关于钢铁企业节电措施的探讨
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李红星 娄渊桥 李泽光1由 分享
摘要：根据钢铁企业的供用电特点，结合节电技术，就企业如何节能节电进行分析探讨，提出从供电层和用电层、提高电气系统的功率因数和谐波处理、电能监测与管理层节电等方面采取的节电措施。
关键词：钢铁企业；节电措施；供电层；用电层
中图分类号：F426.31 F206文献标识码：A文章编号：1672－4801(2010)04－066－04
能源是人类赖以生存和活动的物质基础，它直接关系到国计民生问题。当前世界金融危机的全球性蔓延，部分行业经济效益出现大幅度的下滑，甚至亏损。所以，积极推进科学发展，全力做好节能减排工作是为企业生产获取利润的最有效途径。
1钢铁行业节能形势
我国钢铁企业在整合和优化的过程中，技术装配和自动化程度已有相当的水平。但是目前钢铁企业仍是生产链中的耗能大户，它是一个由冷到热，再由热到冷的工艺生产线企业，如何利用中间的热能变化，进行能源的再利用是一个企业可持续发展的长期规划。焦化干熄焦发电工程、烧结余热发电、煤气余热回收、锅炉蒸汽制冷等节能技术，逐渐在各钢铁企业得到广泛的应用。
但是，大项目新技术应用的节电技术，这只是实现节能目标的第一层次。而全面地对企业现有配电网及其设备采取整体节电措施，这是实现节能目标的第二层次。所以，钢铁企业目前在节电增效这一环节上，还有巨大的潜力可挖。本文结合实际和查阅相关资料，总结出几点钢铁企业节电思考，供共同分析探讨，为企业节能增效出一点微薄之力。
2钢铁企业部分节电措施
电气设备是以满足生产工艺为原则，新上设备工艺的自身节能是大的前提。作为电气设备来说，以电压电流的形式做功，将电能转换为生产需要的机械能、光能等形式。减少无谓的电能消耗，一是提高电气设备的效率节电，二是提高电气系统的功率因数和谐波处理节电，三是电能监测与管理层节电，四是绿色能源的利用。
2.1提高电气设备的效率
提高电气设备的效率，主要是减少空载损耗、负载损耗和热损耗。可从供电层和用电层分别考虑。
2.1.1供电设备层的节电措施
配电网重构技术，调整配电网结构。改变配电网络拓扑结构来提高可靠性，降低线损，均衡负荷和改善供电电压质量的技术称为配电网重构技术。配电网重构技术是降低配电网线损的重要途径，是优化配电系统技术、提高配电系统安全性和经济性的重要手段，投资少效益高。配电网重构包括正常运行时的网络重构和故障状态下的网络重构，具体如表1所示。
表1配电网重构
重构时的运行状态重构目标约束条件重构计算正常降低线损、平衡负荷、提高供电质量数学优化算法、最优流模式算法、支路交换法、人工智能算法故障隔离故障源，恢复非故障源区域供电潮流方程，支路电流和节电电压，网络拓扑(辐射状)，开关操作次数，继电保护可靠性故障诊断算法在配电网重构时，把线损最小作为目标函数，把负载均衡、提高供电质量、安全可靠运行等目标作为约束条件。通过降维处理，把多目标非线性混合优化问题简化为单一目标的非线性混合优化问题。可以采取以下措施：(1)合理调整配电线路的联络方式。配电线路应该采取最佳运行方式使其损耗达到最小，如通过互为备用线路、手接手线路、环网线路、并联线路、双回线路等是可以达到的。
(2)环形供电网络，按经济功率的分布选择网络的断开点。对于环形的供电网络，正常需要运机电研究及设计制造《机电技术》2010年第4期67行断开，应根据两侧压降基本相等的原则，找到一个经济功率的断开点，使线路的电能损耗最小。
(3)推广带电作业，减少线路停电时间。对双回线路供电的网络，双回线路并列是最经济的，如因检修工作，其中一条线路停电，则由于负荷电流全部通过另一条运行的线路，会使线损大增加，因此要尽量利用带电作业，减少双回线的停电次数与时间。
(4)调整电网的运行电压。根据各工艺线不同的负荷特点，调整供电网的运行电压，钢铁行业主要用电设备的静态特性参数及U/U0由1.05降到1.0时，P/P0和Q/Q0变化如下表2所示。
