優(yōu)化變壓器配置與節(jié)電增效

鄭志先　桂　娟（新疆石油工程設(shè)計有限公司）

優(yōu)化變壓器配置與節(jié)電增效

鄭志先桂娟（新疆石油工程設(shè)計有限公司）

油田一些生產(chǎn)、生活基地等場所，變配電設(shè)施不同程度地存在配電變壓器配置不合理、利用率偏低、載荷過低等現(xiàn)象，既浪費能源，又要支出不必要的運行費用。通過合理設(shè)計、改進原有配電系統(tǒng)，并根據(jù)實際負荷情況，調(diào)整部分變壓器啟停，減少掛網(wǎng)變壓器輕載運行狀況，節(jié)能增效效果明顯。

變壓器；優(yōu)化；投資回收；有功損耗；無功損耗；節(jié)電

油田一些生產(chǎn)、生活基地等場所，變配電設(shè)施不同程度地存在著配電變壓器配置不合理、利用率偏低、載荷過低等現(xiàn)象，既浪費能源，又要支出不必要的運行費用。如某石油科研生產(chǎn)辦公樓的初步設(shè)計，在配電系統(tǒng)設(shè)計上側(cè)重滿足技術(shù)要求，對科研辦公樓的節(jié)能降耗、降低運行費用方面考慮不足。主要體現(xiàn)在變壓器的配置不合理，變壓器運行大部分時間負荷率很低，能耗和運行費用很高。以此案例進行分析、提出改進優(yōu)化方案并進行能耗、電費、投資回收計算，以期對今后類似工程有所借鑒。

1　案例

1.1基本情況

某科研生產(chǎn)基地辦公樓，建筑面積8×104m3，用于科研辦公生產(chǎn)要求。樓內(nèi)負荷情況為：消防設(shè)施、電梯等用電為二類負荷，其他為三類負荷。在樓內(nèi)地下室設(shè)了2座10/0.4 kV變電所（1#和2#變電所），2座變電所每座無功補償1200 kvar，功率因數(shù)均為0.92。2座變電所間距140 m，兩者之間采用電纜溝相連通。

1#變電所設(shè)高低壓配電室，設(shè)12面高壓開關(guān)柜（2面電源進線柜，2面計量柜，4面出線柜，2面聯(lián)絡(luò)柜，2面PT柜），采用單母線分段接線；設(shè)2臺SCB10-10型變壓器，容量均為1600 kVA。低壓配電室內(nèi)設(shè)19面GCS抽屜式配電柜，采用單母線分段接線。夏季總計算負荷2106 kW，其中夏季空調(diào)負荷為1180 kW，其他負荷926 kW，消防負荷為280 kW（不計入總負荷）。采用10 kV雙回路電源進線。

2#變電所設(shè)有變配電室，內(nèi)設(shè)2臺1600 kVA變壓器；設(shè)19面GCS抽屜式配電柜，采用單母線分段接線。夏季總計算負荷2150 kW，其中空調(diào)負荷為1210 kW，其他負荷940 kW，消防負荷為291 kW。變壓器10 kV側(cè)電源由1#變電所10 kV配電系統(tǒng)兩段母線配出柜引接。

1.2變壓器載荷分析

該科研樓的1#變電所夏季變壓器負荷率72%，其他季節(jié)變壓器負荷率31%。2#變電所夏季變壓器負荷率73%，其他季節(jié)變壓器負荷率32%?？梢钥闯?，2座變電所變壓器負荷率夏季處于比較合理的狀況，但其它3個季節(jié)負荷率嚴重偏低，空載現(xiàn)象比較嚴重。

