工业用电节能降耗方法

工业用电节能降耗方法

1. 使用直流屏保护装置，通过对电流，电压，频率等电能参数进行保护而达到稳定系

统的目的。

2. 高低压配电系统这一环节是整个工厂供配电的节能系统中的主要环节，根据工厂的

配电电压来选择合适的变压器。

3. 电力无功补偿，多数工厂是通过集中补偿的方式。

4. 提高功率因数，通过在供电线路处安装并联移相电容器实现电力的互相补偿。

参考文献王如振. 工厂供配电的节能方法研究[J]. 山东工业技术,

2017(20):194-194.

目前我国的无功补偿技术的具体方案主要为：

1.固定的电抗和电容器的过滤谐波方法；

2.电容器被真空断路器所投切；

3.滤波器配合其他设备滤波，可以将TCR与滤波器配合使用，从而实现对电路负载的

调整和功率因数的提升。

参考文献邹宗宝. 电力系统无功补偿点的确定及其补偿方法[J]. 通讯世界,

2017(7):169-170.

4.可控饱和电抗器，通过调节自身电抗器的饱和程度对其电路中的电力输送状况进行

调整，并对电路中可能出现的电力损耗和相关问题进行预防。

5.有源滤波器，直接产生和电路中负向电流相反的电流，抵消负序电流对电路带来的

不利影响。

6.固定滤波器，主要依靠对低压侧母线电压的调解调整电路中的功率损耗。

参考文献张吉. 电力自动化中智能无功补偿技术的应用[J]. 科学技术创新,

2017(18).

提高功率因数：

一、提高功率因数的方法有

1.提高系统自然功率因数，包括合理使用电动机，提高异步电机的检修质量，采用同步电

机或异步电机同步运行提高功率因数，合理选择配变容量，改善配变的运行方式等。

2.静电电容器补偿。

3.动态无功功率补偿。

4.分相补偿。

参考文献赵晓群. 探讨常用功率因数的补偿方法及提高功率因数对用电客户的经济效益[J]. 华东科技：学术版, 2017(10):157-158.

5.使用同步补偿器，可以均匀调节电网电压水平。

6.静电电容器作为无功补偿，常用方法有：高压集中补偿，低压集中补偿，单独就地补偿。

参考文献李国斌. 浅谈提高工业企业供电系统功率因数方法与效益分析[J]. 自动化应用, 2017(10):96-97.

二、功率因数的定义

功率因数反映的是用电设备消耗一定有功功率（P ）与视在功率（S ）的关系，

用Cos φ 表示为： S P /cos =? (1)

用电设备消耗一定的有功功率时需要的无功功率可表示为： ?sin *S Q = (2)

由式(1)、(2)可得： Q=P ×Tan φ (3)

所以功率因数由Cos φ1提高到Cos φ2时，需增加的无功补偿容量可表示为：

式中P--用电设备消耗的有功功率，kW

Q--用电设备在一定功率因数时需要的无功功率，kvar

Q c --功率因数由cos φ1提高到cos φ2时需增加的无功补偿容量，kvar

φ1、φ2--补偿前后的功率因数角

三、低功率因数的不利表现

3.1 线路的电流大

对于一个给定的负荷，当供电电压一定时，则功率因数越低，电流就越大， 因为：

cos I c ?

= （1） 式中: P 为用电负荷的有功负荷；U 为线电压。

可见，供电电流 c I 与功率因数成反比。

在供出同样功率的条件下，电压一定时，功率因数越低， 则要求变压器的容量也就越大，因此，变压器的容量一定的状况下，其所能负载的设备总功率就相对越少。

3.2 线路的铜损大

线路铜损公式如下:

23 310()P I R kw c

-?=?? （2） 把(1)代入其中就得到下式:

232223

222 3103cos 101()cos cos P

P R UP P R kw K U ???

--?=????==? （3）

由此可见，设备的铜损正比于电流的平方，从而反比于功率因数的平方，功率因数越低，则电气设备中的铜损就越大，效率也就越低，与此相似，当系统的功率因数很低，对于传递同样的功率，则电流加大。所以若导线尺寸相同，则电能传输系统意味着有更大的能量损失，或者说，对于同样的能量损失，要求有更粗的导体。

3.3 投资高

cos I c ?= （4） 由上式可知，对于一给定的负荷，在低功率因数下，母线的截面、保护开关的导电面积，都必须加大才能通过更大的电流，故此，投资亦需增加。

四、影响功率因数的主要原因

4.1 异步电动机及变压器的负载情况。

异步电动机的功率因数与负载密不可分，在额定负载时功率因数在0.8 以上，而在空

1/3。

因此，要提高功率因数就要尽量避免电动机与变压器的空载或轻载运行。

4.2 供电电压。

当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般工厂的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

