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摘 要：本文就工厂配电系统电气节能改造技术进行了探讨，结合了具体的实例，详细概述了石化企业工厂中配电系统存在的问题，并提出了一系列相应的改进措施和管理措施，以期能为合理解决配电系统电气节能问题而提供参考借鉴。
关键词：配电系统；节能改进；措施
1.前言
在一般的企业工厂中，相关的配电系统设计是工作之中的重要内容，一方面其对于生产的需求有着直接的影响，另外一个方面对于供配电系统的安全性、可靠性、合理性以及经济性等，都有着重要的意义。随着如今我国倡导环保社会的建设，对于配电系统的节能改进得到了企业工厂的重视。基于此，本文就工厂配电系统电气节能改造技术进行了探讨，以期能为合理解决配电系统电气节能问题而提供参考借鉴。
2.工厂配电系统中存在的问题
本文以石化企业为例子分析该企业配电系统节能技术改进措施。很多石化企业整体技术水平较低，配电系统设备老旧，采用的是较低的功率因素，导致严重的谐波污染，在这样的情况下，若不采取节能对策，则会导致大容量的耗电率。从管理角度分析，由于石化企业管理不到位，在配电网电能方面，缺乏先进的管理观点和管理模式，未能充分利用电能，电量耗损较大。
①设备老旧：配电网分配电能和输送电能均是通过变压器进行，一般来说，容量较大，且数量较多，耗电量较大。
②无功补偿容量较低：电动机是配电网的重要组成部分，属于终端耗电设备，在石油企业中，电动机越多，功率较低，很多企业的功率因素甚至小于0.85，当配电变压器小于6KV时，无功功率较大。
③缺乏节能和监控系统：很多企业并未建立集成化节能系统和监控系统，对设备监控力度较低，用电设备与配电设备节能处理不够，功能重复现象较严重，缺乏信息共享平台。
3.配电电气节能技术的改进
3.1减少线路电损
大部分企业选择交联聚乙烯三芯圆形电缆作为搭建配网的内部线路，但导体周围无空气，截面形状与电缆不一致，采用钢铠包裹导体外部，导致电缆线路阻抗混乱，难以计算，只能以厂家提供的检测参数为准。但经过实际测量得出，电缆电阻R与截面积S之间呈反比关系，与线路长L之间呈正比关系，因此，可在电缆敷设过程中，尽量敷设路径较短的线路，保持输送负荷相同，采用的电缆截面应高于中等规范，从而减少线路压降和电阻耗损。但这种改造方法需要资金耗费巨大，在进行线路改造前，并对各种改善技术进行对比，选择经济的改造技术，减少改造费用。
3.2减少变压器损耗量
（1）选择合适的变压器：为了降低变压器的损耗量，减少电网运行费用，应选择合适的变压器，避免变压器容量过大。当双绕组变压器的负载系数β发生变化时，综合功率损耗率ΔPZ%也会随之出现非线性变化，见图1。从图1中可知，综合功率经济负载系数βJZ为负载系数对应的综合功率损耗率ΔPZ%的最低点，采用公式可表达为：
公式1：
从公式中可以看出，kW；KT、ktPKZ、POZ分别为负载波动损耗系数、综合功率额定负载功率损耗及综合功率空载损耗。
定义变压器经济运行状态应为负载运行75%时，0.75为上限负载系数，1.33βJZ2为经济运行区下限负载系数，两者上限综合功率损耗量一致，由此可知，1.33βJZ2≤β≤0.75为最经经济运行区。
选择合适的变压器，应考虑其安全性，应以安全运行为前提，选择变压器容量。在石油企业配电系统中，一级负荷与二级负荷最为常见，根据电网组建标准，变电变压器不可少于2台，当变压器出现突然断开现象时，另一台容量必须达到一级与二级负荷所要求的电量。化工企业电动机在正常运行的情况下属于分段运行，需配置备用电动机。综上所述，变压器负载率应控制在30%～45%内，在确保安全的情况下，尽量降低电损耗。
