浅谈电力系统优化措施.pdf

2 0 1 2年 6月第 3期 浅谈 电力系统优化措施——王桂霞 3 5 ‘ 夺 ‘ 争’ +’ +‘ ‘ 牛 ‘ ‘ 争 ’ ． i电力节能 3 ‘ ．夺 ． 夺 ． 夺 ． 夺． 幸． 々 ． 辛． 十 浅 谈 电 力 系 统 优 化 措 施 王桂 霞 ( 中铝洛 阳铜 业有 限公 司动 力厂 ，河 南 洛 阳 4 7 1 0 3 9 ) [ 摘要 ] 通过加强 电能管理 ， 采用变频技术 ， 淘汰高耗 能变压 器 ， 改变运 行方式 ， 减 少空载 损耗 ， 整合 3 k V 电力 系统等 ， 达到 了较好 的节能效果 ， 同时也提高 了电力系统运行 的可靠性 。 [ 关键词 ] 电力系统 ； 优化 ； 节能 ；降耗 [ 中图分类号 ]T M 7 4 6 [ 文献标 识码 ]B [ 文章 编号 ]1 0 0 8— 5 1 2 2 ( 2 0 1 2 ) 0 3— 0 0 3 5—0 4 Di s c u s s i o n o n Op t i mi z a t i o n M e a s u r e me n t s o f Po we r S u p p l y S y s t e m W ANG Gu i — x i a Ab s t r ac t：Th e g o o d e n e r g y s a v i ng e f f e c t s wa s a c h i e v e d a n d t h e o p e r a t i o n r e l i a bi l i t y wa s i n c r e a s e d i n p o w— e r s u p p l y s y s t e m b y s t r e n g t h e ni ng e l e c t r i c e n e r g y ma n a g e me n t ，i n t e g r a t i n g 3 k V po we r s u p p l y s y s t e m ，a — do p t i n g fre q ue nc y c o n v e r s i o n t e c h n o l o g y，e l i mi n a t i n g h i g h e n e r g y — c o ns u mi n g po we r t r a ns f o r me r ，e x c h a n - g i n g r u n n i n g mo d e，de c r e a s i n g t r a ns f o r me r n o — l o a d l o s s e s a n d S O o n． Ke y wor ds ：p o we r s u p p l y s y s t e m ；o p t i mi z a t i o n；e n e r g y s a v i n g；c o n s ump t i o n r e d u c t i o n 0 前言 1 供 电系统运行存 在 的问题 中铝洛铜是 国家 “ 一五” 期间兴建的 1 5 6项 重 点 工程 之一 ， 随 着公 司 的发 展 和 公 司 生 产 规 模 的 不 断 扩 大 ， 相伴 而 生 的是 电力 系统结 构 不合 理 ， 各 型设 备冗 余 量大 ， 加 之设 备开 机 的不 同时性 ， 生 产 节奏 的 不 同期 性等 因 素 ， 导 致 目前 电力 系 统 的 平 均 负 荷率 偏低 ， 能源浪 费 严 重 。公 司 电力 系 统 的 现 状 已不 能 满 足公 司进 一 步发 展 的需 求 。因此 ， 加 强 电能 管 理 工作 ， 合理组织生产和用 电设备的经济运行 ， 改造耗 电高 的工艺 ， 逐 步 淘 汰低 效 设 备 ， 推广 节 电新 技 术 ， 提高 电能利用率 ， 提高经济效益势在必行。 