表2钢铁行业主要用电设备的静态特性参数设备工业电机泵、风机和其他电机电弧炉中央空调室用空调炼炉鼓风机工业电视荧光灯PV 0.05 0.08 2.3 0.2 0.5 0.08 2.0 1.0QV 0.6 1.6 4.6 2.2 2.5 1.6 5.2 3.0U/U0＝1.05 1.002 1.004 1.119 1.01 1.025 1.004 1.103 1.050P/P0U/U0＝1.0 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000U/U0＝1.05 1.030 1.081 1.252 1.113 1.130 1.081 1.289 1.158Q/Q0U/U0＝1.0 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000注：P有功功率，Q无功功率降低运行电压，有功功率变化较小，但无功变化较大。对于钢铁工业负荷平均来说，当供电电压大于额定电压时，电压降低5％，无功功率可减少8％左右，设备有功功率减小很少，降至额定功率，不会影响生产，但无功电流产生的线路损耗减少了，同时也减少了无功补偿设备的投入。
变压器改造，通过合理分配变压器负载，使变压器运行效率的提高带来节电效益。可以从根本上改善目前企业配电网经济运行的状况，减小用电协议容量，提高配电网的电磁兼容水平和供电质量。
(1)合理选择变压器容量和台数。选择变压器容量和台数时，应根据负荷情况，综合考虑投资和年运行费用，对负荷进行合理分配，选取容量与电力负荷相适应的变压器，使其工作在高效区内。当负荷率低于30%时，应予调整或更换。当负荷率超过80%并通过计算不利于经济运行时，可放大一级容量选择变压器。对车间内停产后仍不能停电的负荷，宜设置专用变压器。大型厂房及非三班制车间宜设置照明专用变压器。
(2)选用节能型变压器，更换或改造高能耗变压器。新建或扩建工程应选用SL7、SLZ7、S9等节能变压器。与老产品比，SL7、SLZ7无励磁调压变压器的空载损失和短路损失，10kV系列分别降低41.5%和13.93%；35kV系列降低38.33%和16.22%。S9系列与SL7系列比，其空载和短路损耗又分别降低5.9%和23.33%，平均每千伏安装SL7系列年节电9kW·h。企业为了节省投资，也可对原有SJ1、SL1高能耗变压器进行技术改造，但改造后应达到国家对配电变压器能耗标准的要求，即：空载损耗降低45%～65%，空载电流降低70%，短路损耗达到SL7标准，阻抗电压4%～4.9%。
(3)加强运行管理，实现变压器经济运行。在企业负荷变化情况下，如投运变压器台数和容量不变，其负荷率和运行效率都将发生变化，使其超出经济运行范围，因此要及时投入或切除部分变压器，防止变压器轻载和空载运行。长期轻载(负荷率30%以下)变压器，必要时按实际负荷换小容量变压器。
2.1.2用电设备层的节电措施
用电设备层的节电措施主要以提高电能转化效率为主要目的。电能转化为机械能的效率涉及四个环节：(1)电动机效率；(2)生产设备的效率；
(3)传动效率；(4)阀门或档风板开度。以下就这四个方面提出一些具体的节电措施。
2.1.2.1电动机的节电措施
电动机的经济运行包括如下几个方面：(1)尽可能让电动机运行在经济运行区。电动机的经济运行区，一般为负荷率β在70%≤β≤100%范围内，在这一负荷率范围内运行，电动机《机电技术》2010年第4期机电研究及设计制造68综合运行效率最高，也最节电。β＜40%时，效率会大大下降(η＜60%)，功率因数＜0.5。
(2)电动机轻重载采用Y－△自动切换。电动机在间歇、轻负载(如负荷小于额定功率的40%以下)运行时，为了提高功率因数和降低损耗，可以将其定子绕组接线由△改为Y接线运行。此时绕组上的电压降至1/3额定电压。这样做虽然电动机的功率仅为额定功率的1/3,但轻载时电动机能带得动。而这时电动机的负荷率提高了，铁损降低了2/3,其功率因数和定子电流都明显改善，节电效果显著。
