大功率电力设备节能设计与实现

（国网山东节能服务有限公司,250002）

大功率电力设备节能设计与实现

辛卫东,卞 峰,耿延庆,周 琪,孙宏志,刘丽君

（国网山东节能服务有限公司,250002）

随着科技的不断发展，电力设备也逐渐向自动化、节能化、信息化以及智能化方向发展，这样一来也就对电气配电系统设计有了更多的要求，为了能够提升大功率电力设备工作效率就必须降低损耗，提高供电质量。因此，本文对提高大功率电力设备的节能效果进行深入分析。

大功率电力设备；节能；设计

0 引言

电网运营企业作为能源资源优化管理平台，是关系国家能源安全和国民经济发展得国有重要骨干单位，同时，也是对目前上下游企业节能减排，具有一定引导作用的特殊企业。在节能减排工作中，有着义不容辞的责任。作为供电运营企业，贯彻落实节约发展、科学发展的工作思路，完善和优化电网结构，充分提高电网利用效率与输电能力，降低输配电对设备损耗影响，扎实做好节能降耗工作，是义不容辞的社会责任。针对电力系统所使用的大功率电力设备进行节能降耗潜力评估，研究电力系统中大功率电力设备的节能降损评估方法，实现电网能效管理与测试，为电力系统节能降耗规划与技术革新提供了工程依据和理论基础，现实意义重大。

1 大功率电力设备节能设计

能源信息管理系统在发达国家的运用，兴起于上世纪七十年代，经过几十年得发展，已经达到较高水平。能源信息管理系统是上世纪90年代中期发展起来的系统节能技术。当前能源管理系统主要运用于电力、化工、钢铁等有大量能源消耗得流程化企业，它利用生产过程网络通信技术、控制技术、优化技术与理论，对企业能源物资情况进行全面监控，并为能源调度提供有力依据，通过系统化管理，从而达到节约能源的目的。

在我国，电力系统节能降损评估还没有形成规范、完整的测试标准。以电厂变频装置设备为例，变频装置设备得测试策略包括：功率因数测试、效率测试、静态精度测试、谐波测试、启动性能测试、输出电压稳定性测试、噪音测试、节电效果测试以及电动机振动测试等。电网企业除重视节能效果外，还及其注重变频装置设备得运行效率，因为，使用变频设备装置的最终目的是节能节电，如果变频装置设备本身消耗功率过大，使用变频装置设备就失去了最初意义，通过对当前变频装置效率测试，发现如下问题：绝大部分变频装置不带专用功率测量装置，到达现场后临时加装CT、PT，获取信号也有难度，因为，变频装置设备得输入输出信号距离可能较远，用采样方式做到同时读数难度较大。功率仪表受到频率范围限制，因其电压、电流信号为变频信号与变幅值。变频装置设备损耗较小，输入输出功率必须做到精确测量，所以，在进行效率测试过程中，变频装置设备得输入输出必须做到同时读数。根据研究得知，人工读数存在较大误差，无法满足效率和精度要求。在实际测试过程中，用该检测方法得出的测试结果，往往会出现效率 ＞1的情况，变频装置前级变压器多数为多抽头，不好装设CT、PT，不容易获取电压信号与电流信号，无法精确测试变压器以及变频器的效率参数，只能测试变频装置设备的整体效率，以此作为测试结果。下图为变频装置设备测试流程图，见图-1

以往的电力系统电气设备的节能评估和效率测试，大多为型式试验或考核试验项目，相关标准大多是试验室条件下的测试方法，并且是在工频条件下的试验和评价。以电厂高压变频器为例，正在制定的《变频器供电三相笼型感应电动机试验方法》中，对变频器供电的电动机试验方法做了详细规定，但由于试验方法是基于实验室条件下的，需在电机和负载间增加转矩测量传感器，无法在在现场予以实施；此外，该标准的主要目的是考核电动机在变频供电下的参数和技术性能，判断电机的制造可靠性，而在现场需要考核的是调速装置、电动机及风机（水泵）组成的电机系统整体性能，特别是要对电机系统是否经济运行进行评估。就目前的现场测试而言，如何准确测量电力系统各种电气设备在不同运行工况下的能耗和效率，既无测试方法参考，也无成熟经验借鉴，因此,电力系统现场节能降损评估及能效测试方法的可行性研究将具有一定的超前性和创新性。

在发达国家，很早就树立起节能降耗的良好观念，美国福特公司为使其公司产品在市场上具有更大竞争力，在欧洲各分厂中都成立了相应的能源管理体系，采用能源审计与目标管理等办法，从而促进能源的合理利用。美国RTI钢铁公司于1999年时，就安装使用一套新的电力需求管理系统，通过对电力资源的使用现状进行优化设计，降低能源和需求成本。提供快速得投资回报，系统在投入不到半年时间，就已经收回建设成本。此外，西班牙AKRONT铝轮箍厂与SIDASA金属表面处理厂、德国斯派克分析仪器公司（SPECTRO）、印度IPCL Maharashtra汽油裂解厂、法国第二大制药厂等企业，都在积极的采用能源能耗管理平台，从而提高企业的精细化管理水平，向能源管理要效益。

现今，我国走在能源管理建设前列的是宝山钢铁集团。该企业在一期工程中从日本引进了第一代集中式宝钢能源中心，三期工程能源中心则采用了更为先进的分布式计算机信息系统。随后，相继有多家钢铁企业，例如：梅钢、山钢、鞍钢以及武钢等，也研制开发出具有中国特色的能源管理系统。随着企业对信息化能源管理的重视与计算机信息技术的普及，能源管理逐渐向电力、纺织以及造纸等行业扩展，使能源管理的概念日益深入人心 。