本 文将 从 以下 5个 方 面 ， 浅谈 电力 系 统 优化 节 能 降耗 的措施 。 [ 收稿 日期]2 0 1 2— 0 2—1 0 [ 作者简 介]王桂 霞 ( 1 9 6 7 一 ) ， 女 ， 河 南荥 阳人 ， 大学 本 科 ， 电气工程 师 ， 负责 l 0 k V、 3 k V配 电站及低 压 电气设备 的 运 行管理工作 。 动力厂担负着公司的水 、 电、 风 、 气、 汽等能源的 供 应 。其 中 电主 要 是 1 0 k V及 3 k V 供 电 ， 共 有 l 0 k V配 电 站 1 1座 ， 其 中 老 系 统 7座 ， 新 建 配 电 站 4 座 ； 3 k V配 电站 3座 。 直 接 供 电的 动 力 变 压 器 1 1 2 台， 其中老系统 8 0台， 新系统 3 2台。 新 系 统 的 3 2台是公 司在 2 0 0 6 --2 0 0 9年 高 精 度 电子铜 板 带项 目建设 时 ， 购 进 的 s 一M 节 能 型变 压 器 。根 据 《 高 耗 能 落 后 机 电设 备 ( 产 品 ) 淘 汰 目录 ( 第 一批 ) 》 ， 老 系统 的 8 0台 动 力 变 压 器 中有 2 5台 是 上世 纪 五 、 六 十 年 代 生 产 的 s J系 列 高 耗 能 变 压 器 ， 2台是 五 、 六 十年 代 生 产 的 T M 系 列 高 耗 能 变 压 器 ， 2 9台是 s 系列高 耗 能变压 器 。 占变 压器 总 台数 7 0％ 的高 耗 能 变 压 器仍 在 运 行 ， 并 且 S J系列 变 压 器至今 已运行 5 0余年 ( 变压器 的使用 寿命 一般 为 2 0～3 0年 ) 。从 近 十几 年变 压器 的大 修 和使 用 情况 来看 ， s J系列变压器 的绝缘 已严重老化 ， 表现在 内 部绝 缘 漆有 熔化 痕 迹 ， 纸材 整 体 发 黑 ， 已变 得 焦 脆 ， 3 6 有色冶金节能 口 电力节 能 多处脱落 ， 发热漏油现象严重 ， 运行可靠性差 ， 维护 工作量大 ， 使用成本高。 2 电力 系统优 化措施 2 ． 1使 用 变频 器节 能 中铝 洛 铜 是 高耗 水 企 业 ， 生 产 用水 主 要 用 于设 备 以及 产 品 的直接 和 间接冷 却 。担负 公 司生产 供水 任务 的动 力厂 大 循 环 水 泵 站 共 有 3 k V 循 环 水 泵 8 台 ( 4台冷泵 、 4台热 泵 ) ， 其 配套 电 机 有 两 种 型 号 ： 一 种 是 Y 3 5 5 5 - 6 ， 额定 功 率 2 2 0 k W ； 另一 种 是 J S 1 2 8 — 6 ， 额定功率 1 9 0 k W。循环水泵传统 的流量控制方 式 是 ： 当 流量需 要 改变 时 ， 操 作人 员通 过调 节 阀 门的 开度进行控制 ， 电机的输 出功率没有改变 ， 因而用电 量 也 改变 很少 ， 造 成 了一 定 程 度 的 能 源浪 费 。 为 了 节 能 降耗 ， 提 高调 整 的精 度 和速度 ， 减 轻 职工 的劳动 强度 ， 公 司在 2 0 1 1年 7月一 8月 对 大循 环 水 泵 站 进 行 了变频 改造 ， 9月份 投入 运行 至 今 。 2 ． 1 ． 1 变 频节 能原 理 2 ． 1 ． 1 ． 1 变 频节 能 水泵 具 有 以下 特 点 ： Q( 流 量 )。 c N( 转 速 ) ； P ( 功率 ) 。 c N 。 由 于 水 泵 的 流 量 不 是 恒 定 的 ， 根 据 其工艺要求 ， 当流量下降时 ， 转速 Ⅳ成 比例的下降， 而功率 P成 立 方 关 系下 降 。 