制盐企业的节电原理分析

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本文作者：龚炳林、张国华 单位：中盐江西兰太化工有限公司、中盐新干盐化有限公司

真空制盐企业是当今机械化、自动化程度比较高的制盐生产厂家，也是电力消耗较大的工业企业。由于它是热电联产，自备了汽轮发电机组，并处于系统中连续运行，如何通过精心调整，合理操作以实现制盐生产全过程的最佳运行，尽可能地提高发电出力，同时采用切实可行的技术措施来实现，节约用电是制盐企业降低生产成本、提高经济效益重要途径。

1降低线路损耗

电能是通过电气线路来传输的，线路可由不同类型的金属导线构成。导线是导体，但其本身又具有一定的阻抗，必然带来电能损耗的问题。其线路损耗功率为△P=I2R，式中的R为线路电阻。

由导线电阻计算公式R=ρ•L/S可知，不同类型的材料由于其电阻率ρ的数值不同，其电阻大小也就不相同。工厂常用材料中，铜的ρ值小于铝的ρ值，应提倡以铜替代铝，尽可能地采用铜材料来做导线;其次，电阻的大小与导线长度L成正比，说明电源点与负载的距离要合理选择、布局，尽量缩短线路长度;电阻与导线截面积S成反比，说明对某一固定负载应尽量采用截面积大的导线，或将原有小截面的导线改为大截面的导线，这样可以减小它的电阻值。

线路损耗功率△P=I2R还说明，损耗功率△P与线路电流I的平方成正比，而对三相交流线路而言，P槡=3VIcosφ，其中P为线路输送的总功率，V为三相线路的线电压，I为每相的电流，cosφ为功率因数。在P一定时，V越大，cos值越大，则I越小，也即△P=I2R也就越小。因此，提高线路电压和cosφ是行之有效的。在选择电压等级时，尽量选用较高一点的，并且千方百计将cosφ提高。因此降低线路损耗的有效措施是选用电阻率小的材料、增大材料截面积、提高线路电压和提高用电系统的功率因数。

2合理选用变压器

变压器是提供工厂电源的电气设备，它在进行电能转换的同时，自身也消耗了许多电能，因此，如何选择和使用变压器也是节电的重要方面，变压器的电能损失计算公式为:有功损耗△WP=P0T•t+△PCU．N．T(Se/SNT)•τ无功损耗△WQ=△QOT•t+△QN．T(Se/SNT)•τ式中:t———变压器投入运行时间，h;τ———最大负荷损耗小时数，h;△P0T———变压器空载有功功率损失，kW;△PCU．N．T———变压器在额定负载下的铜耗，kW;△QOT———变压器空载无功功率损失，kvar;△QN．T———变压器在额定负载下，无功功率损失增量，kvar△P0T、△PCU．N．T、△QOT、△QN．T可根据有关数据计算，也可以由产品目录中的有关技术数据查出。

由此可知，变压器能量损失不可忽略，在选用变压器时应采用低损耗的节能变压器，用新型(如目前的S9系列)节能变压器逐步取代高能耗的老式变压器;变压器的容量选择对能耗关系极大，对某一负载而言，不同容量的变压器给它供电，则负载率将发生变化，变压器容量、负载率、功率因数和运行效率之间有着密切的关系。由理论分析和实际运行计算可知，当负载率为0．56和0．42时效率最高。另一方面又要考虑电费因素的影响，还应依据目前供电部门电费收取标准中按变压器额定容量计算基本电费的因素来全面考虑选择变压器容量。这样才能使变压器运行在高效率范围内，从而达到节能目的。

3科学推广无功补偿

交流电路中的无功功率虽不直接做有用功，但它是电磁能量交换中必不可少的因素，电力系统中的大多数负载是感应电动机，属电感性负载，它的功率因数较低，这样就使得电力系统中必须有足够的无功来进行电磁转换，过大的无功造成了电路中的总电流增大，使线路损失(△P=I2R)增大，并且也降低了电气设备的利用率。为了提高电力系统的功率因数，必须进行无功补偿，以减少线路损失，提高设备利用率。制盐企业通常采用并联电容器和调节发电机励磁来进行无功补偿，收效较大。现以单相电路为例来进行分析，如图1、图2所示。图1中的R1、X1为线路的电阻和电抗，R、X为负载的电阻、电抗。

