棉紡企業(yè)配電變壓器容量的優(yōu)化

萬(wàn) 鋒

（江蘇南通二棉有限公司，江蘇南通，226000）

棉紡企業(yè)每萬(wàn)錠變壓器容量在1 000 k VA～1 200 kVA，每萬(wàn)錠變壓器容量下調(diào)100 k VA，在節(jié)約初投資的基礎(chǔ)上，年可節(jié)約基本電費(fèi)3.6萬(wàn)元。對(duì)于變壓器裝機(jī)容量大于315 k VA的工業(yè)用戶(hù)，江蘇省基本電費(fèi)執(zhí)行兩種標(biāo)準(zhǔn)，第一種是按實(shí)際運(yùn)行變壓器的容量計(jì)算，基本電費(fèi)月30元/kVA；第二種是按變壓器運(yùn)行最大負(fù)荷需量計(jì)算，基本電費(fèi)月40元/k VA。兩種計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)盈虧點(diǎn)為最大需量75%。

棉紡企業(yè)變壓器負(fù)荷率通常按85%設(shè)計(jì)，實(shí)際投入運(yùn)行后負(fù)荷率大都低于85%，主要原因是需要系數(shù)與設(shè)計(jì)不符合，設(shè)備同時(shí)利用系數(shù)選取較保守。為節(jié)約單位電能消耗，減少基本電費(fèi)支出，本研究以某棉紡企業(yè)5萬(wàn)錠紡紗車(chē)間變壓器容量?jī)?yōu)化為案例，介紹改造前后效果。

1 基本情況介紹

目前該企業(yè)所執(zhí)行的電費(fèi)主要由基本電費(fèi)和電度電費(fèi)兩部分組成：基本電費(fèi)月30元/k VA，按變壓器容量計(jì)；電度電費(fèi)，峰電1.075 2元/（k W·h），谷電0.315 0元/（k W·h），平電0.645 1元/（kW·h）。該企業(yè)生產(chǎn)方式為連續(xù)生產(chǎn)，峰電、平電、谷電占比基本一致。優(yōu)化前綜合用電0.760 7元/（k W·h），其中基本電費(fèi)0.082 3元/（k W·h），電度電費(fèi)0.678 4元/（k W·h），與變壓器在經(jīng)濟(jì)負(fù)載率時(shí)的基本電費(fèi)0.063 5元/（k W·h）相比，成本超出0.018 8元/（kW·h）（基本電費(fèi)價(jià)差）。該紡紗車(chē)間原設(shè)計(jì)負(fù)荷率最大為92%，基本電費(fèi)按月30元/k VA收取。

以上數(shù)據(jù)顯示，降低每度電單價(jià)中基本電費(fèi)，可通過(guò)提高變壓器負(fù)荷率來(lái)實(shí)現(xiàn)。改造前變壓器配置容量為4 500 k VA（1臺(tái)2 000 k VA+1臺(tái)2 500 kVA），變壓器平均負(fù)荷率為60%～70%，與設(shè)計(jì)中85%左右的負(fù)荷率有一定的差距，致使變壓器的空載損耗偏大。變壓器容量選擇過(guò)大不僅增加了設(shè)備的一次投資，而且提高了運(yùn)營(yíng)成本，使每月支付的容量電費(fèi)增加，造成不必要的浪費(fèi)。

選用節(jié)能型容量小一規(guī)格的變壓器，可降低變壓器空載損耗，減少基本電費(fèi)支出。紡織企業(yè)計(jì)算負(fù)荷主要采用需要系數(shù)法計(jì)算，因此分析各種動(dòng)力照明負(fù)荷特性和設(shè)備工作特性對(duì)實(shí)際需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)有重要影響，進(jìn)而可合理優(yōu)化變壓器容量，實(shí)現(xiàn)節(jié)省投資、高效運(yùn)行的目的［1］。

2 用電負(fù)荷基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查

該紡紗車(chē)間中低壓交流用電負(fù)荷包括照明負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷，其中動(dòng)力負(fù)荷包括紡織主機(jī)負(fù)荷、空調(diào)及除塵設(shè)備負(fù)荷和照明及輔助負(fù)荷等。

紡織主機(jī)負(fù)荷主要為紡織機(jī)械設(shè)備負(fù)荷，主要設(shè)備裝機(jī)容量5 077.6 kW?？照{(diào)及除塵設(shè)備負(fù)荷共計(jì)配空調(diào)室7套，裝機(jī)總?cè)萘? 116 kW；深井水泵112 kW。根據(jù)照明區(qū)域不同，照明負(fù)荷分為工作區(qū)間照明和辦公區(qū)域照明。工作區(qū)間照明一般為常亮，總?cè)萘?00 kW。