由于該建筑消防負荷等二類負荷的需要，每座變電所須保證2臺變壓器為二類負荷提供電源保障［1］，這樣盡管夏季外的其他季節(jié)變壓器負荷率很低，但仍需要每座變電所設(shè)有2臺變壓器，不能報停一部分變壓器。這樣就不可避免地造成能耗大，運行費用高，比如2座變電所的4臺變壓器每年所需電費約為200萬元（按克拉瑪依現(xiàn)行電費政策：0.26元/kVA月度計算，每年按12個月計算）。但實際上，根據(jù)負荷情況，全年3/4的時間根本就不需要這么大容量變壓器，只需現(xiàn)有1/2的容量即可滿足供電需求。

如何在保證供電可靠性的前提下，既能滿足辦公樓各種用電設(shè)施的用電需求，又能減少電能損耗和運行費用，達到節(jié)電增效的目的。提出改進措施，基本思路是在每座變電所內(nèi)設(shè)3臺變壓器，1臺為夏季空調(diào)專用變壓器［2］，另外2臺保證樓內(nèi)除夏季空調(diào)負荷以外的其他負荷用電。夏季運行3臺變壓器；其他季節(jié)（春秋冬3季節(jié)）運行2臺變壓器，夏季的1臺專用變壓器向供電部門報停。這樣既滿足樓內(nèi)用電負荷可靠性要求，又可使運行變壓器負荷率在比較合理的范圍內(nèi)，變壓器運行處于比較經(jīng)濟的狀況，減少了變壓器的損耗，同時由于每座變電所報停1臺變壓器，這樣節(jié)省了相當(dāng)一部分變壓器基本電費，達到節(jié)能增效的目的。盡管每座變電所增設(shè)1臺變壓器后會使建設(shè)投資成本略有增加，但實際上，利用節(jié)能節(jié)電及節(jié)約的運行費用即可在很短的時間內(nèi)將增加的建設(shè)成本收回。

1.3改進方案

在1#和2#變電所的變配電室內(nèi)各設(shè)3臺變壓器，1臺1600 kVA為夏季空調(diào)專用變壓器，滿足夏季空調(diào)負荷的用電需求，采用0.4 kV單母線接線；低壓配電柜除新增1面進線柜外，其他配出柜與原方案相同；另設(shè)2臺800 kVA變壓器，滿足空調(diào)負荷以外的其他負荷的用電需求，采用0.4 kV單母線分段接線，配出柜與原方案相同。電源引自新增高壓配電柜。高壓配電室增加2面高壓配電柜（每段母線各增加一面），高壓系統(tǒng)接線方式不變。

2　能耗和費用計算

2.1原方案電能損耗計算

變壓器有功功率損耗、有功電能損耗、無功電能損耗［3］計算公式分別為

式（1）～（3）中：

ΔP——變壓器有功功率損耗，kW；

ΔA——變壓器有功電能損耗，kvarh；

ΔQ——變壓器無功電能損耗，kvarh；

ΔP0——變壓器空載有功損耗，kW；

ΔPf——實際負載時的功率損耗，kW；

ΔPk——變壓器滿載有功損耗，kW；

cosφ——功率因數(shù)（1#和2#變電所功率因數(shù)均為0.92）；

Pj——系統(tǒng)計算負荷，kW；

Sn——變壓器額定容量，kVA；

T0——變壓器全年投入運行小時數(shù)，h；

Tf——最大負荷年損耗小時數(shù)，h；

ΔQ0——變壓器空載無功電能損耗，kvarh；

ΔQf——變壓器滿載無功電能損耗，kvarh；

I0%——變壓器空載電流占額定電流的百分數(shù)；

Uk%——變壓器阻抗電壓占額定電壓的百分數(shù)。

2座變電所的變壓器參數(shù)見表1，年有功電能損耗、無功電能損耗計算結(jié)果見表2。

表1　1#、2#變電所變壓器參數(shù)

表2　變電所年有功電能損耗、無功電能損耗

2.2改進方案后電能損耗計算

改進方案后變電所年有功電能損耗、無功電能損耗計算結(jié)果見表3。

表3　改進方案后變電所年有功電能損耗、無功電能損耗

方案改進后節(jié)約總有功電能損耗7268 kWh，總無功電能損耗205 476 kvarh。

方案改進后，2臺1600 kVA變壓器報停。每年可節(jié)約該報停變壓器的基本電費75萬元（按報停9個月計算）。節(jié)約有功電能損耗電費0.32萬元（按克拉瑪依市現(xiàn)行電價：0.44元/kWh）。