(3)提高电动机与被拖动机械连接效率。采用正确的拖动(传送)机械，减少摩擦力和传动阻力，也是电动机节电的一种措施。
(4)改善环境条件，加强通风，降低电动机运行温度。电动机绕组的电阻是随温度升高而增大的，电动机运行温度越高，其有功功率损耗也越大。
2.1.2.2泵与风机的节电措施
泵与风机的有效调节,选用高效设备并不等于就是节能，还要看实际运行工况是否处在设备性能曲线的最高效率点附近，主要决定于以下因素：(1)工作流量的变化规律。工作流量在额定流量的90%以上变化时，一般不采用变速调节；工作流量在额定流量的85%以上变化时,需采用高效变速调节，如变频或串级调速；最小工作流量在额定流量的50%～70%时，可采用较变频调速更加经济、可靠的高频斩波串级调速装置，考虑初期投资可采用“一拖多”的方式，如图1所示。
图1“一拖多”电原理图
在电机起动和停止时将变频器逐台投入，完成后变频器切出采用工频运行。在调速过程中可以根据工况选择电机的投入和切出。
(2)管路性能曲线的静扬程(静压)占全扬程(全压)的比例。当静扬程所占比例很大时，即使泵系统的工作流量变化很大，但由于变速装置的转速变化范围并不大，节能效果也不大。
(3)泵或风机容量(轴功率)的大小。大功率的泵与风机由于每年节约电费数量大，适宜采用初投资很高的高效调速装置。
2.2提高电气系统的功率因数和谐波处理(1)在电动机及其控制方面，积极推广变频器、软启动开关等新型节能产品。大力推广应用以三电平为代表的各种完美正弦波大容量高压变频器。高压电动机采用变频调速控制技术既解决了电机软启动和实现无级调速、满足生产工艺需要的问题，又可以大幅节约能源，降低生产成本。
(2)在各种交流低压电机的调速系统中变频调速系统是性能较好、效率较高的，是目前一些机械调速方式难以达到的。一台变频器可以驱动多台电机同时调速运行。“交-直-交”通用变频器由于前级整流和滤波的隔离作用，电机的感性无功电流不会传递到电网中，因而间接起到了无功补偿的作用，改善了功率因数，但其自身整流器和逆变器产生的谐波，也不可忽视。
(3)由于感性负载产生的无功，采取无功补偿和谐波滤波装置。对于老的电机设备推广应用电动机无功末端就地补偿器，补偿后，电流可以下降10%～20%、无功减少40%～80%、功率因数提高到92%～97%，平均节电在20%左右。该方式投资少见效快，综合效益较多。
2.3电能监测与管理层节电
2.3.1建立配电网调度中心建立配电网调度中心，在统一的支撑平台上在线组态，根据用户的实际需求，可以灵活实现调度自动化、馈线自动化、电能量计费、电网分析软件、调度管理功能、地理信息系统、配网管理功能等众多应用功能，具有良好的系统应用软件和硬件的扩充性，能够很好满足电力系统和大型工矿企业的调度需求。
2.3.2节电考核管理
(1)把国内外同行业、同规模、同类型企业的最低电耗指标作为参照体系。
(2)以细化分解能耗考核指标为基础，就每一项细化指标，制订出相应的保证措施，对各项措施进展情况分条建帐进行动态的跟踪考核。
(3)实现全流程损失调查，发现问题，找到潜在的漏洞，从而更加准确细致地掌握了全过程的电损耗情况。
(4)针对存在的突出问题，提出了一系列整改措施，以项目承包的形式落实到各单位，明确了整改责任和整改时限，并将这些项目列入效能监察范围，加大了实施力度。
2.4绿色能源的利用
光伏技术的应用，可以在厂区的景观照明等地方优先使用，在发展中进一步广泛应用。
3结束语
我国是发展中国家，与发达国家相比，技术和专业管理仍相对落后，就能源利用上来说，节能节电潜力还很大，为了企业的生存和发展，钢铁企业必需把节能工作放在优先地位，为建立资源节约型、环境友好型社会而贡献一份力量。
参考文献：
[1]耿毅.工业企业供电[M].北京：冶金工业出版社，1999.
