本文简叙了当前工矿企业供用电的状况，讨论了开展节电工作的途径，重点分析了电气设备无功电耗的原因，汇集了部分节约电力的新观念、新技术、新措施。
1、引言
能源—或称热力之源，是人类赖以生存和活动的物质基础，在现代化工厂企业，最主要的体现形式是动力，而电力应用又首当其冲。
进入新世纪以来，能源已成为世界问题的焦点之一，它直接关系到经济社会和民生甚至能源供求的国际关系，目前国内企业和居民生活最直接的影响就是煤、电、汽油和生产资料的涨价，如今除居民用电外，工业和农业电价已逐年有所上调。
在生产的粗放型时代，问题还不很突出，有些企业总是把注意力放在扩大再生产上，只要产量上去了，就会有市场，而目前的现实，呼吁企业的经济决策人以新的思考，节约能源，生产为获取利润，注重经济和社会效益。当前企业管理的流行语是“节能任重于天，细节决定成败”。
言归议题，目前企业的能源使用和用电状况如何，怎样节电，有什么有效的技术措施？这是企业面临的实际问题，而本文更側重于后者的探讨。
2、企业的用电状况
以冶金工厂为例。说到钢铁企业，就想像到高炉耸立，铁水奔流，钢花怒放，轧机轰鸣，拿一个年产百万吨以下钢铁产品的中型企业来说，通常就有矿山、原料场、高炉、炼钢、轧钢、铸造…，及其他配套设施，通常需要约MVA以上的电力负荷，每天就要消耗数十万度的电能。这些厂矿所装备的典型设备和电气系统，如原料厂的烧结机长距输送带的运行；炼铁高炉装料卷扬机的电力拖动，热风炉的大型鼓风机电动机启动；炼钢厂的转炉的顶吹氧、倾炉装置、风机的转动和调速；轧钢机的大型初轧高压同步或绕线异步电机、直流调速连轧机的控制；铸造熔炼电炉的供电，以及相应的通用附属设备如工业锅炉、大型水泵、空压机和遍布的轨梁起重机，等等。
应看到，随着企业技术进步和发展，工厂的许多电气设备几经换代，技术水平和效率已有很大提高。如电气开关已一再升级，像80年代以前的高压油开关已彻底淘汰，代之以新型真空开关、空气开关；电力变压器已由各种老型号改型到铜芯S7型并向S9型过渡；普通交流异步电动机已由过去的J系列升级为Y系列；直流电机调速系统经由水银整流器、交直流发电机－电动机组，更新为晶闸管直流调速机组；当今交流变频调速技术，解决了交流电机的无级变速问题，且效率更高，不一而言。可以说，当前我国在行业整顿，优化组合，企业竞存，优胜劣汰中，保存及新兴成长的国有大中型、民营企业，技术装备和自动化程度已有相当水准，初具现代化规模，供电系统电力效能都有较大提高。当然，也应看到，许多传统老工业企业及一些乡镇规模较小、技术较弱的工厂，有许多老旧设备还在运行，电力设备节电性能较差，节能降耗技术改造任务还很繁重。
那么，在目前情况下，企业的节能降耗包括节电，还有无潜力可挖，存在什么问题特别是技术方面的原因，如何解决？这是我们技术讨论的着眼点。
3、影响设备电耗的技术因素
电气设备是为生产工艺服务的，工艺是否先进合理，自身节省能耗，自不待言，这里主要分析电气设备本身的能耗原理。电力作为电能由其它能源转换产生，作用于电气设备以电压电流的表现形式作功，其单位消耗的电功率为Pn=W/T（kWh），并以转化为机械能、光能、化学能的形态，产生机械动力、光照、电解或充电等。然而电器设备在对负载进行有效作功（Pf）的同时，也有一部分无效作功损耗，二者之和才是总的有功功率（Pn），这就是电器设备的效率，η=Pf/Pn，这是其一。另外，由于大多数电气设备为感性负载，如电动机线圈除电阻外还含有电感，从电工学的原理，将产生电压电流的不同相，从相关电压、电流或功率矢量三角形看起来，实际有功率Pn要小于装置总的功率，叫作视在功率Ps，还有一部分为无功功率PL（电感上的功率），因此，有一个称为功率因数Pf的重要电气参数，专门表征这一电能的数量关系，Pf=Pn/Ps。容性负载情况类似，但常常用来补偿感性无功功率。此外，广义上的功率因数PF还包括波形崎变造成的附加电能，后面还要谈到。