（2）采用节能型变压器：很多企业配电系统采用相同的变压器，如S9变压器、S7变压器等，S11电压器相对S7变压器来说，空载损耗与负载损耗较低，减少了30%～40%。相对于S9变压器来说，负载损耗较低，减少了25%，空载损耗较少，减少了8%。经统计可知，若变压器的容量与负载率分别为200kV·A、0.35时，每个系列的变压器一年所损耗的电能各不相同，S7、S9、S11分别为8379kW·h、6995kW·h、5681kW·h，可见，S11变压器电损耗最小，节能效果较好。相对来说SH15变压器由于采用非晶体铁心制成，电损耗量更小，空載损耗量相当于S9变压器的25%～30%。
3.3选择合适的变频调速设备
采用变频调速设备有利于电动机软启动，负载发生变化后，调速较为平滑，改善电动机功率，尤其是输出功率，从而达到节能目的。一般情况下，电气设计通常根据极端运行状态设计，在设计过程中会预留足够的兀余，导致大马拉小车情况出现，采用变频调速设备后，无需预留兀余，初始投入也随之减少。
3.4改善电能质量
大部分石化企业配备了风机和水泵等，负荷较大，并配备调速设备，因此，谐波污染现象较为严重，对电能质量造成了不良影响。谐波污染可导致系统功率降低，增加设备和线路的电能损耗，缩短设备使用期限，影响设备寿命，还有可能引起继电保护错误启动，导致企业遭受严重的经济损失。应重视谐波污染问题，改善电能质量。对于谐波污染，可利用两个改善措施应对，第一，用电设备应与谐波质量要求相符，变频调速设备必须属于合格产品；第二，加强配电谐波管理，定期进行谐波检测，对于谐波污染较为严重的节点，应设置有源滤波器或无源滤波器，尽量减少谐波污染，确保电能质量。
3.5采用节能照明设备
照明系统电损耗较大，总用电量中有很大一部分来自于照明设备，以往常采用白炽灯作为照明系统，但由于白炽灯发光率满意满足照明要求，逐渐采用高发光率的其他光源作为照明设备。金属卤化物等和节能荧光灯是应用范围较广的照明设备，可用于车间生产或室内办公，节能效果明显。 3.6制定节能对策
当有功负荷相同时，降低负荷功率可导致无功总电流和电流分量提高，总电流上升流过负荷，将加大电能损耗，使电压降落出现较大波动，造成负荷端电压过大，超过允许电压，岁负荷运行造成严重影响，甚至可导致运行异常情况[1]。因此，应制定节能措施，确保配电系统的无功补偿处于合理范围，实现节能目标。
由于石化企业配电系统通常采用较短的输电线路，负荷较为聚集，可采用就地补偿和集中补偿相结合方法，确保无功补偿的合理性。无功功率难以进行距离较远的输送，集中补偿利用这一特点，对配电系统无功功率出现较大缺额的节点进行功率补偿，补充方法包括安装电容补偿柜，主要安装在变电所低压或高压母线侧，根据负荷的大小变化，采用多组或一组补偿电容器，使功率因素提高，从而减少电网损耗，提高有功功率输出效果和线路电压。
以某石化企业为例，根据该企业配电网运行的各项参数及结构，建立PSASP配电网测试平台，对无功优化进行检测，该平台电源网等值无穷大，平衡节点为电源，110/6kV变电站及6kV配电所分别为2个、24个，接线方法见图2。
在本研究中，采用最小网损的目标函数进行无功优化测试，将并联电容器安装在低电压母线上，采用集中补偿方法进行补偿，从而避免母线电压影响。可采用数学公式描述母线约束条件和目标函数f：
公式2：（ΣPi）min=f
从公式中可以看出，可调点有功或i平衡点为Pi，等式约束和不等式约束条件分别为公式3和公式4。
公式3：
公式4：
从公式3和公式4中得出，PGi和 QCi分别为节点i有功出力和无功出力，QDi为无功功率，PDi为负荷有功率，电压幅值为Vi。