[2]顾绳谷.电力拖动基础[M].北京：中国机械出版社，2004.
[3]苏震.钢铁企业节电途径探析[J].河南冶金，2009,17(2)：22-24.
关键词：钢铁企业；节电措施；供电层；用电层
中图分类号：F426.31 F206文献标识码：A文章编号：1672－4801(2010)04－066－04
能源是人类赖以生存和活动的物质基础，它直接关系到国计民生问题。当前世界金融危机的全球性蔓延，部分行业经济效益出现大幅度的下滑，甚至亏损。所以，积极推进科学发展，全力做好节能减排工作是为企业生产获取利润的最有效途径。
1钢铁行业节能形势
我国钢铁企业在整合和优化的过程中，技术装配和自动化程度已有相当的水平。但是目前钢铁企业仍是生产链中的耗能大户，它是一个由冷到热，再由热到冷的工艺生产线企业，如何利用中间的热能变化，进行能源的再利用是一个企业可持续发展的长期规划。焦化干熄焦发电工程、烧结余热发电、煤气余热回收、锅炉蒸汽制冷等节能技术，逐渐在各钢铁企业得到广泛的应用。
但是，大项目新技术应用的节电技术，这只是实现节能目标的第一层次。而全面地对企业现有配电网及其设备采取整体节电措施，这是实现节能目标的第二层次。所以，钢铁企业目前在节电增效这一环节上，还有巨大的潜力可挖。本文结合实际和查阅相关资料，总结出几点钢铁企业节电思考，供共同分析探讨，为企业节能增效出一点微薄之力。
2钢铁企业部分节电措施
电气设备是以满足生产工艺为原则，新上设备工艺的自身节能是大的前提。作为电气设备来说，以电压电流的形式做功，将电能转换为生产需要的机械能、光能等形式。减少无谓的电能消耗，一是提高电气设备的效率节电，二是提高电气系统的功率因数和谐波处理节电，三是电能监测与管理层节电，四是绿色能源的利用。
2.1提高电气设备的效率
提高电气设备的效率，主要是减少空载损耗、负载损耗和热损耗。可从供电层和用电层分别考虑。
2.1.1供电设备层的节电措施
配电网重构技术，调整配电网结构。改变配电网络拓扑结构来提高可靠性，降低线损，均衡负荷和改善供电电压质量的技术称为配电网重构技术。配电网重构技术是降低配电网线损的重要途径，是优化配电系统技术、提高配电系统安全性和经济性的重要手段，投资少效益高。配电网重构包括正常运行时的网络重构和故障状态下的网络重构，具体如表1所示。
表1配电网重构
重构时的运行状态重构目标约束条件重构计算正常降低线损、平衡负荷、提高供电质量数学优化算法、最优流模式算法、支路交换法、人工智能算法故障隔离故障源，恢复非故障源区域供电潮流方程，支路电流和节电电压，网络拓扑(辐射状)，开关操作次数，继电保护可靠性故障诊断算法在配电网重构时，把线损最小作为目标函数，把负载均衡、提高供电质量、安全可靠运行等目标作为约束条件。通过降维处理，把多目标非线性混合优化问题简化为单一目标的非线性混合优化问题。可以采取以下措施：(1)合理调整配电线路的联络方式。配电线路应该采取最佳运行方式使其损耗达到最小，如通过互为备用线路、手接手线路、环网线路、并联线路、双回线路等是可以达到的。
(2)环形供电网络，按经济功率的分布选择网络的断开点。对于环形的供电网络，正常需要运机电研究及设计制造《机电技术》2010年第4期67行断开，应根据两侧压降基本相等的原则，找到一个经济功率的断开点，使线路的电能损耗最小。
(3)推广带电作业，减少线路停电时间。对双回线路供电的网络，双回线路并列是最经济的，如因检修工作，其中一条线路停电，则由于负荷电流全部通过另一条运行的线路，会使线损大增加，因此要尽量利用带电作业，减少双回线的停电次数与时间。
(4)调整电网的运行电压。根据各工艺线不同的负荷特点，调整供电网的运行电压，钢铁行业主要用电设备的静态特性参数及U/U0由1.05降到1.0时，P/P0和Q/Q0变化如下表2所示。