4.3 用电设备自身的功率因数。

4.4 电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率。

4.5交流异步电机和变压器的材质选用对功率因数有一定影响。

五、提高功率因数的方法

提高功率因数的方法很多, 但总的来说可以归结为两大类:提高自然功率因数和采用人工补尝两种方法：

5.1 提高自然因数的方法：

1). 恰当选择电动机容量，减少电动机无功消耗，防止“大马拉小车”。

2). 对平均负荷小于其额定容量40%左右的轻载电动机，可将线圈改为三角形接法

（或自动转换）。

3). 避免电机或设备空载运行。

4). 合理配置变压器，恰当地选择其容量。

5). 调整生产班次，均衡用电负荷，提高用电负荷率。

6). 改善配电线路布局，避免曲折迂回等。

5.2人工补偿法：

实际中可使用电路电容器或调相机，一般多采用电力电容器补尝无功，即：在感性负载上并联电容器。

在感性负载上并联电容器的方法可用电容器的无功功率来补偿感性负载的无功功率，从而减少甚至消除感性负载于电源之间原有的能量交换。在交流电路中，纯电阻电路，负载中的电流与电压同相位，纯电感负载中的电流滞后于电压90°，而纯电容的电流则超前于电压90°，电容中的电流与电感中的电流相差180°，能相互抵消。

电力系统中的负载大部分是感性的，因此电流将总滞后电压一个角度，将并联电容器与负载并联，则电容器的电流将抵消一部分电感电流，从而使总电流减小，功率因数将提高。

并联电容器的补偿方法又可分为：

5.2.1 个别补偿。即在用电设备附近按其本身无功功率的需要量装设电容器组，与用电

设备同时投入运行和断开，也就是再实际中将电容器直接接在用电设备附近。适

合用于低压网络。

优点：是补尝效果好，缺点是电容器利用率低。

5.2.2 分组补偿。即将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路出线上，它可与

工厂部分负荷的变动同时投入或切除，也就是再实际中将电容器分别安装在各车

间配电盘的母线上。

优点：是电容器利用率较高且补尝效果也较理想（比较折中）。

5.2.3 集中补偿。即把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上。在实际中

会将电容器接在变电所的高压或低压母线上，电容器组的容量按配电所的总无功

负荷来选择。

优点:是电容器利用率高，能减少电网和用户变压器及供电线路的无功负荷。

缺点:不能减少用户内部配电网络的无功负荷。

实际中上述方法可同时使用。对较大容量设备进行就地无功补尝。

六、提高功率因数的意义

6.1 通过改善功率因数，减少了变电系统中无用功率，避免了被供电局罚款的可 能（供电局要求企业变电系统中的功率因数必须达到0.9以上，否则将被处罚）。

6.2 藉由良好功率因数值的确保，从而减少供电系统中的电压损失，可以使负载

电压更稳定，改善电能的质量。

6.3能够提高企业用电设备的利用率，充分发挥企业的设备潜力

6.4 能够有效地减少线路的功率损失，减少了用户的电费支出。

七、案例

例： 某工厂之低压配电室以400V 的电压给负载16KW 的生产设备供应电力，

如果输电线总电阻为1Ω，平均电费为0.688元/KWh ，试计算：

(1).负载的功率因数从0.75提高到0.9时，输电线上一天可少损失多少电能？

(2).负载的功率因数从0.75提高到0.9时，输电线上一年可少损失多少费用？

解： (1) cos ?=0.75时输电线上的电能损耗:

W 1损=I 12R=(P/(√3 U cos ?))2 R =30.82×1≈949 W

cos ?=0.9时输电线上的电能损耗:

W 2损=I 22R =( P/(√3 U cos ?))2 R =25.72×1≈660 W

所以：输电线上一天可少损失的电能△W= （949-660）×24≈6936 Wh ≈7 KWh

（2）输电线上一天可少损失的费用=7×0.688≈4.8元

那么输电线一年(350天)可少损失的费用=4.8×350≈1680元

由公式cos I c ?=可知，在负载（P ）、电压（U ）不变的情况下，功率因数（?cos ）越小，则电流（I ）越大，功率因数（?cos ）越大，则电流（I ）越小。一般工厂内存在着大量生产设备，各设备之间均采用并联的连接方式，若单体设备的功率因数（?cos ）越小，则其输电线路中的电流（I ）就会越大，在输电线路电阻（R ）不变的状况下，这样输电线上的电能损失就越大（即电费损失越大）,若能采取措施提高各单体设备的功率因数（?cos ），那么输电线路中的电流（I ）就会降低，在输电线路电阻（R ）不变的状况下，这样输电线路中损失的电能也会减少（即电费损失减少）；同时等同于增加线路的负载量，即在不增加线路投入的情况下，可以再增设生产设备。

