徐松
【摘要】企業(yè)通過原有S7變壓器升級為S13變壓器、風(fēng)機(jī)和泵的閥門控制改造為變頻控制來實(shí)現(xiàn)能量系統(tǒng)的優(yōu)化。通過對該方案的優(yōu)化效果做進(jìn)一步測算和研究,驗(yàn)證其可行性和節(jié)能性。
【關(guān)鍵詞】能量系統(tǒng)優(yōu)化;變壓器;電機(jī);節(jié)能
【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.
10.147
某玉米淀粉加工企業(yè)原有S7變壓器電損量大,可靠性低,達(dá)不到《三相配電變壓器能效限定值及節(jié)能評價值》(GB20052-2013)中能效限定值要求,已列入《高耗能落后機(jī)電設(shè)備(產(chǎn)品)淘汰目錄(第一批)》。另外,廠區(qū)風(fēng)機(jī)和泵未采用變頻控制,存在不易調(diào)節(jié)、耗能嚴(yán)重等問題。根據(jù)國家節(jié)能降耗的原則,對原有35kV變配電與電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。
1、35kV變配電及電機(jī)系統(tǒng)能量優(yōu)化方案
(1)能量系統(tǒng)優(yōu)化:選用5臺S13-2500/35與2臺SCB12-2500/35變壓器替代原有3臺S7-2000/35、3臺S7-2500/35與1臺S9-2500/35變壓器。
(2)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造:新增變頻器79臺等。
2、能量優(yōu)化方案的節(jié)能效果研究
2.1變壓器損耗技術(shù)水平研究
2.1.1變壓器的選型
企業(yè)現(xiàn)有S7型電力變壓器屬于高耗能變壓器,新選用的S13型開口式立體卷鐵心變壓器鐵心呈三角形排列,鐵心無接縫,大大減少了磁阻,空載電流減少70~85%,提高功率因數(shù),降低了電網(wǎng)損耗,空載損耗降低20~45%。
2.1.2變壓器容量計(jì)算
企業(yè)統(tǒng)計(jì)全廠合計(jì)用電設(shè)備總功率24538.49kW,同時用電系數(shù)取0.4,則用電設(shè)備功率約為9815.4kW。根據(jù)計(jì)算公式:S=P/cosφ(取用電設(shè)備平均功率因數(shù)cosφ為0.85)計(jì)算可得,用電設(shè)備視在功率S=9815.4/0.85=11547.52kVA。
改造后共有2500kVA新變壓器為7臺,總額定容量Se=17500kVA。
變壓器的負(fù)載率η=S/Se*100%=65.99%,能夠達(dá)到變壓器的最佳負(fù)載率60%~80%之間,不僅能夠滿足現(xiàn)在容量的需求,且能為將來負(fù)荷的增長預(yù)留了發(fā)展空間。
2.1.3變壓器損耗技術(shù)水平
(1)變壓器年消耗電量計(jì)算式
W=(8600×P0+2200×Pk)+0.05(8600×i%×Se+2200×Uk%×Se)
式中:P0——空載損耗,kW;Pk——負(fù)載損耗,kW;i%——空載電流百分?jǐn)?shù);Uk%——阻抗電壓百分?jǐn)?shù);Se——變壓器容量,kVA;8600、2200——變壓器全年平均空載、負(fù)載小時數(shù)(h);0.05——無功當(dāng)量。
(2)新舊變壓器技術(shù)參數(shù)與節(jié)電量計(jì)算
新舊變壓器技術(shù)參數(shù)與節(jié)約電量計(jì)算表
據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可知改造后變壓器年節(jié)約電量9.18萬kWh,節(jié)電率=9.18萬kWh/72.66萬kWh=12.63%。
2.2變頻器節(jié)能技術(shù)水平
2.2.1風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能原理及計(jì)算式
生產(chǎn)中對風(fēng)機(jī)﹑水泵常用閥門、擋板進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié),增加了管路的阻尼,電機(jī)仍舊以額定速度運(yùn)行,這時能量消耗較大。如果用變頻器對風(fēng)機(jī)﹑泵類設(shè)備進(jìn)行調(diào)速控制,不需要再用閥門、擋板進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié),將閥門、擋板開到最大,管路阻尼最小,能耗將大為減少,根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可知,采用電動機(jī)變頻調(diào)速來調(diào)節(jié)流量,比用擋板﹑閥門之類來調(diào)節(jié)可節(jié)電20%~50%。本方案擬新增變頻器79臺,所對應(yīng)的電機(jī)功率為9074kW,變頻調(diào)速節(jié)約電量的計(jì)算如下:
風(fēng)機(jī)水泵特性:H=H0-(H0-1)×Q2
式中:H——揚(yáng)程;Q——流量;H0——流量為0時的揚(yáng)程。
管網(wǎng)阻力:R=KQ2
式中:R——管網(wǎng)阻力;K——管網(wǎng)阻尼系數(shù);Q——流量。
風(fēng)機(jī)水泵軸功率:P=KpQH/ηb
式中:P——軸功率;Q——流量;H——壓力;ηb——風(fēng)機(jī)水泵效率;Kp——計(jì)算常數(shù)。
流量、壓力、功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系:
Q1/Q2= n1/n2,H1/H2=(n1/n2)2,P1/P2 =(n1/n2)3
注:上述變量均采用標(biāo)準(zhǔn)值,以額定值為基準(zhǔn),數(shù)值為1表示實(shí)際值等于額定值
2.2.2改造前后風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能計(jì)算
35kV變電站升級改造項(xiàng)目擬新增變頻器79臺,所對應(yīng)的電機(jī)功率為9074kW。假設(shè)風(fēng)機(jī)水泵的效率=98%、變頻器的效率=97%。額定流量時的風(fēng)機(jī)水泵軸功力為9074kW。
風(fēng)機(jī)水泵特性:風(fēng)量Q為0時,揚(yáng)程H為1.4p.u(標(biāo)準(zhǔn)值,以額定值為基準(zhǔn));設(shè)曲線特性為H=1.4-0.4Q2。年運(yùn)行時間為:8600小時。
風(fēng)機(jī)水泵的運(yùn)行模式為:流量100%,年運(yùn)行時間的30%;流量70%,年運(yùn)行時間的50%;流量50%,年運(yùn)行時間的20%。
(1)變閥調(diào)節(jié)控制流量時
假設(shè)P100為100%流量的功耗,P70為70%流量的功耗,P50為50%流量的功耗:
P100=9074/0.98 =9259.18kW
P70=9074×0.7×(1.4-0.4×0.72)/0.98=7803.64kW
P50=9074×0.5×(1.4-0.4×0.52)/0.98=6018.47kW
年耗電量為:
8600×(9259.18×0.3+7803.64×0.5+6018.47×0.2)/10000=6779.61萬kWh
(2)變頻調(diào)節(jié)控制流量時
假設(shè)P100為100%流量的功耗,P70為70%流量的功耗,P50為50%流量的功耗:
P100=9074/0.98/0.97=9548.55kW
P70=9074×0.73/0.98/0.97=3274.12kW
P50=9074×0.53/0.98/0.97=1193.19kW
年耗電量為:
8600×(9548.55×0.3+3274.12×0.5+1193.19×0.2)/10000=4076.63萬kWh
每年節(jié)約電量6779.61萬kWh-4076.63萬kWh=2702.98萬kWh,折合標(biāo)準(zhǔn)煤3321.98tce。
節(jié)電率=2702.98萬kWh/6779.61萬kWh=39.87%
3、方案綜合節(jié)能效果
本方案通過更換節(jié)能變壓器,對大功率設(shè)備增加變頻器以及變壓器升級改造后年節(jié)約電量為2712.16萬kWh,其中,更換變壓器節(jié)電9.18萬kWh,節(jié)電率為12.63%;新增變頻器節(jié)電2702.98萬kWh,節(jié)電率39.87%;綜合節(jié)能效果達(dá)到36%以上。
結(jié)語:
本方案為變配電及電機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能升級改造,通過研究分析,方案節(jié)能效果顯著,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的目的,符合國家節(jié)能減排的政策和有關(guān)規(guī)定,符合中國節(jié)能技術(shù)政策大綱和行業(yè)節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范。
參考文獻(xiàn):
[1]劉屏周,卞鎧生,任元會等.工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(第四版)[M].北京:中國電力出版社,2016