表2钢铁行业主要用电设备的静态特性参数设备工业电机泵、风机和其他电机电弧炉中央空调室用空调炼炉鼓风机工业电视荧光灯PV 0.05 0.08 2.3 0.2 0.5 0.08 2.0 1.0QV 0.6 1.6 4.6 2.2 2.5 1.6 5.2 3.0U/U0＝1.05 1.002 1.004 1.119 1.01 1.025 1.004 1.103 1.050P/P0U/U0＝1.0 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000U/U0＝1.05 1.030 1.081 1.252 1.113 1.130 1.081 1.289 1.158Q/Q0U/U0＝1.0 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000注：P有功功率，Q无功功率降低运行电压，有功功率变化较小，但无功变化较大。对于钢铁工业负荷平均来说，当供电电压大于额定电压时，电压降低5％，无功功率可减少8％左右，设备有功功率减小很少，降至额定功率，不会影响生产，但无功电流产生的线路损耗减少了，同时也减少了无功补偿设备的投入。
变压器改造，通过合理分配变压器负载，使变压器运行效率的提高带来节电效益。可以从根本上改善目前企业配电网经济运行的状况，减小用电协议容量，提高配电网的电磁兼容水平和供电质量。
(1)合理选择变压器容量和台数。选择变压器容量和台数时，应根据负荷情况，综合考虑投资和年运行费用，对负荷进行合理分配，选取容量与电力负荷相适应的变压器，使其工作在高效区内。当负荷率低于30%时，应予调整或更换。当负荷率超过80%并通过计算不利于经济运行时，可放大一级容量选择变压器。对车间内停产后仍不能停电的负荷，宜设置专用变压器。大型厂房及非三班制车间宜设置照明专用变压器。
(2)选用节能型变压器，更换或改造高能耗变压器。新建或扩建工程应选用SL7、SLZ7、S9等节能变压器。与老产品比，SL7、SLZ7无励磁调压变压器的空载损失和短路损失，10kV系列分别降低41.5%和13.93%；35kV系列降低38.33%和16.22%。S9系列与SL7系列比，其空载和短路损耗又分别降低5.9%和23.33%，平均每千伏安装SL7系列年节电9kW·h。企业为了节省投资，也可对原有SJ1、SL1高能耗变压器进行技术改造，但改造后应达到国家对配电变压器能耗标准的要求，即：空载损耗降低45%～65%，空载电流降低70%，短路损耗达到SL7标准，阻抗电压4%～4.9%。
(3)加强运行管理，实现变压器经济运行。在企业负荷变化情况下，如投运变压器台数和容量不变，其负荷率和运行效率都将发生变化，使其超出经济运行范围，因此要及时投入或切除部分变压器，防止变压器轻载和空载运行。长期轻载(负荷率30%以下)变压器，必要时按实际负荷换小容量变压器。
2.1.2用电设备层的节电措施
用电设备层的节电措施主要以提高电能转化效率为主要目的。电能转化为机械能的效率涉及四个环节：(1)电动机效率；(2)生产设备的效率；
(3)传动效率；(4)阀门或档风板开度。以下就这四个方面提出一些具体的节电措施。
2.1.2.1电动机的节电措施
电动机的经济运行包括如下几个方面：(1)尽可能让电动机运行在经济运行区。电动机的经济运行区，一般为负荷率β在70%≤β≤100%范围内，在这一负荷率范围内运行，电动机《机电技术》2010年第4期机电研究及设计制造68综合运行效率最高，也最节电。β＜40%时，效率会大大下降(η＜60%)，功率因数＜0.5。
(2)电动机轻重载采用Y－△自动切换。电动机在间歇、轻负载(如负荷小于额定功率的40%以下)运行时，为了提高功率因数和降低损耗，可以将其定子绕组接线由△改为Y接线运行。此时绕组上的电压降至1/3额定电压。这样做虽然电动机的功率仅为额定功率的1/3,但轻载时电动机能带得动。而这时电动机的负荷率提高了，铁损降低了2/3,其功率因数和定子电流都明显改善，节电效果显著。
