节约用电电整体解决方案

沧州东鸿包装材料有限公司节电整体解决方案

北京

前言

无论在中国还是全球范围内，电能浪费已成为每一个企业面临的越来越严重的问题。能否立即实施节电解决方案，不再是一个等等看、一拖再拖的问题，而是中国所有的企业面对进入WTO后的挑战，能否健康生存的迫在眉睫的选择。因为节电就意味着降低成本、提高利润，也就意味着企业在激烈竞争的市场经济中先行一步。

企业从节电入手来降低成本，是最可行、周期最短、效益最大、同时又能量化的一种解决方案。提供这种解决方案和关键技术，为企业节省宝贵的电能，为电网清除污染，是英福特公司立足的根本，也是英福特永远的使命。

电能的浪费常常是在不知不觉中发生的，它与企业内部电网的电源质量和电源污染有着直接的关系。电源质量越恶劣、污染越严重，每时每刻白白浪费的电能就越多。在美国，虽然普遍电源质量高于世界其他国家，可美国的企业每年会因为电源质量的原因而损失至少300亿美元（据2002年统计数字），而中国企业每年至少会损失上千亿元人民币。

英福特公司利用在硅谷的优势，从1996年初开始研发高科技节电技术，并不断地把研发的最新成果及时应用到实践中。英福特的节电平台技术为企业的用电问题找到了最理想的解决方案，全称为英福特系统保护节电平台，它是在软件与硬件、单机节电与整体解决方案相结合的理论基础上开发的一种全新理念的高科技节电技术。

沧州东鸿包装材料有公司是一家包装材料生产企业，为了更好地为其节能增效，美国英福特科技实业有限公司安排技术工程师赴现场实地测试，根据现场了解的工况以及采集的数据，利用美国英福特科技实业有限公司的独家专利电源质量分析软件系统及专家组成员的分析，出具三份报告：电源质量测试报告；安装布控方案；投资回收分析报告，提供完整的英福特节电平台整体解决方案。

沧州东鸿包装材料有限公司电源质量测试报告

2007年 3月 26 日

北京

目录

一测试环境. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 二测试目的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 三测试记录. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 四测试结果分析. . . . . . . . . . . . . . . . .13 五节电王工效. . . . . . . . . . . . . . . . . .14 六瞬流，浪涌和谐波对电源质量的危害. . . . . . .15 七．建议安装方案 . . . . . . . . . . . . . . . .16 八.投资回收分析. . . . . . . . . . 17

一、测试环境

1．1测试地点：沧州东鸿包装材料有限公司1．2测试时间：

2007年 3月13 日

1．3测试单位：

东鸿包装材料有限公司

美国英福特科技实业有限公司

1．4测试仪器：

FLUKE 43B

1．5测试软件

InfoTech Essentials Power Analyzer 2.1

二．测试目的

为了更好地为沧州东鸿包装材料有限公司节能增效，清洁电源，治理电源瞬流造成的能耗损失及瞬流造成设备损坏等情况。受英福特沧州代理站委托，美国英福特公司对沧州东鸿包装材料有限公司的电源情况进行了测试。通过测试主要了解如下内容：

1.了解沧州东鸿包装材料有限公司的电源质量情况

2.了解设备运行对电源质量的影响程度

3.预测安装节电王的节电效果

4.提供整体解决方案

三. 测试记录

1. 配电系统：2000KVA变压器二次总进线

1）电压电流波形相/地

通过上图可以发现电压电流波形的顶部产生了部分的畸变，峰值的瞬态变化比较严重，出现瞬流次数比较频繁。表明电路中存在着瞬时超高压-瞬流的存在。电路中存在着非线形负载，受其影响电流会产生突变，波形也产生了畸变，实测过程中电流最大值为2992A，电压在378-382V波动。

2）谐波波形

总畸变率达到11.3%，谐波分布主要为3、5.次，对设备损坏很大。谐波分量主要为高次谐波，谐波使对用电设备效率下降，产生能源浪费。

3）瞬流波形

从图中可知电压、电流的变化很大，瞬流活动比较频繁。由于内外电压的影响，电压电流波形发生畸变，瞬流次数频繁。根据软件分析，瞬流次数达到91，900次/小时，瞬间电压高达505V，对设备损害极大，并造成大量的能源浪费。