在电损耗最为严重的情况下，若配电系统并未采取无功补偿对策，无配备节能设备，通过统计可算出，大焦化一线及二套焦化一线是配电系统中电压降幅最大的母线，跌落幅度高达0.659（pu），很多母线跌落至电压最低限度。可将并联电容器连接至相应母线上，将母线电压恢复至正常范围，大焦化一线母线进行补偿后电压应为1.005（pu）。
3.7建立节点管理系统
绝大部分企业缺乏电器管理和监控系统，难以实现企业用电的宏观管理，电气管理水平较低，管理模式较落后。应建立一个底层数据采集系统和监测系统，并进行完善，使系统具备恢复监视、自动诊断、自动报警、故障监控、系统监视、数据处理及数据采集等功能[2]。在企业内建立节点管理系统，可有效提高企业的节电效果，提高配电系统运行的经济性。
4.加强配电节能管理的对策
加强配电系统节能技术管理，可有效降低电量损耗，应针对节能管理工作中的问题，制定相应的管理对策，完善节电措施，避免出现计量仪表误差。
4.1提高电能计量管理水平
为了减少电能损耗，应进一步提高电能计量管理水平。应选择合适的电能表和互感器，确保这些设备与计量要求相符，根据负荷需求配备计量设备，电流比可根据负荷电流进行合理选择。应集中安装表箱，以便电能计量和管理，定时检查表计，若发现表计损坏现象，应予以更换。
4.2避免使用高耗能设备
对于一些改扩建工程或新建工程，应避免采用电能损耗较大的计量装置、用电设备、配电设备、变电设备等，以免设备老化快。
4.3完善节电管理制度
应对电力损耗原因进行深入分析，并制定对应策略，解决电耗问题。另外，还应完善节电管理制度，将降低损耗工作与员工绩效挂钩，激发员工节能主动性。
5.结束语
节能是节约型社会建设的重要目标，电能是一种珍贵的能源，应实现电能的最大化利用，避免电能损耗，在各企业中积极应用节能技术进行生产。本文通过对石化企业配电节能技术分析，简要概括了工廠配电系统中的缺陷，并提出了节能改进对策，以此提高工厂电力系统的节能水平。
参考文献
[1]阳若宁、李建云.某供配电系统改造的节能设计[J].建筑电气.2009（04）.
[2]刘红喜.供配电系统电气节能设计[J].城市建设理论研究.2013（39）.
关键词：配电系统；节能改进；措施
1.前言
在一般的企业工厂中，相关的配电系统设计是工作之中的重要内容，一方面其对于生产的需求有着直接的影响，另外一个方面对于供配电系统的安全性、可靠性、合理性以及经济性等，都有着重要的意义。随着如今我国倡导环保社会的建设，对于配电系统的节能改进得到了企业工厂的重视。基于此，本文就工厂配电系统电气节能改造技术进行了探讨，以期能为合理解决配电系统电气节能问题而提供参考借鉴。
2.工厂配电系统中存在的问题
本文以石化企业为例子分析该企业配电系统节能技术改进措施。很多石化企业整体技术水平较低，配电系统设备老旧，采用的是较低的功率因素，导致严重的谐波污染，在这样的情况下，若不采取节能对策，则会导致大容量的耗电率。从管理角度分析，由于石化企业管理不到位，在配电网电能方面，缺乏先进的管理观点和管理模式，未能充分利用电能，电量耗损较大。
①设备老旧：配电网分配电能和输送电能均是通过变压器进行，一般来说，容量较大，且数量较多，耗电量较大。
②无功补偿容量较低：电动机是配电网的重要组成部分，属于终端耗电设备，在石油企业中，电动机越多，功率较低，很多企业的功率因素甚至小于0.85，当配电变压器小于6KV时，无功功率较大。
③缺乏节能和监控系统：很多企业并未建立集成化节能系统和监控系统，对设备监控力度较低，用电设备与配电设备节能处理不够，功能重复现象较严重，缺乏信息共享平台。
3.配电电气节能技术的改进
3.1减少线路电损