3　效益分析

方案改進后費用估算如下：

1）改進方案用4臺800 kVA變壓器（每座變電所各2臺）替代原方案2臺1600 kVA變壓器（每座變電所各1臺）。比原方案高出12萬元費用（每臺800 kVA變壓器設(shè)備費及安裝費按14萬元計；每臺1600 kVA變壓器設(shè)備費及安裝費按22萬元計）。

2）增加2面高壓開關(guān)柜，費用約20萬元（每面高壓配電柜設(shè)備費及安裝費按10萬元計）。

3）增加由1#變電所高壓配電柜到2#變電所的10 kV高壓電纜（95 mm2），長度約160 m（10 kV高壓電纜及安裝敷設(shè)綜合造價50萬元/km），費用8萬元。

4）增加4面低壓配電柜，共16萬元（2座變電所各2面，每面按4萬元計）。

5）其他費用約5萬元。

改進方案較原方案總費用增加61萬元。投資回收年限0.81年，不到1年的時間即可收回成本。

4　結(jié)論

通過改進原有配電系統(tǒng)，將每個變配電室的原配電系統(tǒng)由2臺相同容量（1600 kVA）的變壓器改成1臺大容量（1600 kVA和）2臺小容量（800 kVA）共3臺變壓器，可根據(jù)實際負荷情況，通過靈活調(diào)整運行方式，在一段時間內(nèi)（在負荷較低的季節(jié)）報停一部分變壓器，減少掛網(wǎng)變壓器輕載運行狀況，既可以降低變壓器的損耗，又可節(jié)約變壓器的基本電費；盡管改進后的方案在建設(shè)投資上略有提高，但高出的費用可在不到1年的時間即可利用所節(jié)約的電費將成本收回，以后每年可節(jié)約電費達75萬元，每年可降低總無功電能損耗205 476 kvarh，節(jié)能增效效果明顯。

［1］中國機械工業(yè)聯(lián)合會.20 kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范:GB 50053—2013［S］.北京：中國計劃出版社，2014:2-6.

［2］中華人民共和國建設(shè)部.民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范:JGJ 16—2008［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008:16-17.

［3］任元會，卞鎧生，姚家袆，等.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊［M］. 3版.北京：中國電力出版社，2005:16-20.

（編輯莊景春）

“陸地空客”“巴鐵”將登陸中國城市可減少35%交通擁堵

5月20日，在第十九屆中國北京國際科技產(chǎn)業(yè)博覽會上號稱“陸地空客”的“巴鐵”吸引了人們的眼球。

所謂“巴鐵”，是城市大巴和地鐵的創(chuàng)新結(jié)合：外形猶如一輛在公路上奔跑的寬體短型列車，時速可達60 km/h，平均時速為40 km，遠高于普通公交大巴平均20 km的速度；而且一輛“巴鐵”可以容納1200～1400名乘客，是普通公交大巴的幾十倍！因此被稱為未來城市中的“陸地空客”。

“巴鐵”是中國原創(chuàng)的重大發(fā)明，也是世界級明星，2010年“巴鐵”入選美國《時代周刊》全球50項最重大突破發(fā)明，被稱為“人類最具創(chuàng)新精神的公共交通解決方案”。如今“巴鐵”已列入我國重大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。

胡慶明

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.04.001

2015-12-22

鄭志先，工程師，2002年畢業(yè)于西安石油學(xué)院（發(fā)電廠與電力系統(tǒng)專業(yè)），從事電氣設(shè)計工作，E-mail：849671605@qq.com，地址：新疆維吾爾自治區(qū)克拉瑪依市友誼路115號，834000。