即水 泵 电机 的耗 电 功 率与 转速 近 似成立 方 比的关 系 。对 额定 功率 分别 为 1 9 0 k W 和 2 2 0 k W 的循 环水 泵 电机 来 说 ， 当 平 均 转 速下降到原来的 0 ． 9 0时， 即运行频率在 4 5 H z时， 其耗 电量 分 别 为 1 3 8 ． 5 1 k W 和 1 6 0 ． 3 8 k W ， 每 小 时 可节 电 5 1 ． 4 9 k W h和5 9 ． 6 2 k W h 。 2 ． 1 ． 1 ． 2 功 率 因数 补偿 节能 无功功率不但增 加线损和设 备的发热 ， 更主要 的是功率 因数 的降低导致电网传输有功功率能力降 低 ， 大量 的无 功 电流 在线 路传 输 ， 限制 了线路 输送 有 功 功率 的能 力 。 根据负荷有功功率( P) 、 负荷无功功率 ( Q) 、 负 荷视在功率 ( 5 ) 和功率因数角 ( ) 之间的关系： P=S c o s + ( 1 ) Q= S s i n ~ b ( 2 ) 可知系统负荷 c o s ~ b越 大， 输送有 功功率 P越 大 。普通水泵 电机 的 =0 ． 8左右 ， 使用变频调速 装 置 后 ， 由 于 变 频 器 内部 滤 波 电 容 的 作 用 ， 可 将 c o s ~ b 可 高到 0 ． 9 7 ， 从 而 减 少 了无 功 损 耗 ， 增 加 了 电 网 的输 送有 功功 率 的能 力 。 2 ． 1 ． 1 ． 3软启 动节 能 水 泵 电机 没 有 变频 调 速 之 前 为直 接 启 动 ， 启 动 电流等 于额定 电流 的 4～ 7倍 ， 对 机 电设备 和供 电电 网造 成严 重 的冲击 ， 并 且对 电 网容量 要求 过高 ， 启 动 时产 生 的大 电流 和震 动 对 挡 板 和 阀 门的损 害极 大 ， 对设备、 管路的使用寿命极为不利。而使用变频调 速后 ， 利 用变频 器 的 软启 动功 能 使 启 动 电流 从 零 开 始 ， 最 大值 也不 超 过额定 电流 ， 减 轻 了对 电 网的 冲击 和对供电容量 的要求 ， 延长了设备 和阀门的使用寿 命 ， 节省了设备的维护费用。 2 ． 1 ． 2变 频改 造方 案 为 了节 约能源 ， 保 证冷 热水 泵平 衡供 水 ， 在 大循 环水 泵站 安装 了两 套变 频调 速装 置 ， 分别 用于 冷 、 热 水泵 的变 频 运 行 。 由 于 是 对 原 来 的 系 统 进 行 改 造 ( 原 系统 如 图 l所示 ) ， 而且 为 了最 大 限度 的发 挥 变 频器 的 的作 用 ， 采 取 了 2台冷 泵 和 2台热 泵 分 别 共 用 一套 变频 器 的供 电运 行 方式 ， 如 图 2所 示 。共 用 于 一 台变频器 的两 台水 泵 如 M1和 M2 ， 只能 有 一 台 变频运行 ， 另一台工作 ( 或备用 ) 在工频状态。 图 1原 有 供 电 系统 图 ( QF ， 、 QF 为 真 空 短 路 器 ) 图 2变 频 改造 后供 电 系 统 图 2 ． 1 ． 3节 电效果 对 比 以额 定功 率为 2 2 0 k w 的水 泵 为 例 分 别 统 计 了 变频 运行 及工 频运 行 时的 电量 ， 如表 1 所 示 。 由表 1 可知 ， 变 频运 行时平 均 每天用 电量 可 比工 频运行时减少 8 8 0 k W h ， 按平 均 电价 0 ． 5 4 7元／ k W h 计算 ， 每 天可 节 约 电 费 4 8 1 ． 3 6元 ， 每 年 可 节 约 电 费 Ⅲ ● 2 0 1 2年 6月 第 3期 浅谈 电力 系统 优化 措施 —— 王 桂 霞 3 7 1 7 ． 5 7万元 。 