。

1 电厂在早期设计时存在的主要问题

①设计分析：电厂是按照在最大生产能力的条件下来进行电机的配置，即以其最大设计负荷的1.3～1.5倍左右确定电机的额定功率。由于生产量、生产工艺等因素的变化，所需要电机的负荷量在发生变化；而电机全部都在设计负荷（满负荷）状态下运行，这样不但浪费了电能，而且增加了电机的易损部件磨损。②工艺分析：为满足正常生产需求，操作人员常通过调节阀门、叶片，以及叶片的开度来满足生产工艺，使系统长期在满负荷状态下运行。在此情况下，不但不能满足系统工艺调节的及时性，而且降低了电机的运行效率，增加用电量，缩短电机及阀门的维修周期，增加系统的维修费用。③供电电源分析：电厂实际的电网供电电压在6.2KV～6.5KV之间，而电机的设计电压为6KV。电机长时间在超电压状态下运行，不但浪费电能，也增加了电机的磨损。④启动分析：电机启动时，启动电流一般是额定电流的4～7倍。电机启动不但对电网造成很大的冲击，而且也增大了电机的磨损，缩短了电机的使用寿命，增加了电机的维修成本，同时也增加了用电量。⑤实际运行工况分析：空载情况严重，且没有任何补偿措施；电机功率因数比较低，无功输出较大；由于是阀门或液力耦合器调整工况，系统稳定性差。⑥电厂低压厂用电分析：长期处在电压较高（电厂电源侧电压规定比用电端额定高5%，可达410V）。同时各相负荷运行性质存在差别，造成三相电压不平衡，易产生谐波，中性点存在较高残压，从而对变压器设备造成安全威胁，电量消耗增加。如芦岭电厂厂用电率高达17%，远远大于设计时12%的要求。

以上原因造成各电厂自身节能降耗空间较大。

2 系统节电方案设计

智能化节电系统分为三部分：①采用智能变频系统 智能化节电设备在变频器的基础上，依据计算机模糊控制理论，结合PID控制原理，根据系统实际需求，检测变频器、电机、负载的运行曲线，使三者始终处在最佳状态下运行，确保在满足系统需求的前提下大幅度提高系统效率，尽可能地降低用电量。②采用谐波治理技术。随着大功率、非线性元器件在电力系统中的大量应用，使得电力系统波形严重畸变，电网电能质量令人担忧。另外，电网上各种负载的频繁启动、关闭，在电网中形成一系列尖峰干扰、电压波动甚至是瞬间失电。所有这些电能质量问题，在用户负载上必然表现为各种损耗增加、发热量增大、电机力矩下降、运行效率降低。产生的谐波严重威胁到用电设备的安全。先进的谐波治理设备，完全能抑制谐波，使谐波含量低于国家标准。③采用电磁节电技术。在保证用电设备正常工作的前提下，通过智能化电磁转换方式调控最佳功率输出。将工作电压调整为匹配值，降低用电设备的工作电流，提高设备的功率因数COS？准，降低线损和变损，从而达到节电目的。电磁节电装置，通过电磁调控，可以优化工作电压，给用电设备提供更为优质、稳定且经济的工作电压使用，达到省电及延长用电设备寿命的目的。

3 改造方案说明

系统治理的技术实现：①高、低压变频节电设备。可以根据负荷的实际需要，实现水泵、风机等设备的最佳运行方式。②电磁节电设备。可以针对不能调节转速的设备（破碎机、皮带机等），实现最合理、最经济的用电配置。③谐波治理设备。可以针对电网中形成的一系列尖峰波干扰、电压波动甚至是瞬间失电等电能质量问题，进行治理，实现清洁能源；可以降低用户负载上的谐波损耗、提高运行效率，实现保障用电设备安全和节电。