在补偿前，即未并联电容C:电流I=VR1+R+X1+X，也就是I1，它滞后电压V一个角度;补偿后I•=I•1+I•C，其中IC为电容电流，超前电压V一个90°角，由矢量合成，得到的I显然比I1小，由此推导得出，补偿电容C的计算公式:C=P2×3．14fV2(tgφ1－tgφ)式中:P———电流向负载供给的有功功率，W;V———系统电压，V;f———系统频率，Hz;φ1———补偿前负载的阻抗角;φ———补偿后系统的阻抗角;C———补偿电容，μF。制盐企业中，还可用调节汽轮发电机励磁电流来改变输出的无功功率以适应负载需要，这时计算补偿的无功出力QC为:QC=P(tgφ1－tgφ)也就是把功率因数从cosφ1提高到cosφ所需要的无功功率。由于并联电容和采用调节发电机的无功输出能减小系统中的总电流，也就能减少线路的有功、无功电耗，又能减少变压器的损耗，提高其利用率，因此无功补偿是重要的电气节能措施。

实际应用中，应根据各企业的线路布局，合理地选择调节发电机励磁与并联电容(可根据实际情况科学地分析计算，灵活地选择高、低压集中补偿、低压分组补偿、低压就地补偿等合理的补偿方式)，并且采用自动补偿与手动补偿相结合的办法，做到恰到好处，实现企业的最佳功率因数运行，最大限度地降低有功和无功电力损耗。

4采用变频调速装置

在制盐企业，普遍采用泵与风机来确保生产工艺过程的正常进行，这些设备的运行参数必须根据生产工艺的要求，随时进行调节。泵与风机的调节以往是采用传统的节流方法来进行，就是通过改变设在泵(或风机)出口(或进口)管路上的节流调节阀门(或风门)的开度来实现的。以泵为例，其调节特性曲线如图3所示。若泵的工作点选在A点时的效率最高，流量Q为100%额定值，压力为H1，此时的轴功率P1与面积AH1OQ1成正比;当流量由Q1减小到Q2时，必须通过减小阀门开度，增加管网阻力的方法来实现。这时管网特性曲线由R1变成R2，泵的工作点由A点变为B点，这时压力上升为H2，轴功率P2与面积BH2OQ2成正比。经理论推导和实践验证，这种调节时泵的消耗功率(近似为轴功率，下同):PA=PN［0．4+0．6(Q/QN)］式中:PN———泵在额定工效时的消耗功率;QN———泵的额定流量;Q———泵的实际流量。假设:Q/QN=50%，则PA=0．7PN。

若改掉传统的阀门节流调节，而采用调节泵的转速来进行，情况就不一样了，如图4所示。若Q仍为100%额定值，当流量由Q1减小到Q3时，采用将泵的转速由n1降低到n2［根据感应电动机的转速公式n=60f(1－s)/P可知，改变频率f(即变频)，是最常用最有效的调速方法］，此时泵的出口阀门全开(即未改变其开度)，也就是未增加管网阻力，管网特性曲线R1维持不变，结果泵的工作点由A点变到C点，压力下降至H3，轴功率P3与面积CH3OQ3成正比，它比原轴功率P1(与面积AH1OQ1成正比)明显减小。据理论推导，转速由n1变为n2时，流量Q、扬程(压力)H、泵的消耗功率即轴功率P的变化关系式为:Q1/Q2=n1/n2，H1/H2=(n1/n2)2，P1/P2=(n1/n2)3，即PC=PN(Q1/Q2)3，其中PC是采用变频调速方法后，泵的消耗功率。

因此采用变频调速方法后，节约的功率为△P=PA－PC，将PA、PC代入式中得:P=PN［0．4+0．6(Q/QN)－(Q/QN)3］，同样假设Q/QN=50%，则PC=0．125PN，则△P=PN［0．4+0．6(Q/QN)－(Q/Q3)3］=0．575PN，如图5所示的阴影部分的面积即为节电功率△P部分。显然，这种变频调速方法的节能效果相当明显。在制盐企业中，变频调速装置被广泛应用于锅炉(或制盐)送、引风机、循环水泵、给水泵、软化水泵、给煤机、工业清水泵、制盐进料泵等设备的调节，并适当与自动化仪表及微机相结合，组成DCS集散控制系统，实现各种参数的微机PID自动调节，效果较好。

5使用智能通用节电器

近年来，一种适用于工矿企业所有电源系统的智能型通用节电装置正在逐步引入制盐企业。这种节电器采用高科技的瞬流抑制专用快速开关元件组合而成，可有效地过滤电网电路中的瞬流、浪涌和谐波成份，保护末端设备不受其影响和损坏;并能减少由此而引起的用电设备的能耗增加，提高整个系统的用电效率，具有节电和保护的双重功能。它的主要节电方式为:

(1)缓冲节电。由于瞬变会导致电能表对一个系统总的用电量的过度计量，其过度的最高幅度可达30%。这种节电器的应用，从两个方面切断瞬变对电能表的阶跃式冲击:一是堵截外部的来路，二是切断内部的回路。它能使电能表的计量复归正常，用多少电，就计量多少。

(2)是降温节电。由于瞬变的影响，铁芯材料过度的磁滞会使电流损失增加，这就引起感性负载，尤其是电气设备的温度上升，用电效率下降，并且还将影响这些设备的使用寿命，增加维修成本。采用这种节电器能使三相火线之间、火线与零线的电压抑制在标准的范围内，有效地控制了过电压，保护了用电设备的安全。

(3)清洁节电。由于瞬变会使开关装置及其接触性器件上造成氧化性碳膜层。如在电机的接触器上，每1Ω阻抗的氧化性碳膜层的生成和存在，可使电机的效率损失13%;一般用电设备的瞬变发生的频次为40000次/h，瞬变的持续时间为100μs，而这将导致8．05%的线路电耗的增加。这种节电器，会使接触器及电路中的氧化性碳膜层不再生成，接触器触头表面已形成的氧化性碳膜层逐步自行剥落，舒缓阻滞，从而有效提高系统的用电效率。

6改交流接触器为无声运行

交流接触器是工厂电力拖动和自动控制系统中应用最普遍的电器，其线圈内通以交流电，不可避免地要产生交流噪声，并且消耗电能。改交流接触器为直流无声运行方案，既能消除噪音，有利于现场工人的身心健康，又能节约能源消耗，一举两得。

以常规的直接启动电路为例，如图6所示为最基本的直接启动电路，它启动运行后，接触器KM线圈一直是承受全交流电压，耗电较大。若设计一种电路，使接触器线圈在启动瞬间承受100%的全交流电压，但在启动完成后，正常运行时，使线圈承受较低的直流电压维持可靠吸合，这样比承受100%交流电压时就要减少较多的耗电。图7是自行设计的一种典型的无声运行电路，电路中增加的二极管D1，D2和电容C即能实现这种功能，使交流接触器全压启动，低压直流无声运行。经实践证明，它能节能90%以上。如CJ10—60的交流接触器原来耗“有功”260W、“无功”100W，经改造后，仅耗“有功”8W，“无功”不但不消耗，还可以向外输出450W，仅一台这样的接触器全年可节电2200kW•h，且延长了设备的使用寿命，而改造费用仅200元/台，效益相当可观。

7消除三相负载不平衡

在低压供电系统中，普遍采用三相四线制供电，除车间动力负载为三相电动机外，还有一些如照明、电热、电焊、电解、单相机车等单相负载，如果它们以不平衡的方式接入三相四线系统中，势必会造成系统三相电压不平衡，并使中性线电流过大，这样就使得某些相的设备工作不正常，利用率不高且损耗增大，自备的汽轮发电机的发电出力也因为三相不平衡而有所降低;中性线电流过大，使配电变压器运行温度升高，长期运行可能使绝缘材料受损，严重时甚至烧毁变压器;另外，由于中性线电流的过大，可能使中性线本身受损或接头接触不良，产生断线，使中性点漂移，造成三相电压极不平衡的恶性循环，威胁单相设备的安全运行。因此调整三相负荷，实现平衡运行具有十分重要的意义。

8尽可能采用直接启动

制盐企业中使用的设备拖动电机的控制方式有直接启动和减压启动，直接启动具有操作简单、维护方便、启动转矩大、造价低等优点;减压启动虽能有效地减少启动电流，某种程度上对电机有利，但由于它启动时本身的减压线圈接在线路中，要消耗一定的电能，并且由于它的线路复杂、元器件多，从而造成故障机会多，常由于时间控制机构动作失灵而造成启动后不能转入运行，使减压线圈不能及时退出，长期运行而烧毁，不但损坏设备而且影响生产酿成更大的损失。因此，对制盐生产中各设备的启动方式，要因地制宜合理进行选择，在变压器容量允许时，对160kW以下电机在启动负载不很重的情况下，最好是采用直接启动方式，这样能较好地实现节能降耗。

9结语

节能是企业永恒的主题。如何通过加强管理和技术创新实现节能降耗，降低生产成本，提高经济效益是每个企业都在积极探索的重大课题。以上电气节能方法证据确凿，逻辑性强，且历经制盐企业多年的实践证明切实可行，节电效果显著，是目前电气节能的最佳方案。随着知识经济和全球经济一体化进程的推进，企业的进一步技术创新，必将引进和推出更多更好的电气节能新方法，制盐企业的经济效益将越来越好。