可以看出，要想减少无谓的电能损耗，应从几方面入手，一是提高电器设备（包括负载装置）的效率，二是提高电气系统的功率因数，进而消除无功电流，同时要合理供电，减少线路损耗。以下，拟结合目前企业主要电气装备情况，分类讨论。
4、电气设备能耗、节电措施及发展方向
参照国家发改委节能中长期计划，和国内电力需求侧管理试点所关注的方面，结合生产应用，仅就电力节能部分项目，初步综合汇集了一些有价值的技术建议，以期共同探讨，广为关注。
（1）电力变压器：
电力配电变压器是换能效能较高的设备，尽管如此，由于存在空载损耗、负载损耗和热损耗，在厂矿用量很大，且不少老旧产品，使用不尽合理,因而节电挖潜空间很大。
据专家分析建议，如能以S9及以上系列产品更替旧产品，节电回收年限为2至3年，特别是SC11型卷铁芯变压器，D10型单相配电变压器，非晶合金配电变压器等，空载损耗下降非常可观，有可能成为今后发展方向。
此外，合理的配电经济运行方式，更是发挥管理的能动作用，优化运营，避免浪费的有效措施。
（2）电力线路：
供电线路线损是电力损耗的重要原因，低压线路尤甚。治理工作要重视日常供电管理，包括减少无效运行、常明灯、提高功率因数等，知微而见著，同时要着重改善电网结构。
在改进电网结构，抅建安全经济优质电网方面，应走出一个长期的习惯误区，即以最大负载选取变压器，按安全电流密度选取导线截面和条数，而忽略了经济运行，按照最新电网结构优化理论研究结果，与常规电网结构相比，选取变压器容量要加大，台数要增多，线路截面要加大，条数增多，并治理电网低功率因数和谐波，这样，电网的容载比显著增大，条数增多，负载调整功能增强，促使电网运行中供电设备过载减少，从而减少线路电压损耗，提高供电质量和安全可靠性。
目前，我国部分农村供电正试行单、三相变压器混合线路供电，这种供电结构国外已广泛采用，其原则是，单相变压器直接到户，最大限度减少低压线路压降，因而西方国家配电线损一般在4%以下。不过，西方国家配电系统采用中性点直接接地或小电阻接地方式，单相变压器仅用1只套管，比较经济。我国苏州地区采用单相卷铁芯变压器双套管方式，结果基本相同，对于已采取三相四线制供电的部位，则采取以三相卷铁芯变压器改造的方式，这应是一种创新，值得参考推广。借鉴这个经验，建议厂矿也可因地制宜，灵活性地采用类似方法，在新建或改造供电系统时应用，如在使用整流或隔离变压器时，可尽量采用高压变压器，对孤远大电流低压线路，可采取高压供电、就地降压的方式，许多料场供电、远程照明也可仿此办理。
（3）电动机及其控制
电动机作为方便高效的动力机械，是电力能源最重要的应用，通常人们把直流电机、交流异步电机和交流同步电机作为传统电机的三大机种，如在冶金大型轧钢机电力拖动、交通电力机车中直流机组等，此外还有大小各种类型各种用途的电动机，但以往在各行业应用中，三相交流异步电动机和直流电机最为普遍。
电动机及其控制技术发展很快,如直流电机调速系统，目前已采用模块化整流器件及数字式调速产品；随着微电脑和电力电子技术的发展，变频调速真正解决了交流电机的调速问题并得到了广泛应用，永磁伺服电机、开关磁阻电机等新型机电一体化控制技术和设备涌现并迅速成熟，这些技术，很多都与节电有关，使电机的能效特性有了很大的提高。