大部分企业选择交联聚乙烯三芯圆形电缆作为搭建配网的内部线路，但导体周围无空气，截面形状与电缆不一致，采用钢铠包裹导体外部，导致电缆线路阻抗混乱，难以计算，只能以厂家提供的检测参数为准。但经过实际测量得出，电缆电阻R与截面积S之间呈反比关系，与线路长L之间呈正比关系，因此，可在电缆敷设过程中，尽量敷设路径较短的线路，保持输送负荷相同，采用的电缆截面应高于中等规范，从而减少线路压降和电阻耗损。但这种改造方法需要资金耗费巨大，在进行线路改造前，并对各种改善技术进行对比，选择经济的改造技术，减少改造费用。
3.2减少变压器损耗量
（1）选择合适的变压器：为了降低变压器的损耗量，减少电网运行费用，应选择合适的变压器，避免变压器容量过大。当双绕组变压器的负载系数β发生变化时，综合功率损耗率ΔPZ%也会随之出现非线性变化，见图1。从图1中可知，综合功率经济负载系数βJZ为负载系数对应的综合功率损耗率ΔPZ%的最低点，采用公式可表达为：
公式1：
从公式中可以看出，kW；KT、ktPKZ、POZ分别为负载波动损耗系数、综合功率额定负载功率损耗及综合功率空载损耗。
定义变压器经济运行状态应为负载运行75%时，0.75为上限负载系数，1.33βJZ2为经济运行区下限负载系数，两者上限综合功率损耗量一致，由此可知，1.33βJZ2≤β≤0.75为最经经济运行区。
选择合适的变压器，应考虑其安全性，应以安全运行为前提，选择变压器容量。在石油企业配电系统中，一级负荷与二级负荷最为常见，根据电网组建标准，变电变压器不可少于2台，当变压器出现突然断开现象时，另一台容量必须达到一级与二级负荷所要求的电量。化工企业电动机在正常运行的情况下属于分段运行，需配置备用电动机。综上所述，变压器负载率应控制在30%～45%内，在确保安全的情况下，尽量降低电损耗。
（2）采用节能型变压器：很多企业配电系统采用相同的变压器，如S9变压器、S7变压器等，S11电压器相对S7变压器来说，空载损耗与负载损耗较低，减少了30%～40%。相对于S9变压器来说，负载损耗较低，减少了25%，空载损耗较少，减少了8%。经统计可知，若变压器的容量与负载率分别为200kV·A、0.35时，每个系列的变压器一年所损耗的电能各不相同，S7、S9、S11分别为8379kW·h、6995kW·h、5681kW·h，可见，S11变压器电损耗最小，节能效果较好。相对来说SH15变压器由于采用非晶体铁心制成，电损耗量更小，空載损耗量相当于S9变压器的25%～30%。
3.3选择合适的变频调速设备
采用变频调速设备有利于电动机软启动，负载发生变化后，调速较为平滑，改善电动机功率，尤其是输出功率，从而达到节能目的。一般情况下，电气设计通常根据极端运行状态设计，在设计过程中会预留足够的兀余，导致大马拉小车情况出现，采用变频调速设备后，无需预留兀余，初始投入也随之减少。
3.4改善电能质量
大部分石化企业配备了风机和水泵等，负荷较大，并配备调速设备，因此，谐波污染现象较为严重，对电能质量造成了不良影响。谐波污染可导致系统功率降低，增加设备和线路的电能损耗，缩短设备使用期限，影响设备寿命，还有可能引起继电保护错误启动，导致企业遭受严重的经济损失。应重视谐波污染问题，改善电能质量。对于谐波污染，可利用两个改善措施应对，第一，用电设备应与谐波质量要求相符，变频调速设备必须属于合格产品；第二，加强配电谐波管理，定期进行谐波检测，对于谐波污染较为严重的节点，应设置有源滤波器或无源滤波器，尽量减少谐波污染，确保电能质量。
3.5采用节能照明设备
照明系统电损耗较大，总用电量中有很大一部分来自于照明设备，以往常采用白炽灯作为照明系统，但由于白炽灯发光率满意满足照明要求，逐渐采用高发光率的其他光源作为照明设备。金属卤化物等和节能荧光灯是应用范围较广的照明设备，可用于车间生产或室内办公，节能效果明显。 3.6制定节能对策