4）SAGS波形

如图，负载的不稳定导致电流变化频繁而且幅度很大，电压也随之变化。瞬流活动频繁。现场工作过程中，负载变化大，电机峰值电流变化极快，幅值范围1245—2823A。

5）功率波形

实际功率因数0.98，设备效率基本处于满负核状态。

2.配电系统：F33设备总进线

1）电压电流波形：相/地

通过上图可以发现电压电流波形的顶部产生了部分的畸变，电压电流峰值频繁变化，电压的变化和负载电流的变化有关。电路中存在着非线形负载，受其影响电流会产生突变，波形也产生了畸变，实测过程中电流最大值为583A，电压在396-400V波动。

2）功率波形

功率因数为0.90PF

3）SAGS波形

如图，负载的不稳定导致电流变化频繁而且幅度很大，电压也随之变化。瞬流活动频繁。现场工作过程中，负载变化大，电机峰值电流变化极快。负载的变化导致电流变化幅度较大（310～348A）

4）瞬流波形

如图，现场电流波形严重畸变，说明负载变化频繁且变化幅度很大。根据软件分析，瞬流次数达到93，100次/小时，瞬间电压高达421V，对设备损害极大，并造成大量的能源浪费。

5）谐波波形：

总畸变率达到39.2%，谐波分布主要为5.7次

3.配电系统：水泵总进线

1) 电流电压波形：相/地

通过上图可以发现电压波形的顶部产生了部分的畸变，受瞬流的影响峰值电压产生波动。实测过程中电流最大值为455A，在397~417V波动。

2)功率波形

功率因数为0.82PF。

3)谐波波形

如图，谐波畸变率达到 5.8%，谐波分量主要为低次谐波，谐波使对用电设备效率下降，产生能源浪费。

4)瞬流波形

根据软件分析，瞬流次数达到99，400次/小时，瞬间电压高达413V，对设备损害极大，并造成大量的能源浪费。

5)Sags波形

通过上图可以发现电压波形的顶部产生了部分的畸变，受瞬流的影响峰值电压产生波动。负载的变化导致电流变化幅度很大，瞬流活动频繁在272~312A波动

四. 测试结果分析

通过对以上图形测试结果及分析，沧州东鸿包装材料有限公司设备开始工作后，电源质量产生了很大的变化，通过电压波形分析可以发现，电压波形的顶部产生了畸变，受瞬流的影响峰值电压产生很大波动;通过对电流波形的分析，负载极不平稳，电流波形畸变严重；通过对谐波波形分析，谐波畸变率在5.8-39.3%左右；通过对SAGS波形的分析，电流很不稳定，产生尖峰，主要是由于工况变化极为频繁引起的，电压不稳定；通过对瞬流的分析，软件统计平均达到90，000次/小时，这些瞬流对电源质量产生很大污染，因此被测设备产生的瞬流及其他设备产生的瞬流使整个电源的谐波量增加，内部瞬流产生环流会增加电机的铁损及铜损，影响其电机的工作效率，使电机的功率因数下降。同时也导致整个电源的功率因数下降。瞬流活动量的扩散如果不加以治理的话，会导致愈演愈烈的能源损失和电源质量的下降。英福特科技公司是用下列十级表格来计算电耗增加率的：见附表英福特节电王是通过提高电源质量、净化电源，抑制用电系统中的瞬流、浪涌和谐波而节电的，它是美国目前最先进的 ES-TVSS节能技术。

瞬流是正弦交流电压、电流的一种畸变状态，具体体现是光滑的正弦波形发生了畸变，

严重的畸变会使波形变成非正弦的形状。它是一种瞬间的高爆发的电能，在电压和电流突升突降时变得非常活跃。用电系统中频繁的瞬流对电器的绝缘强度有很大的破坏性，会使电器的漏电流增加直至绝缘被击穿。这种比设计时所考虑的工频电压要高出许多倍的瞬流，当它作用在铁芯磁场上时会引起设备电磁涡流损耗增加，从而使电器在其作用下产生多余的热量，这种热量是因波形畸变而产生的无用功,其总的结果是使设备寿命减短、系统用电效率降低、电耗增加。瞬流能量主要由于集肤效应消耗在电线的电阻中和连接在与之连线上的其它电感装置的铁芯中，如电机、继电器和启动装置等。当瞬流能量消失于这类电感装置中的时候，就引起该装置效率的降低和用电量的上升。这种由瞬流的自然振荡频率引起设备效率的降低，比为此类装置所设计的基础频率要多出几倍以上，其结果是瞬流的振荡扰动作用于铁芯片的外部磁场，从而阻止了线频率上的工作磁场穿透到铁芯内部。在这样的电源系统中，瞬流产生的高电压的直接结果是电机过热而效率降低，会使各种触点产生氧化性碳膜层而接触不良，会使电表转速加快，产生过度计量。