(3)提高电动机与被拖动机械连接效率。采用正确的拖动(传送)机械，减少摩擦力和传动阻力，也是电动机节电的一种措施。
(4)改善环境条件，加强通风，降低电动机运行温度。电动机绕组的电阻是随温度升高而增大的，电动机运行温度越高，其有功功率损耗也越大。
2.1.2.2泵与风机的节电措施
泵与风机的有效调节,选用高效设备并不等于就是节能，还要看实际运行工况是否处在设备性能曲线的最高效率点附近，主要决定于以下因素：(1)工作流量的变化规律。工作流量在额定流量的90%以上变化时，一般不采用变速调节；工作流量在额定流量的85%以上变化时,需采用高效变速调节，如变频或串级调速；最小工作流量在额定流量的50%～70%时，可采用较变频调速更加经济、可靠的高频斩波串级调速装置，考虑初期投资可采用“一拖多”的方式，如图1所示。
图1“一拖多”电原理图
在电机起动和停止时将变频器逐台投入，完成后变频器切出采用工频运行。在调速过程中可以根据工况选择电机的投入和切出。
(2)管路性能曲线的静扬程(静压)占全扬程(全压)的比例。当静扬程所占比例很大时，即使泵系统的工作流量变化很大，但由于变速装置的转速变化范围并不大，节能效果也不大。
(3)泵或风机容量(轴功率)的大小。大功率的泵与风机由于每年节约电费数量大，适宜采用初投资很高的高效调速装置。
2.2提高电气系统的功率因数和谐波处理(1)在电动机及其控制方面，积极推广变频器、软启动开关等新型节能产品。大力推广应用以三电平为代表的各种完美正弦波大容量高压变频器。高压电动机采用变频调速控制技术既解决了电机软启动和实现无级调速、满足生产工艺需要的问题，又可以大幅节约能源，降低生产成本。
(2)在各种交流低压电机的调速系统中变频调速系统是性能较好、效率较高的，是目前一些机械调速方式难以达到的。一台变频器可以驱动多台电机同时调速运行。“交-直-交”通用变频器由于前级整流和滤波的隔离作用，电机的感性无功电流不会传递到电网中，因而间接起到了无功补偿的作用，改善了功率因数，但其自身整流器和逆变器产生的谐波，也不可忽视。
(3)由于感性负载产生的无功，采取无功补偿和谐波滤波装置。对于老的电机设备推广应用电动机无功末端就地补偿器，补偿后，电流可以下降10%～20%、无功减少40%～80%、功率因数提高到92%～97%，平均节电在20%左右。该方式投资少见效快，综合效益较多。
2.3电能监测与管理层节电
2.3.1建立配电网调度中心建立配电网调度中心，在统一的支撑平台上在线组态，根据用户的实际需求，可以灵活实现调度自动化、馈线自动化、电能量计费、电网分析软件、调度管理功能、地理信息系统、配网管理功能等众多应用功能，具有良好的系统应用软件和硬件的扩充性，能够很好满足电力系统和大型工矿企业的调度需求。
2.3.2节电考核管理
(1)把国内外同行业、同规模、同类型企业的最低电耗指标作为参照体系。
(2)以细化分解能耗考核指标为基础，就每一项细化指标，制订出相应的保证措施，对各项措施进展情况分条建帐进行动态的跟踪考核。
(3)实现全流程损失调查，发现问题，找到潜在的漏洞，从而更加准确细致地掌握了全过程的电损耗情况。
(4)针对存在的突出问题，提出了一系列整改措施，以项目承包的形式落实到各单位，明确了整改责任和整改时限，并将这些项目列入效能监察范围，加大了实施力度。
2.4绿色能源的利用
光伏技术的应用，可以在厂区的景观照明等地方优先使用，在发展中进一步广泛应用。
3结束语
我国是发展中国家，与发达国家相比，技术和专业管理仍相对落后，就能源利用上来说，节能节电潜力还很大，为了企业的生存和发展，钢铁企业必需把节能工作放在优先地位，为建立资源节约型、环境友好型社会而贡献一份力量。
参考文献：
[1]耿毅.工业企业供电[M].北京：冶金工业出版社，1999.
[2]顾绳谷.电力拖动基础[M].北京：中国机械出版社，2004.
[3]苏震.钢铁企业节电途径探析[J].河南冶金，2009,17(2)：22-24.