八、现状及改善建议

8.1 现状：目前我们各分公司提高功率因数的方式多采用并联电容器集中补偿，即把

电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上；各分支电路系统及

个别设备用电线路中很少使用并联电容器补偿。

8.2 改善建议：根据各分支电路及个别设备的需要在用电线路中增加并联电容器，以补

偿设备对无功功率需要，从而减少电力系统中的电能损失。另定期对电力

系统中使用的补偿电容器组做查检，观察电容器组是否有外壳膨胀、破裂、

液体溢出、异味等现象，用仪器检测电容器组是否过电压及过电流、表面

温度是否过高、三相电压及电流是否平衡等，以便能及时的更换损坏的电

容器组（更换时必须将电容器内残余电荷放掉），从而保证功率因数的稳定，

节约能源及费用。

电力的用途已家喻户晓不用赘述，现代社会电力已经是人们生产生活不可或缺的重要资源。不论电力是来自传统的火力发电、水力发电、核电还是来自于现代的风能、太阳能、海洋潮汐能或者是未来的地热能，都是来自不易。既然人们已经离不开电力，那我们就只有好好珍惜利用它而不能白白浪费掉。

现代工业企业往往也就是耗电大户，一年的用电量少则上百万千瓦时，多则上亿甚至过百亿千瓦时，用电成本占企业总成本的比重较大，如电解铝厂的电费占比已经超过企业总成本的40%。

开展节电活动是每个公民应尽的义务，作为企业无论是从节省成本的角度还是从承担社会责任的角度都理当采取各种技术措施和管理方法来节约用电达到降低用电成本之目的。

降低用电成本并非采取非法手段去挤占电网公司的便宜，而是要用科学的方法，合法合理合规地去节省。

下面分几个方面来阐述降低用电成本的方法和途径。

一、采用先进技术节电

1、选用节能型电力变压器

电力变压器的损耗包括铁损和铜损两部分，铁损是由变压器铁芯硅钢片间的涡流和漏磁产生的，起主要作用的是涡流损失。减少涡流损失的途径是选用质量好的硅钢片（日本产品、中国武钢的产品）、减少硅钢片的厚度（0.3mm）、改善叠码工艺、选用非铁性夹具等。铜损是由于变压器线圈通过电流时电阻所产生的热损失。现在一般选用11型以上的节能电力变压器。

2、选用节能型电动机

在不采用同步电动机时，一般情况下选择Y系列新型异步电动机。

3、选用高效的风机、水泵等机械设备

新型高效风机、水泵的效率已经超过80%。

4、运行功率因数自动补偿装置

在拖动设备较多的用电区域，自然功率因数一般较低，达不到0.80，功率因数低，一是电力设备的利用率差；二是配电线路电压降大、线路损失大；三是低于电业部门的力率考核值可能追缴力率调整电费，因此需对功率因数进行补偿。补偿可采用并联电容器集中和就地两种方式，当采用集中补偿方式时应将电容器分成若干组并安装自动投切装置，根据设定的功率因数值，自动投切一组或多组电容器，达到不过补也不欠补，控制力率在给定值范围内。

5、选用变频调速等控制装置

（1）设备启动控制

在不需要快速启动的场合，一般不进行全电压启动，应采用自耦降压启动、星角降压启动、变频启动等降低启动电流的启动方式。

（2）设备运行控制

连续运行的水泵、风机等用电设备，如果在运行过程中负荷波动大且不能中断，如供水系统白天用水量大而夜间用水量小，如停运就会影响供水，在这种情况下就应安装压力（流量）控制器或变频控制器，根据用水量来调节系统的出力，避免出现大马拉小车现象，达到节电目的。

6、优化配电网络

配电变压器和配电装置应安装在负荷中心，尤其是0.4kv系统，配电线路半径最好在500m内。不论采用架空导线还是利用地下电缆供电，应根据所接待电力负荷的大小按经济电流密度计算选择导线截面并用允许电压降来核算其正确性，同时要考虑负荷增长的可能性，不能超负荷运行，否则既不安全又不经济。

7、完善继电保护装置

配电装置和供电线路在运行过程中不可避免地发生接地和短路故障，一旦发生如不能及时将故障段切除，不仅会造成电气设备损坏而且也会损失大量的电力。因此必须安装快速、可靠、灵敏、有选择性的继电保护装置并根据负荷的变化及时予以整定。