那么，今后电动机及控制技术还有什么发展，是否还有节电空间？结论是肯定的，社会发展和技术进步总是向前进的，为了提高电动机的控制特性和节能水平，技术界一直在孜孜不倦不遗余力地研究改进产品。就拿变频器来说，虽然低压“交—直—交”通用变频器已广泛使用，尤其在水泵风机类负载得到普及，取得显著节电效果，而大容量高压变频器的试制推广方始热行，国产高压变频产品已趋成熟，占有了市场一席之地。为了改进普通型变频器的含５次以上谐波的非标准正弦缺陷，一方面，推出以三电平多电平为代表的各种完美正弦波方案，改进一般带滤波桥式整流器波形崎变的电路，一方面对需要场合采用“交—交”矢量变频控制，这种矩阵式电力变换器（MC），是一种绿色环保型变频器新概念，波形好，效率功率因数高，可四象限运行，是一种极有发展前途的新技术。不少专题论著中还建议我国供电电压标准应在交流380V与6000V之间，增加若干电压标准，以适应现有电力电子器件参数，便于推广变频器、软起动开关等新型节电产品的应用。
就是电动机自身的改进和换代，也有发展余地，如我国2002年颁布了电机国标（GB18613—2002）《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值》，按照新的效率标准，结合落实淘汰热轧硅钢片、推广冷轧硅钢片的产业政策，上海市经委立项开展了新型三相电机的研究，新的样机已于浙江完成，效率完全达到国标新要求和国外同类产品指标，关键技术包括冷轧硅钢片的使用、可消除主要谐波“△-Y”正弦绕组等；其他如石化企业推广的Y×2高效电机，变频器专用电机等，也在其内。测算说明，采用新型节能电机所投入的资金，完全可由节电所得早期补偿。
永磁伺服电动机（也分为交直流），以往主要用于高精度数控专用机床，由于以永久磁性材料作为磁极，节省了励磁能源，故超出一般的电效率。家电行业已率先大面积应用，如直流变频空调、永磁同步电机、无刷直流电机等。我国是矽土资源丰富的国家，发展永磁电机有着有利条件，据介绍，国内已开发出较大功率的伺服电机，用于工控拖动，综合电控系统，造价已逼近变频设备，预计长远将有越来越多的替代应用。在新技术推广产品换代过程中，往往孕含着巨大的市场和商机。
（4）电气设备的功率因数和谐波治理
设备的低功率因数和谐波，会造成设备自身和电网相当大的附加无功电流，增加电网输变电以至发电设备的负担，影响设备运行及寿命。目前，世界各国都在严格限制低功率因数电气产品，制定输入谐波的标准。
有两种情况可导致功率因数下降，一是Vs与Vsi有相位差，使COSΦ＜1，二是Isi含有谐波，使Isi与Is比值＜1。对不同情况的功率因数校正（PFC），应针对具体对象和特点，采取不同的方法和策略，通常又分为无源或有源校正。像第一种情况，即主要因感性负载产生的无功，基本方法是采取无源校正的一种，并联电容补偿，或同步机调节。在电容无功补偿使用中，根据经验，应注意不宜采用功率因数控制型控制器，而应优先采用无功功率型、无功电流型控制器，以避免“切投震荡”。如要同时兼顾谐波治理，则可采取无源校正的另一方式，接入LC滤波器，如针对变频器产生的奇次谐波，专门设计了各型专用滤波器，或采用有源滤波器动态补偿。无源滤波的优点是简单、成本低、故障少，但体积重量较大，只适于静态和较单一谐波的补偿，且不易快速动态补偿，而有源功率因数校正（APFC），可在网络和负载变化时，全面快速动态进行补偿，节电及保证电网质量，预计今后将会有越来越多的应用。通常集中补偿或就地补偿，要测试电网参数，设计专用滤波装置，这方面，北京冶金自动化院进行了许多研究工作，有专利产品优势。而专项治理，则针对产生谐波的电力电子装置，主动地彻底消除干扰源，科研工作正采取各种方法、电路，以解决这一课题，通常有在整流器和逆变器之间接入AC-DC开关电路，一般有三种基本方法，即电流峰值控制、电流滞环控制及平均电流控制，根据谐波源的性质，又分为适合电压型的串联型滤波器，和适合电流型的并联型滤波器，以及其它高功率因数整流器的研究。在此值得提起，“交-直-交”通用变频器广泛用于工控调速，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去，因而间接起到无功补偿作用，已作为改善功率因数的方法之一，但自身整流器和逆变器产生的谐波却不容忽视，应尽量滤除以减低其不利影响。