谐波会使变压器的温升变高;由谐波所引起的额外损失与电流和频率的平方成比例上升，会导致变压器的基波负载容量下降。对于旋转电机设备，与正弦磁化相比，谐波会增加磁场变形和噪音量。电力电子设备对供电电压的谐波畸变很敏感，这种设备常常须靠电压波形的过零点或其它电压波形取得同步运行。电压谐波畸变可导致电压过零点漂移或改变一个相间电压高于另一个相间电压的位置点。这两点对于不同类型的电力电子电路控制是至关重要的。控制系统对这两点(电压过零点与电压位置点)的判断错误可导致控制系统失控。谐波电流也会引起开关的额外损失，并提高温升使基波电流承载能力降低。温升的提高对某些绝缘组件而言会降低其使用寿命。谐波引起的发热和电压增加会使功率因数补偿电容器寿命缩短。

五. 节电王工效

通过抑制和吸收瞬流、减少损耗、提高系统用电效率来节电

(1) 抑制瞬流、峰值电压钳位、清洁电源;

(2) 降低配电网的功率损耗、增加电网输电能力、提高设备利用率;

(3) 降低用电设备（电机）的能耗，改善运行条件；

(4) 提高电源质量、使线路电压损失下降；

(5) 保护设备、延长设备寿命、减少维修费用；

(6) 减少用户电费支出。

通常，短暂的尖峰瞬流只在电压和电流突升突降时才非常活跃。在电力需求持续不变的情况下，在每次的突然升降中电压、电流通过线路中的负载阻抗将产生瞬间振荡、波形畸变、电耗系数增加，每次电压、电流的升降冲击意味着消耗一定量的电能。这些瞬流能量主要由于集肤效应消耗在线路的电阻中和连接在与之连线上的其他电感装置的铁芯中，如电机、变压器、继电器和启动装置等。当瞬流能量作用在这些电感装置中的时候，就引起该装置效率的降低和用电量的上升。这种引起设备效率降低的瞬流自然振荡频率f L，比所设计的基波频率f1要高出几倍以上，其结果是瞬流产生的振荡扰动频率f L作用于铁芯磁场H L，使正常的工作磁场发生变形，电磁系数降低，内部电磁损耗增加。在这样一种电源中，瞬流产生的高电压的直接结果是使电机绝缘遭到破坏、过热、效率降低。会使带有各种触点的设备产生氧化性碳膜层而接触不良，会使电表计量不正确。其引起的后果是设备维修费用增加，设备寿命减短30%。很明显，如果瞬流不加治理，瞬流的影响会波及整个局部电网，导致连接在这个局部电网电力系统中的所有铁芯装置产生不良的影响，从而产生电力的浪费。当瞬流的尖峰被有效地削减掉时，不但一直在白白浪费的电能被节省了下来，而且所连接的设备的寿命也将大大延长。

1．降低谐波和瞬流带来的畸变功耗以及由于瞬变使电感性负载电流损失和温度升高而造成的大量铜损、铁损，同时通过抑制瞬流可以有效地防止接触电阻的增大而带来的能量损耗，节约用电5-20%；

2．抑制谐波和瞬流对供电环境的污染，减少由此而产生的供电事故，有效地保护投资，减少损失；并可减少由于电源不洁而造成的大量的设备维修费用和设备折旧费达18%—39%；

3．保护设备免受雷电、瞬流冲击以及瞬流污染带来的损坏，降低设备运行温度，延长使用寿命22%—40%。

根据英福特电源质量分析软件的计算，整体安装节电王後，节电空间大约6%。更重要的是，节电王可以最大限度的抑制瞬流、高次谐波的影响，保护微机、精密设备不受损坏，延长设备寿命。

六．瞬流，浪涌和谐波对电源质量的危害

变压器

对变压器而言，瞬流或谐波电流可导致铜损和杂散损增加，瞬流或谐波电压则会增加铁损。与纯正基本波运行的正弦电流和电压相较，谐波对变压器的整体影响是温升较高。须注意的是; 这些由谐波所引起的额外损失将与电流和频率的平方成比例上升，进而导致变压器的基波负载容量下降。

电力电缆

在导体中非正弦波电流所产生的热量与俱有相同均方根值的纯正弦波电流相较，则非正弦波会有较高的热量。该额外温升是由众所周知的集肤效应和邻近效应所引起的，而这两种现象取决于频率及导体的尺寸和间隔。这两种效应如同增加导体交流电阻，进而导致I2Rac 损耗增加。