当有功负荷相同时，降低负荷功率可导致无功总电流和电流分量提高，总电流上升流过负荷，将加大电能损耗，使电压降落出现较大波动，造成负荷端电压过大，超过允许电压，岁负荷运行造成严重影响，甚至可导致运行异常情况[1]。因此，应制定节能措施，确保配电系统的无功补偿处于合理范围，实现节能目标。
由于石化企业配电系统通常采用较短的输电线路，负荷较为聚集，可采用就地补偿和集中补偿相结合方法，确保无功补偿的合理性。无功功率难以进行距离较远的输送，集中补偿利用这一特点，对配电系统无功功率出现较大缺额的节点进行功率补偿，补充方法包括安装电容补偿柜，主要安装在变电所低压或高压母线侧，根据负荷的大小变化，采用多组或一组补偿电容器，使功率因素提高，从而减少电网损耗，提高有功功率输出效果和线路电压。
以某石化企业为例，根据该企业配电网运行的各项参数及结构，建立PSASP配电网测试平台，对无功优化进行检测，该平台电源网等值无穷大，平衡节点为电源，110/6kV变电站及6kV配电所分别为2个、24个，接线方法见图2。
在本研究中，采用最小网损的目标函数进行无功优化测试，将并联电容器安装在低电压母线上，采用集中补偿方法进行补偿，从而避免母线电压影响。可采用数学公式描述母线约束条件和目标函数f：
公式2：（ΣPi）min=f
从公式中可以看出，可调点有功或i平衡点为Pi，等式约束和不等式约束条件分别为公式3和公式4。
公式3：
公式4：
从公式3和公式4中得出，PGi和 QCi分别为节点i有功出力和无功出力，QDi为无功功率，PDi为负荷有功率，电压幅值为Vi。
在电损耗最为严重的情况下，若配电系统并未采取无功补偿对策，无配备节能设备，通过统计可算出，大焦化一线及二套焦化一线是配电系统中电压降幅最大的母线，跌落幅度高达0.659（pu），很多母线跌落至电压最低限度。可将并联电容器连接至相应母线上，将母线电压恢复至正常范围，大焦化一线母线进行补偿后电压应为1.005（pu）。
3.7建立节点管理系统
绝大部分企业缺乏电器管理和监控系统，难以实现企业用电的宏观管理，电气管理水平较低，管理模式较落后。应建立一个底层数据采集系统和监测系统，并进行完善，使系统具备恢复监视、自动诊断、自动报警、故障监控、系统监视、数据处理及数据采集等功能[2]。在企业内建立节点管理系统，可有效提高企业的节电效果，提高配电系统运行的经济性。
4.加强配电节能管理的对策
加强配电系统节能技术管理，可有效降低电量损耗，应针对节能管理工作中的问题，制定相应的管理对策，完善节电措施，避免出现计量仪表误差。
4.1提高电能计量管理水平
为了减少电能损耗，应进一步提高电能计量管理水平。应选择合适的电能表和互感器，确保这些设备与计量要求相符，根据负荷需求配备计量设备，电流比可根据负荷电流进行合理选择。应集中安装表箱，以便电能计量和管理，定时检查表计，若发现表计损坏现象，应予以更换。
4.2避免使用高耗能设备
对于一些改扩建工程或新建工程，应避免采用电能损耗较大的计量装置、用电设备、配电设备、变电设备等，以免设备老化快。
4.3完善节电管理制度
应对电力损耗原因进行深入分析，并制定对应策略，解决电耗问题。另外，还应完善节电管理制度，将降低损耗工作与员工绩效挂钩，激发员工节能主动性。
5.结束语
节能是节约型社会建设的重要目标，电能是一种珍贵的能源，应实现电能的最大化利用，避免电能损耗，在各企业中积极应用节能技术进行生产。本文通过对石化企业配电节能技术分析，简要概括了工廠配电系统中的缺陷，并提出了节能改进对策，以此提高工厂电力系统的节能水平。
参考文献
[1]阳若宁、李建云.某供配电系统改造的节能设计[J].建筑电气.2009（04）.
[2]刘红喜.供配电系统电气节能设计[J].城市建设理论研究.2013（39）.