表 1 工频、 变频 运行电量统计表 单位 ： k W h 时间 工频 时间 变频 1 0月 1 8日4 6 5 0 1 1 月 1日 3 5 7 0 1 0月 1 9 日4 7 4 0 1 1月 2日 3 6 3 0 l O月 2 0 日4 7 7 0 1 1月 3 日 3 51 0 1 0月 2 1日4 6 8 0 1 1月 4 日 3 8 7 0 l 0月 2 2 日4 7 4 0 1 1 月 5日 3 9 0 0 1 0月 2 3 日4 6 8 0 1 1月 6日 3 9 3 0 1 0月 2 4 日4 7 1 0 1 1月 7日 3 9 9 0 1 0月 2 5 日4 7 1 0 1 1月 8日4 0 8 0 1 0月 2 6 日4 7 1 0 1 1月 9日 3 9 6 0 l 0月 2 7 日4 8 3 0 1 1月 1 0 日4 0 8 0 1 0月 28日4 7 4 0 1 1月 1 1日 3 7 2 0 1 0月 2 9 日4 8 6 0 1 1 月 1 2 日4 0 2 0 合计 5 6 8 2 0 合计4 6 2 6 0 平均用 电量4 7 3 5 平均用 电量 3 8 5 5 2 ． 2 变 压器 更新 节 能 2 ． 2 ． 1变压 器能 耗分 析 变压器损耗包 括空载 损耗 和负 载损 耗 ， 其次 为介 质损耗和杂散负荷损耗 ， 后者值很小 ， 可忽略不计 。 降低空 载损 耗 和负 载损 耗 的途径 有 ： ( 1 ) 采用优质硅钢片 ， 改进 铁芯结构 ， 降低空载 损耗 。变压器的空载损耗一般约 占变压器总损耗的 2 0 ％ ～ 3 0 ％ 。 由于空 载 损 耗 不 随 负 载 变 化 而 变 化 ， 因此 ， 虽然所 占比例不大 ， 但对于长期连续运行而负 载较 轻 的 电力变 压 器 而 言 ， 降 低 空 载 损 耗 对 节 电 意 义重大 ， 故选用低损耗 电力变压器可 以降低其空载 损耗 。 ( 2 ) 改进 绝缘 结 构 ， 适 当减 小 电流 密度 ， 降 低 负 载损 耗 。变 压 器 的 负 载 损 耗 约 占变 压 器 总 损 耗 的 7 0 ％ ～ 8 0 ％ ， 其 中最主要的是线圈电阻损耗。 空 载损 耗仅 与 变压器 的 自身 特性 和运 行 电压 有 关 ， 不随负载变化 ， 是一个固定的损耗 ； 而负载损耗 不仅 与变 压器 的 自身 特性 有 关 ， 而 且 随 变 压器 负载 的增 大 而增 加 ， 是一个 可 变 的损耗 。 2 ． 2 ． 2 变 压器 能 耗计算 空 载损耗 P ： P Ⅳ =P 0+ K( ， 0 ％ S e 1 0 一 ) ( 3 ) 式 中 ： P 。 —— 变 压 器 额 定 空 载 有 功 损 耗 ， 近 似 为 铁 损 ， k W ； —— 无功 经 济 当量 ， 取 K= 0 ． 1 k W／ k v a r ； ， 。 ％— — 空载 电流 百分 值 ； 5 e—— 变 压器 额定 容量 ， k V A。 负载 损耗 P ： P =[ P ， + K( U ％ S e 1 0 ) ] 卢 ( 4 ) 式 中 ： P ， —— 变 压 器 额 定 负 载 有 功 损 耗 ， 近 似 为 铜 损 ， k W ； f ／ ——短路电压百分值 ， ％； —— 变压器负载率 ， 取 =7 5 ％； 以 1 0 0 0 k V A的变 压器 为 例 ， 分别 计算 出 s 、 Js 。 、 S ， 、 5 I， 系列 变压 器 的能 耗 ， 如表 2所示 。 表 2 1 0 0 0 k V A 变 压 器 各 系 列 的 能 耗 对 比 型号 额定空载损耗／ k W 空载 电流／ ％ 额定负载损耗／ k W 短路 电压／ ％ 空载损 耗／ k W 负载损耗／ k W SI ] S 9 S 7 S J 1 ． 1 6 1 ． 7 2 1 ． 8 0 4 ． 