电动机与发电机

谐波电流和电压对感应及同步电动机所造成的主要效应为在谐波频率下铁损和铜损的增加所引起的额外升温。这些额外损失将导致电动机效率降低，并影响转矩。(当设备负荷对电动机转矩的变动较敏感时，其扭动转矩的输出将影响所生产产品的质量。例如: 人造纤维纺织业和一些金属加工业。

对于旋转电机设备，与正弦磁化相比，谐波会增加磁场变形和噪音量。像五次和七次这种谐波源，在发电机或电动机负载系统上，可产生六次谐波频率的机械振动。机械振动是由振动的扭矩引起的，而扭矩的振动则是由谐波电流和基波频率磁场所造成，如果机械谐振频率与电气励磁频率重合，会发生共振进而产生很高的机械应力，导致机械损坏的危险。)

电子设备

电力电子设备对供电电压的谐波畸变很敏感，这种设备常常须靠电压波形的过零点或其它电压波形取得同步运行。电压谐波畸变可导致电压过零点漂移或改变一个相间电压高于另一个相间电压的位置点。这两点对于不同类型的电力电子电路控制是至关重要的。控制系统对这两点(电压过零点与电压位置点)的判断错误可导致控制系统失控。而电力与通讯线路之间的感性或容性耦合亦可能造成对通讯设备的干扰。

计算器和一些其它电子设备，如可编过程控制器(PLC)，通常要求总谐波电压畸变率(THD)小于5%，且个别谐波电压畸变率低于3%，较高的畸变量可导致控制设备误动作，进而造成生产或运行中断，导致较大的经济损失。

开关和继电保护

像其它设备一样，谐波电流也会引起开关的额外损失，并提高温升使基波电流承载能力降低。温升的提高对某些绝缘组件而言会降低其使用寿命。

旧式低压断路器的固态跳脱装置，系根据电流峰值来动作，而这种型式的跳脱装置会因馈线供电给非线性负载而导致不正常跳闸。新型跳脱装置则根据电流的有效值(RMS)而动作。

功率因数补偿电容器

电容器与其它设备相较有很大区别，因其容性特点在系统共振情况下可显著的改变系统阻抗。电容器组之容抗随频率升高而降低，因此，电容器组起到吸收高次谐波电流的作用，

此作用提高温升并增加绝缘材料的介质应力。频繁地切换非线性电磁组件会产生谐波电流，这些谐波电流将增加电容器的负担。应当注意的是熔丝通常不是用来当作电容器之过载保护。由谐波引起的发热和电压增加意味着电容器使用寿命的缩短。

在电力系统中使用电容器组时，必须考量的因素是系统产生谐振的可能性。系统谐振将导致谐波电压和电流会明显地高于在无谐振情况下出现的谐波电压和电流。

七．建议安装方案

根据条件限制，未能了解全厂的整体情况，无法做出整体解决方案。但考虑到东鸿包装材料有限公司的工作原理的典型性，建议在如下配电变压器上进行安装，并采用空白对比的方式计算节电率，即在未安装节电王的情况下计量一段时间的用电量、产量，然后安装节电王，计量相同时间的用电量，这样可以通过单位产量的用电量比较直观的看出节电效果，样板计量以200小时以上为佳。 附： 安装图：

400KW 200KW 100KW

22KW

15KW*650KW W 分

切机破碎机冷水机组废

膜回

收F24

水泵

F33W 注

160*13951*10

八．安装节电王回收分析

根据英福特电源质量分析软件的计算，东鸿包装材料有限公司安装节电王后的初期节电率保守计算在

5.2%左右，以后可以在6%以上，正确的、经过认可的节电率，还

需待用电的准确计量和生产产量等各项数据统计完毕才能认定。

投资效益分析：

以每月电费55万元，节电率5.2%计算：

1. 月可节约成本＝55万元×5.2％＝

2.86万元 2. 投入：投入节电王总价45万元

3.投资回收时间=45÷2.86=15.7月，即：一年零3个月内即可收回全部投资。

4、一年可节约电费=2.86×12个月=34.32万元

5、如节电率按6%计算，年可节电=55×6%×12=39.6万元附：其他行业有关电耗数据（注意保密）：

轻工业工厂、纺织厂、码头、

汽车制造装配线、飞机场

电子部件厂、电脑生产线、机械厂、玻璃厂、水泥厂、化工厂、造船厂

练钢厂、矿山、