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一种全新的节电方式

一、节电与成本控制
电费是一项未被企业控制的最后一项成本,美国著名的财经《CFO》杂志,最近发表的,对美国1000家最大的上市企业所做的一项调查，获得了两项惊人的发现：第一，电费开支通常为企业的第三或第四项最大的成本；第二，对多数企业而言，电费是未被企业控制的最后一项成本。关于第一个发现，《CFO》杂志发表评论认为，在传统概念中，电费成本是生产成本中的一部分，因此直接控制的压力不大，无需单独加以考虑，但他们很快就会发现这是一个错误的概念，因为除物料成本和人工成本外，电费的支出通常为第三大项的开支，是往往被企业在控制模式中忽略的，然而却是十分惊人的一项企业成本。关于第二个发现，在这些大公司中，企业花费大量的投资用于对物料和人工成本的控制，如复杂的和极其先进的电脑控制流水线，电脑控制的物流与配送系统；复杂的人力资源管理软件。企业热衷于物料成本控制，人工成本控制，运输成本控制，税费控制和行销费用的控制，但恰恰对电费的控制感到力不从心。为什么会这样？《CFO》杂志认为，在电力市场解除管制以前，买谁家的电是难以选择的，企业在用电价格方面没有谈判权；更重要的问题在于，企业家们普遍认为电费开支是难以被控制的，交电费是天经地义，因为用电设备消耗多少电，是由用电设备的机电特性所决定的，主观的控制无能为力。此种观念正确吗？差矣！《CFO》杂志认为，通过一系列的技术和管理措施企业至少可以减少10％以上的开支，企业普遍没有认识到这一点。企业所面对的困难是，他们或许认识到了加强管理的重要性，但他们缺乏相应的工具，变压器调压调功率因数节电，可以让企业了解哪些部分用了多少电，哪些是合理的，哪些是不合理的，有了这些统计信息，企业将能采取有效的管制措施，节约电费。而目前的现状是企业很无奈，不象企业的其它成本控制有非常明确的方式去实施有效的控制，电费的控制却仍然处于一种非常初级的阶段。因此，电费成本控制，成了企业家们的最后一块成本控制处女地，是未控制的一项成本，同时，也是企业的最后一项可控制的成本。
二、研究动态调电压的意义
       配电变压器的损耗分为静态和动态损耗。静态损耗是指在额定电压、额定电流下的运行损耗；动态损耗是指偏离额定电压、额定电流下的运行损耗。目前我国电力管理部门对用电户计算电费时，其中变压器损耗电费的计算，是依据变压器制造厂家提供的有关铭牌参数进行计算的。由于是额定参数下的损耗，所以称之为“静态损耗”（不是严格的定义，仅是为研究损耗电量而言）。配电变压器定型设计为三个高压档位（高压分接头）即额定电压、正 5% 额定电压、负5% 额定电压。在实际运行中根据系统电网电压的变化及负荷大小的变化，随时调整到合适的运行档位。变压器的损耗与外加电压密切相关，铁损一般人们认为是一个恒定不变的参数 ,  实际上当外加电压变化时铁损变化幅度非常大，一般规律是：当电压下降5% 时，铁损降低 20% 。此时线损随着电压降低而增加9%,如果变压器是轻载运行，线损则低9%。依据大量的 10 千伏配电线路理论计算得知：一条配电线路中的总网损，其中80% 以上是铁损部分,线损和铜损合计仅占不到 20% 以下。看一个供电部门的管理水平如何，主要是看总的网损指标。电力管理部门可采用降低（或增加）每条配电线路的运行电压，来调整线损和铁损平衡。如果电力部门按季在保证用户端电压基本额定条件下,优化每个配电变压器的运行电压档位。这样可以为电力部门大幅度“额外”节能降损。大幅度地降低了供电成本。由此可见，研究计算动态配电变压器损耗是电力管理中的一项很有意义，而且经济效益非常显著的工作。
 三、节电原理
从变压器和电动机的工作原理可知，变压器在运行时有两类损失：铁损和铜损，简称变损。
E=4.44fwφ，E约等于电源电压，f为工作频率，w为绕组匝数，φ为磁通量。变压器或电机的铁损就是这个φ造成的。从上式可以看出，电源电压（E）升高时，除这个φ外，其它都是固定数，那么φ就电压升高而增加。铁损增加。
P0=I2R，P0是铜损（线损）I是电流，R是变压器或电机绕组的直流电阻。随如果电压和负载都不变化，此时的铁损和铜损也不变化，为一固定损耗值。
当电压变化时，铁损和铜损的变化规律为：
1、电压上升5%时铁损P铁增加20%，铜损P铜下降9%；
2、当电压下降5%时铁损下降10%，铜损增加10.8%。
当负载变化时，铁损不变，铜损的变化规律为“
1、 负载上升5%，铁损P铁不变，铜损P铜上升10.25%。
2、 负载下降5%时铁损P铁不变，铜损P铜下降9.7%。
负载变化意味着负载率的变化，这对于电动机和变压器来说是相同的。由此得知，负载率（负荷率）影响铜损不影响铁损，即：
P铜=β2Pe 。β为负荷率，Pe是额定铜损。由公式看出铜损与负载率平方成正比。假设用电户变压器的负荷率为10%（0.1），