9 0 O ． 3 5 1 ． 1 O 1 ． 4 0 5 0 O 1 O ． 3 l 0 ． O l 1 ． 6 1 5 ． O 4． 5 4 ． 5 4 ． 5 5． 5 1． 51 2． 8 2 3 ． 2 O 9 ． 9 0 8 ． 3 2 5 8 ． 1 6 0 9 ． 0 6 0 l 1 ． 5 3 O 2 ． 2 ． 3 变压器年运行损耗电量及 电费计算 变压 器运 行一 年所 耗 费 的电量 E： E ：P N t N+Pt t K 式 中： f ——变压器的年运行小时数 t Ⅳ=2 4 h ／d 3 6 5 d =8 7 6 0 h f —— 变压 器 的最 大负 荷年 运行 小 时数 t =2 4 h ／d35 0 d=8 40 0 h 变压器运行一年所需要的电费 C： C=E A( 元 ) 式 中 ： A —— 电 度 电 费 单 价 ， 公 司 现 行 平 均 电 价 0 ． 5 4 7元 ／ k W h ( 5 ) 1 0 0 0 k V A变压器各系列的年运行损耗量见表 3 所 示 。 2 ． 2 ． 4 电费 比较 由表 3可知 ： 同容量 的变压器运行一 年 ， S J 系列 的 要 比 S ， 系列 的 多损 耗 电量 7 9 4 4 0 k W h ， 多 支 出 电费 4 ． 3 4万元 ； 比 S 。 系列 的多损耗 电量9 0 3 2 8 ． 8 k W h ， 多支 ( 6 ) 3 8 有色冶金节能 口电 力节能 出电费 4 ． 9 4万元 ； 比 s 。 系列 的多损耗 电量 1 0 0 4 1 8 ． 4 k W h ， 多支出电费 5 ． 4 9万元 。 表 3 1 0 0 0 k V A 变 压 器 备 系列 年 运 行 损耗 电量及 电费计算 表 购买一 台 S 。 系列 1 0 k V、 1 0 0 0 k V A的变 压器所 需费用为1 1 万元 ， 用 s ． ． 系列的变压器去更新 同容量 s J 系列 的变 压器 ， 更新 投资 的回收年限 为 2年 。 公 司现 有 2 5台上 世 纪 五 、 六 十 年代 生 产 的 s J 系列高耗能变压器 ， 每台运行 2年多支出的电费 ， 即 可购 买 一 台 同容 量 的 s 系列 的 变 压 器 ； 也 可 以 说 2 5台变压 器 运行 一 年 多 支 出 的 电费 ， 可 购 买 1 2台 同容量的 s ， 系列的变压器。 与 此 同时 ， 用 s 系列 的变 压 器去更 新 同容量 S J 系 列 的变压 器 ， 每年 可节 约 电量 2 5 1 0 4 6 0 k W h ， 这 对节 约 电力 意 义重 大 。 针 对公 司 内五 、 六 十年代 生产 的 s J系列 高耗 能 变 压器 仍在 运行 这 种 现 状 ， 近 几 年 公 司加 快 了变 压 器的更新步伐 ， 分别在 2 0 0 9年及 2 0 1 1年完成变压 器 更新 各 l 0台 ， 预计 2 0 1 2年完 成 变压器 更新 8台 。 2 ． 3 改变运 行 方式 。 减 少空 载损耗 为 确保 电能 的安全 连续 供应 ， 长 期 以来 ， 公 司 的 电力变 压器 多 数 为二保 一 的运行 方 式 。即两 台变压 器 不是 各带 一半 负 荷 运 行 ； 就 是 一 台变 压 器 带 全部 负荷运行 、 另一 台变压器处于热备用状态 ， 一台故障 时 ， 迅 速投 入 另一 台 。但 从这 么 多年 的运 行 情 况来 看 ， 大多数都是备 而不用 ， 导致变压 器装机容 量过 大 ， 负荷 率较 低 。2 0 1 0年 ， 对 公 司 动 力 变 压 器 2 0 0 7 年 、 2 0 0 8年 及 2 0 0 9年 连 续 三年 的 负荷 率 进 行 了 统 计 ， 从统计结果来看 ， 有一部分 变压器 的负荷 率较 低 。