系统节电治理如图1、图2。

4 节电效果分析（以芦岭电厂为例）

4.1 智能变频改造节能效果分析 工况厂用负荷共1570KW。由于循环硫化床锅炉独特的流态化、循环燃烧等特点，系统配备电机及负载都是按照最大负荷的1.5～2倍来设计的，因为要考虑到在极端不利情况下满足系统正常工作的需要。比如管道系统老化、煤质较差、风机效率低等。这在实际运行中就造成了“大马拉小车”的现象。这种情况下系统的效率是不高的。

引风机节电率计算：710KW

工频运行时功用为：

P工=■×电机电压×电机电流×实际功率因数

=■×6kV×52.9A×0.89=489.3kW

引风机变频节电改造后功用为：

依据风门挡板调整控制风机流量后下降到70%左右，

根据流体力学公式：Q1/Q0=N1/N0和P1/P0=（N1/N0）3

P变=710×（0.70）3/0.9=270.6kW

引风机理论节电率为：

节电率=（489.3-270.6）/489.3×100%=45%

考虑到风管阻力及生产中的压力要求，初步确定引风机节电率约35%左右（其他电机同理，略去计算）。

4.2 谐波治理节电分析 根据现场电压等级分为高压和低压动态补偿，安装设备后谐波含量低于国家标准，节电率在5%左右。

4.3 电磁节电分析（以一台变压器1250KVA为例）：

变压器型号SCB9；额定电压；6.3KV±5%/400V/230V；额定电流1800A；工作电流：A相357A，B相476A，C相357A；平均397A；节电改造方案：变压器低压侧安装1台1250KVA的系统高效电磁节电装置；节电改造前：系统功耗P1=■×U×I=1.732×400×397=275KW；节电改造后：系统工作电流下降15%～20%，约为337A～318A；系统功耗P2=■×U×I=1.732×400×337=233KW。

按照每度电单价0.7元计算，每年节约电费1000万元。

4.4 间接效益分析 智能化节电设备对负载电机具有过压、欠压、短路、缺相等保护功能。延长水泵电机的使用寿命，减少水泵电机的维保费用。智能化节电设备具有平滑软启动功能，降低启动电流对电网及水泵电机的冲击，减少水泵电机的损用、噪音，延长电机使用寿命。而且也减少对水泵电机维修时投入的人力、物力。使用智能化节电设备后，风机、水泵、电机的维修同期减少了一半以上，大大降低运营成本。电磁节电装置，应用最优化控制原理控制输出功率，控制供给到电器设备的功率为实际需要的功率，达到用电匹配，并将多余的能量反馈给电网。提高电器设备的功率因数，降低线损，提高系统用电效率，增大线路容量，使电压平衡得到改善，减少电器设备附加损用，延长电器设备的使用寿命，从而有效实现了系统综合节电，大幅度提高了节电效率。

4.5 社会效益分析 进行节电改造后不仅仅能为企业创造了很高的经济效益，同时又创造了环境效益，每年节约的电能1433万度，按照国家标准：1kWh=0.342kg标准煤；1吨标准煤=2.5吨二氧化碳排放量；1吨标准煤=0.0165吨二氧化硫排放量；1吨标准煤=0.014吨TSP排放量（总悬浮颗粒物）。每年节约的电能600.00万度（每年按11个月预算），折合成标准煤：4900吨；每年减用2052.00吨标准煤，可以减少二氧化碳排放量：7249吨；每年减少二氧化硫排放量：47.84吨；每年减少TSP排放量：40.6吨。

5 结论

综上所述，系统治理后可彻底消除系统设计的富余量，提高系统运行效率，净化电源质量降低系统运行成本，延长设备使用寿命，降低系统故障率，减少设备维修成本，降低维修人员的劳动强度。该项节能改造，符合国家的“十一五”期间制定的节能减排政策，是一个能够使企业深挖内潜、降低生产成本的好项目。

参考文献：

[1]魏连容.变频器应用管理技术变频器应用节能分析化学工业出版社，2010-06.

[2]韩晓东.一种大功率系统电磁节电装置专利号：

201120524769.5.

[3]王兆安.谐波抑制与无功功率补偿（第二版）[M].机械工业出版社，2009.

[4]王兆安.电力电子技术（第二版）[M].机械工业出版社，2009.