无论电压上升还是下降，在低负荷率10%运行时，总损失中铁损是占主要的，如果我们想要降低此时的总损失，就要进一步降低电压运行。但降多少为最合理，需要用变压器仿真编程软件时行大量计算。在保证用户最低工作电压的基础上,进行优化计算，指导用电决策或控制相应开关进行电压切换来完成。如果负荷率很大时，总损失中铜损是占主要的，此时仿真软件要取铜损相对小一些的数去优化电路。
采用此种方式节电的关键是仿真软件的算法要先进，科学，以多次优化电费计算中最少的合计电费（不能单独取无功电费或其他单一电费最少，应取总的合计电费最少。）作为最终优化目标，确定应该选择的运行电压，以此电压对应变压器分接开关运行位置。变压器分接开关一般都配有额定运行位置指示，对照优化电费计算结果和额定运行位置，然后决定由人工或控制开关进行向上调或向下调。
来自电网的电压是一个无法调节的固定电压，若想改变大小用户只能采用自用的变压器分接开关来改变来自电网的电压。变压器的有载分接开关（或无载分接开关）在用户单位实际使用时，仅是为了在来自电网的电压发生变化时，通过调整分接开关运行位置，保持用户单位的变压器一次电压为额定值或某一确定值，根本无法确定这种切换是否是科学的和最优的。如果采用变压器仿真程序进行科学优化，指导变压器的用电单位在电网电压发生变化，或生产用电变化及无功补偿需要配合调压时，在电压的最低或最高限制下，以最少电费支出，指导调整变压器分接开关运行位置。
四、与传统节电方式的比较
目前，全球可开发能源日益减少，而新一代替代性能源尚未开发成功，可以预见未来相当长的时期内，能源问题必然异常严峻，因此在现今社会中，能源的合理利用和有效节省已成为十分重要的课题。“十二五”时期是我国加快转变经济发展方式的攻坚时期，对进一步强化节能减排目标约束机制提出了更高要求。在综合分析我国经济社会发展水平、节能潜力、资源环境约束条件、应对气候变化的基础上，“十二五”规划纲要提出了今后5年单位国内生产总值能源消耗降低16%的约束性指标，难度进一步加大，任务将更加艰巨。
电力作为能源的一种重要形式，在当今社会发展中起着不可替代的作用。电力做为一种能源为国家经济的飞速发展提供坚实的保障，但是电费确是现今大多数企业最后一项未被控制的成本。企业目前采用的节电方式无非是变频器滤波器、无功补偿、降电压等，都有其局限性，节电效果甚微，其中有些产品也具有不俗的节电效果，但昂贵的价格却成了企业迈不过去门槛，下面我们就目前常用的节电方式进行对比分析。
1、 变频器
有着不俗的节电效果，但只能对特定的并且单一的电动机负载实行节电，应用领域非常狭窄。大多数情况下如起重、轧机、金属加工的电动机无法应用，更不用说对电焊机、变压器等非转矩性用电设备进行节电了。更主要的是变频器会产生大量的谐波污染，严重影响电源质量。
2、 滤波器
滤波器是作为改善电源质量而开发的节电产品，它旨在消除谐波和谐波损耗，提高供电质量。在不同的供电系统中，谐波次数和谐波量并不一样，在谐波量小的系统中无法起到期望的节电效果，在谐波量大的系统中，若要获得好的滤小效果，需要对各次谐波进行过滤，设备体积庞大，投资高昂并效果并不明显。
3、无功补偿
无功补偿对于电力供电系统而言，是有着不俗的节电效果。对于企业来说，更多的是强制性的。电力部门一般设立两块计量仪表，一块在发电厂（或变电站）的出线端叫供电表，另一块在企业进线端叫受电表。两块电表的差值就是无功在电路上的消耗，这个消耗就是无功损耗，是由电力管理部门承担的。为了减少这个损耗，电力部门硬性规定了这个损耗的最低值，这个最低值是用功率因数来衡量的。即功率因数不能低于0.9，低于这个数值要收取功率因数调整费。因此企业中的无功补偿更多的是无奈这举。
4、降电压
降电压节电是目前节电产品市场上除变频器之外应用最多的节电产品，为此国家质量技术监督局还专门频布了国家标准。它是在用电设备首端加入了一个电抗器，具有降低电压，滤波和缓冲作用，如果配合电磁平衡技术，还可以调整三相不平衡。节电率可以达到3-15%以上的节电率。但是这各节电产品设备庞大，价格高昂令企业望而生畏。同时负载的频繁变化会影响其节电效果，降低电压无法动态变化，在电压低峰时容易引起低压运行。
5、动态调电压
这种节电方式的节电效果并不是很显著，它是利用系统实际运行参数，由仿真变压器编程软件进行优化计算，自动找出系统的铁损，铜损，功率因数，结合电力部门收费规定，自动计算收费数额，以综合收费金额最小的优化参数，自动调节变压器电压和功率因数来达到节电效果。它是以电费金额为指导进行优化，并不是以实际损耗为标准进行优化。因此更贴近企业利益。这种节电方式最大的好处是投资少，它是提出了变压器最佳工作方案，如果为了节省投资，可以由人来根据方案进行操作。
  六 、结语
       本文提出的配电变压器动态调电压节电方法，是作为一种全新的节电理论进行讨论。无论从原理上还是可操作性上都具备实施的可能。希望能引起同道中人的兴趣并参与到其中。共同为人类节能和可持续发展做点贡献。