作为谐波污染的一类，一个不可忽略的问题是，各种瞬流尖峰脉冲、散杂浪涌波形对供变电系统的不良影响，目前不少产品、器件致力于这方面的治理，大部分产品是基于吸能型压敏、瞬态干扰抑制原理，这方面作为专用节电器，美国英福特公司的“节电王”产品是个新技术代表，该产品不等同于一般过压吸收元件，它提出了一个“允通电压”的概念，即设定实际浪涌不允通过的最大宽度，它的半导体瞬流控制作用，响应时间约85PS，通过在单位时间大量滤除电压瞬峰，可有效清洁电网噪波，更好节省电能。然而我们认为，一个好的产品还要合理使用，一个企业的节电技措，应全面衡量电网情况，测试分析，纠其根源，根椐情况有主次分层次制定措施，首先从工艺技术、设备选用（包括电气）精选改进做起，电网整理、基础层无功谐波消除或补偿，多种方法相辅，最后才是综合补偿，以达到系统优化、电网改善、降低电耗的目的，不能简单把希望只依托于一二种好产品或单一措施上，而未能最合理恰当的用至最佳。
（5）照明
电力照明耗电较大，也是节电重点。长期以来企业一直在节能政策指导下，加强管理，提高技术、采用节电产品，并运行于市场规律和环境之中。如目前配电盘柜的信号指示灯都已换成节能类型，各种照明节电新产品出现较多，高管压光效高的节能荧光管、稀土三基色节能荧光灯；电子式镇流器曾在节电方面起过一些好作用，但最近有一些技术回归，主要是新型感容式荧光灯镇流器的研制成功，据说节电效果较好，寿命延长，可予关心；日本等国在半导体节电照明、太阳能发电蓄电等方面的研究进展，值得关注。
（6）绿色电力
“绿电”是指由风能、太阳能、地热能、生物质能等可再生能源生产的电力，由于发电 成本较高，目前“绿电”电价高出将近一倍。最近，上海市制定了《上海市绿色电力认购营销试行办法》，许多企业深明大义，年内已有宝钢等15家企业认购，并可使用绿色电力标识，以提升企业形象。
在电力管理、能源管理方面，政府和电业部门制定和出台了一系列相关管理法规政策和鼓励措施，改进管理及借鉴国外好的管理模式，电力行业和市场也出现了一些新生事物，如电力需求侧管理（DSM）、合同能源管理（EMC）等。
5、结束语
以上重点讨论了节约电力的技术分析和措施，然而方案的贯彻和实施，离不开企业的决策和技术管理，根本问题是提高企业和职工对节能工作的认识和自觉性。
我国是最大的发展中国家，尽管目前已取得了巨大发展，然而与发达国家相比，技术和专业管理仍相对落后。就以能源利用来说，我国的单位GDP能耗和其它统计能耗，比之还相差较大，节能节电潜力很大。节能与节电，不只是单纯技术和经济问题，它对于转变国民经济发展方式，实现可持续发展战略，起着重大作用。按照国家发改委中长期专项规划，专门对节能节电工作作出安排，“十五”规划中重点发展的节能技术，其中就把节电作为重点，并把电机调速、绿色照明列为两项节能示范工程。
为了企业的生存和发展，我们必需把节能工作放在优先地位，从我国经济社会发展的长远大计出发，开拓前进，学习和借鉴国内外先进经验，建设节能性社会，化解能源对经济发展的制约，这是一项重大而紧廹的任务。我钔要肩负起企业和员工的责任，立足本职工作，搞好生产，节约每一部分能源，为建设祖国美好的未来贡献一份力量。