8、选用节能型照明灯具和相应的控制方式

照明灯具应选择功率小照度大的新型节能灯具，根据其安装的位置和功能不同可以采取不同的控制方式，如路灯可以采用时控或光控也可以采用时控光控相结合的控制方式；楼房的走梯照明可以采用声控方式；居室内照明灯可采用多档或连续调节亮度的控制方式。

二、强化管控节电

1、制定科学合理的电耗定额

（1）制定生产车间、生产工序直到单台（套）加工设备的电耗定额，定额要有先进性、可操作性。

（2）淘汰或改造落后的生产工艺和设备，使之符合定额的要求。

（3）根据技术进步和设备更新情况及时修订电耗定额。

2、落实节电责任制度

（1）制定与电耗定额相关的责任制度并逐一落实到车间、班组和人头。

（2）定期开展电耗定额责任制度考核并与经济指标挂钩，奖优罚劣。

3、严格控制非生产性用电

凡与企业生产关系不大、与企业经营活动无关联的场所，要严格限制用电，办公楼、宿舍楼、食堂等的照明要切实做到人走灯灭，杜绝长明灯现象，当不使用有待机功能的电脑、电视机、自动热水器等设备时，应当关闭电源。杜绝私拉乱扯节电行为，特殊情况需要临时用电时必须履行相关审批手续，用电结束后将用电设施及时拆除。

三、充分利用国家及当地政府的优惠政策

1、国家对高新技术、高新企业、特殊行业都会出台一些优惠政策，当地政府也会对招商引资项目给予一定的电费优惠。

2、东北电网范围内配电电压10kv、年用电量在3000千瓦时及以上的用电大户，可以进行大用户直供电，其程序是用电企业申报、政府经信部门审核、在网调中心备案就可参与电力双边交易，其交易的电价肯定低于国家指导电价，其它地区电网也同样有相似的直供电政策。

3、可以享受电价补贴。内蒙古自治区政府2017年从财政列支10亿元给蒙东电网公司，对蒙东范围内的工业企业用电户给予补贴，补贴后10kv用电户的电价比指导电价降低了

0.06元/kwh。其它省份也会有类似的做法。

四、建设自备电厂

当企业或企业集团（在同一工业园区内）的用电规模达到可以建设自备电厂时，可按国家相关规定申报核准建设自备电厂。

因自备电厂往往毗邻企业用电负荷中心，不需要通过电网输送，所以不存在过网费，其发电成本比国家指导电价可降低0.10元/kwh以上。

要提高自备电厂的经济效益，在建设自备电厂的前期，对机组装机容量的选择应考虑下列几种因素：

1、发电机组的台数应在两台以上；

2、单机规格型号应统一，附属设备应尽量选用同一厂商的产品，这样会有备品备件储备少、检修互换性强、运行灵活等优点；

3、在决定并网运行时，发电机组的装机容量应与企业用电负荷相等或接近，在机组全部完好时可以满发，当一台机组故障时可从电网购入部分电力满足企业全部生产用电需要，这样的装机规模可以实现发电机组利用小时最大化，设备综合利用率最高。

4、在决定不并网运行时，发电机组的装机容量应按N+1选择，N台设备的总装机容量与企业的用电负荷相匹配，N+1的意思就是要多装一台，当一台机组检修或出现故障停运时，其它机组可以满足生产的正常运转。因为多装备了一台机组，企业的用电量是一个定数，机组的利用小时数不可能超出预设值。当出现一台机组正处在检修状态而另一台机组故障时，企业只能是减少生产设备出力，这样的结果是机组的整体运行效率降低，因电力受限可能不会圆满完成全年的生产任务。在现行政策下，自备电厂不并网运行能节省0.05-0.06元/kwh 的备用容量费（自发自用电部分），但每时每刻都存在运行安全风险，最大的风险是全厂停电，为应对风险，在电厂侧必须装备快速黑启动电源、可靠的低频减载装置、可靠的FCB 装置等，在负荷侧要有稳定运行的技术措施，防止负荷突变，升降负荷要有计划并征得电厂同意，低频时能配合电厂快速精准地减负荷，应制定详细的甩负荷、全厂停电等事故预案，有效防范各种事故风险。

以上所述工业企业降低用电成本的方法与途径，既没有专门所指也不可能包罗万象，只能起到抛砖引玉作用，具体到某一企业就该具体问题具体分析，摸清楚企业的用电情况后再对症下药。

科学技术日新月异，节电的技术和方法也在不停的进步中，电力的利用效率一定会越来越高，浪费一定越来越少。