平均负 荷率 低 于 1 0 ％ 的动 力变 压器 共计 2 8 台 ， 总容 量 2 5 0 7 5 k V A。 平 均 负 荷率 为 1 0 ％ ～ 2 5 ％ 之 间 的动力 变压 器共 计 1 6台 ， 总容 量 1 5 6 6 0 k V A。 对此采取优化措施 ， 根据生产情况将不需要备 用 的变 压器拆 除 ， 不需 要 热备 用 的改为 冷备 用 ， 减少 了变 压 器投运 台 数 以及空 载损 耗 。 2 ． 4 3 k V 配电站 系统 整合 公 司共 有 3 k V配 电站 3座 ， 其 中一 座 ( 1 配 电 站 ) 是 上世 纪 9 0年代 建 成 投 运 的 ， 另外 两个 配 电站 2 配 电站和 5 配 电站均是 建 厂初期 建成 投运 的。 2 配 电站共 有高 压开 关柜 3 2面 ， 目前 只 有 9面 开关柜 在运 行 ， 包括 2面 进 线 柜 、 2面分 段 柜 以 及 2 面 电压 互感 器柜 ， 为 3台 电机 提 供 电源 。 而为 之 供 电的是 2台容量 为 5 6 0 0 k V A 的变 压器 ， 根据 近 三 年的统 计 ， 这 2台变压 器 的 负荷 率 仅 为 5 ％ ， 人 马拉 小车 ， 浪 费严重 。 5 配 电站 2台 3 1 5 0 k V A主变 压器 变所 带设 备 为8 台水 泵 ， 7台空 压 机 及 两 路 7 0 0 I l l 制 氮 机 组 电 源 。 目前 7 0 0 m 制 氮 机组 已停 产 。2 0 0 6 --2 0 0 9年 ， 公 司高 精度 电子 铜 板 带建 成 投 产 ， 其 配 套 设 施 新 建 空压站 也 投 入 运 行 。 因此 现 在 正 常 时 5 配 电 站 只 有 4台水 泵、 2台空压机运行。经统计 ， 2台 3 1 5 0 k V A变压 器 的负荷率 仅 为2 0 ％ 。 为此 ， 对 5 配 电 站 和 2 配 电 站 采 用 优 化 措 施 为 ： 2 配 电站 2台 5 6 0 0 k V A变压 器停 运 ， 其 负荷 改 由 5 配 电站 2台 3 1 5 0 k V A变压 器供 电。 2 ． 5 1 0 k V 2 主 配 电站退 出运行 2 主配 电站 原 设 计 是 为 煤 气 车 间 、 锅 炉 车 问 以 及框架车间配电所等提供 电源。上世纪 9 0年代未 ， 根据 国家拆 除 中小 型 燃 煤 锅 炉 的 通 知 ， 煤 气 车 间 以 及锅 炉 车间相 继停 产 、 设 备停 运拆 除 ， 该 配 电站仅 为 框架 车 间供 电。而保 证其 正 常运行 的公用设 备 如 蓄 电池屏 、 交直流屏 、 信号屏和控制屏等均维 持运行 ， 增加 了能 耗和 运 行 维 护 成本 。为 此 ， 将 框 架 车 问 配 电所 的 两路 电源 改 由 l 0 k V 1 主配 电站 供 电 ， 从 而 2 主配退 出运 行 。 3 结束语 公 司淘 汰高 耗能 变压 器工 作 自 2 0 0 8年开 始 ， 到 2 0 1 1年 已完 成 变 压 器 更 新 2 0 台 ； 水 泵 采 用 变 频 调 速 后 ， 表计 指示 电流 由原来 的 4 8 A左右 降低 至 2 9～ 3 8 A， 电机功 率 因数 由原来 的 0 ． 8左右 提高 到 0 ． 9 7 。 电力系统进行优化后不仅节电效果显著 ， 同时也提 高 了运 行 的可靠 性 ， 为 电能 的 安 全 优 质供 应 提 供 了 保 障 。 [ 参 考文 献 ] [ 1 ] 万 吉 昆 ， 白勇 ， 张述 志 ， 等．钢 铁 企 业 电力 设 计 手册 [ M] ． 北京 ： 冶金_ l二 、 出版社 ， 1 9 9 6 ．