2 变频设备的节能原理

变频调速是通过改变转子的供电来改变转速，由于电压与频率成正比例关系变化，因此可以通过“交流—直流—交流”的逆变过程使电机频率发生变化，从而实现变频控制。

变频调速节能的概念是相对于阀门调节来说的，将阀门全开，通过控制电机的转速来控制流量Q。由前面的出口节流我们已经知道，关小阀门后增加了局部阻力，所以扬程损失较大。负载电力设备特性变化，见图-2，而采用采用变频调速技术可节约大量电能，并且不会损失太多扬程，从而降低了损耗，得以实现节能的最终目的。

图-2负载电力设备特性变化

图-1 变频装置设备测试流程图

变频控制主要有单回路控制和双回路控制这两种方式，两者比较之下，单回路控制较为简单，只需要将原来送往控制阀的信号转送到变频器就可以了，原来的控制阀、前后手阀和副线阀依旧保持全开，由变频器控制电机的转速来调节流量。双回路控制电路，一路是主控制，以控制电路控实现制流量，另一路是副控制，主要是起到循环、分流、保护机泵的作用。

研制与电力系统现场电气设备相适应的智能采集终端，通过网络实时采集、统计电力系统相关设备的能源消耗状况，经过对比分析相关数据，通过科学调配归类，为电力企业提供科学的能源分配、管理、调度等合理方案，以降低设备得运营成本，进而降低企业得整体能耗，提高电能的使用效率，节约生产能源，降低生产成本。但同时我们需要注意以下几点：

（1）循环周期流量变化系数小于80%时认为节能的潜力较大，而大于90%时就不宜采用此法了。

（2）当设计功率与实际功率相差较大时，要选用小于电机功率的变频器。

（3）系统需要设置工频和变频手动切换，以保证在变频出现故障的时候可以手动切换到工频，以保障机泵可以保持运行畅通顺利。

（4）由于变频器的本身的调速范围比较广，因而机泵在长期低转速的条件下运行的话，对变频器将造成不利影响。

（5）变频器提高泵的转速时，不应超过泵额定转速的105%。

（6）一台变频器对应一个泵时，应该考虑变频出现故障时变频器能够手动切换至工频继续保持运行；当一台变频器对应两台泵时，则要保证能够相互之间进行切换以保证继续运行。

（7）现场要设置开始、停止以及紧急停机等按钮，控制室内则要显示机组的运行状态，以方便现场即时操作及管理。

（8）在变频调速系统内设置报警功能，并对运行参数操作情况以及事故等做详细的记录，以便在事故发生后可以迅速的追寻出事故原因并进行有效的操作和保障。

变频调速操作简单快捷，可以实现手动或自动控制，甚至还还可以实现遥感控制。电机可以直接低速启动，这种方式对电网的冲击小。它还具有过电压、欠电压、断电、过电流、短路等多项保护功能，相比之下更加安全有效。当降低设备转速后，机泵的噪声也会相应的比较小，振动和摩擦也相应减小，延长了设备的使用寿命 。

研制开发大功率电力设备能效测试及管理系统，实现对电力系统中各级电气设备的远程能耗（电、水、气、冷、热量的分类计量以及电能的分项计量）实时动态监测、能耗管理及能效分析工作，实现电力系统实时能源管理并降低能耗。通过综合分析电力系统各级电气设备在不同运行工况下及节能改造前后的实时在线监测数据，分析电力设备节能改造对运行工况、电源质量和能效的影响，对设备改造前后的节能效果进行定量和定性分析，制定出适用于现场运行实际的电力设备节能降损优化设计技术规范及运行导则。从而提高现有电力系统的运行效率，真正达到节能增效的目的。

3 结束语

综上所述，本文针对电力系统节能技术应用现状，借鉴先进国家成熟经验，开展电力系统大功率电力设备节能技术应用研究，开展电力系统节能降损评估方法的研究，进行能效测试及管理系统的开发，形成电力系统大功率电力设备的节能降损优化设计技术规范及运行导则，对改善电力系统功率匹配状况和系统调节方式，提高系统运行控制水平和系统效率十分必要，项目研究后形成的成果具有重要的推广和应用价值。

大功率电力设备在进行电力传输的过程中，会生产各种形式的电能损耗，这对于人们生活以及工业生产都是非常不利的，为了使供配电系统在安全、稳定、经济合理的运行，就必须采取科学有效的技术提高大功率电力设备的工作效率，更好地满足生产和生活的需求。

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[5]韩继斋.电力设备状态检修技术探讨[J].现代企业教育，2011-12-08

辛卫东:男，国网山东节能服务有限公司总经理，本科学士，高级工程师，长期从事电力生产管理工作。

卞峰，男，国网山东节能服务有限公司副总经理，本科学士，高级工程师，长期从事电力生产管理工作。

耿延庆：男，国网山东节能服务有限公司技术工程部专责，长期从事电力生产技术工作。

周琪:男，国网山东节能服务有限公司技术工程部专责，长期从事电力生产技术工作。

孙宏志:男,1975年9月出生，本科,主要从事变电检修、物资管理等工作。

刘丽君：女，1985年2月，中国石油大学，本科，主要从事营销计量管理工作。

Design and implementation of energy-saving electric power equipment

Xin Weidong,Bian Feng,Geng Yanqing,Zhou Qi,Sun Hongzhi,Liu Lijun
(StateGridEnergy Services Ltd.Shandong,250002)

With the development of science and technology,the power equipment has gradually to automation, energy,information and intelligent direction,thus the design of electrical distribution systems have more requirements,in order to enhance the efficiency of high power devices will have to reduce consumption, improve the quality of power supply.Therefore,this article carries on the thorough analysis to improve the effect of energy saving of large power equipment.

High power electric equipment;energy conservation;design