3 變壓器容量的優(yōu)化計(jì)算方法和結(jié)果

3.1 計(jì)算方法

采用需要系數(shù)法。

3.1.1 設(shè)備組設(shè)備容量

采用需要系數(shù)法時(shí)首先應(yīng)將用電設(shè)備按類(lèi)型分組，同一類(lèi)型的用電設(shè)備歸為一組，算出該組用電設(shè)備的設(shè)備容量P e。

對(duì)于連續(xù)工作的用電負(fù)荷（如空調(diào)機(jī)組等），其設(shè)備容量是設(shè)備銘牌上所標(biāo)注的額定功率。該企業(yè)主要設(shè)備均為連續(xù)工作的紡織設(shè)備，設(shè)備容量為設(shè)備電機(jī)容量總和。

3.1.2 用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷

根據(jù)用電設(shè)備組的設(shè)備容量P e，可算得設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷。

有功功率P C=K X P e

無(wú)功功率Q C=P Ctanφ

式中：K X為設(shè)備組的需要系數(shù)，P e為設(shè)備組設(shè)備容量（kW），φ為用電設(shè)備功率因數(shù)角，U為用電設(shè)備額定線(xiàn)電壓（V），I C為計(jì)算電流（A）。

上述公式適用計(jì)算三相用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷，計(jì)算電流的確定尤為重要，因?yàn)橛?jì)算電流是選擇導(dǎo)線(xiàn)截面積和開(kāi)關(guān)容量的重要依據(jù)。單相設(shè)備在該企業(yè)中使用較少，在這里不作介紹。

3.1.3 配電干線(xiàn)或變電所的計(jì)算負(fù)荷

用電設(shè)備按類(lèi)型分組后的多個(gè)用電設(shè)備組均連接在配電干線(xiàn)或變電所的低壓母線(xiàn)上，考慮到各個(gè)用電設(shè)備組并不同時(shí)都以最大負(fù)荷運(yùn)行，配電干線(xiàn)或變電所的計(jì)算負(fù)荷應(yīng)等于各個(gè)用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷之和乘以一個(gè)同時(shí)系數(shù)［2］。

其中：K∑P和K∑q分別為有功功率和無(wú)功功率的同時(shí)系數(shù)，一般取為0.80～0.90和0.90～0.97；∑P C為各用電設(shè)備組有功計(jì)算負(fù)荷之和（kW）；∑Q C為各用電設(shè)備組無(wú)功計(jì)算負(fù)荷之和（kVA）；U為用電設(shè)備額定線(xiàn)電壓（V）。

應(yīng)該注意，因?yàn)楦饔秒娫O(shè)備組類(lèi)型不同，其功率因數(shù)也不盡相同。一般情況下，總的視在計(jì)算負(fù)荷不能按S∑C=P∑P/cosφ計(jì)算，總的視在計(jì)算負(fù)荷或計(jì)算電流也不能取各組用電設(shè)備的視在計(jì)算負(fù)荷之和或計(jì)算電流之和。

3.1.4 需要系數(shù)的選取

需要系數(shù)是在一定的條件下根據(jù)統(tǒng)計(jì)方法得出的，與用電設(shè)備的工作性質(zhì)、設(shè)備效率、設(shè)備數(shù)量、線(xiàn)路效率以及生產(chǎn)組織和工藝設(shè)計(jì)等因素有關(guān)。將這些因素綜合為一個(gè)用于計(jì)算的系數(shù)，即需要系數(shù)，有時(shí)也稱(chēng)為需用系數(shù)［3］。顯然，在不同地區(qū)、不同類(lèi)型的建筑物內(nèi)，對(duì)于不同的用電設(shè)備組，用電負(fù)荷的需要系數(shù)也不相同。在實(shí)際工程中應(yīng)根據(jù)具體情況從表中選取一個(gè)恰當(dāng)?shù)闹颠M(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。一般而言，當(dāng)用電設(shè)備組內(nèi)的設(shè)備數(shù)量較多時(shí)，需要系數(shù)應(yīng)取較小值；反之，則應(yīng)取較大值。設(shè)備使用率較高時(shí)，需要系數(shù)應(yīng)取較大值；反之，則應(yīng)取較小值。

3.2 變壓器容量?jī)?yōu)化計(jì)算結(jié)果

該紡紗車(chē)間優(yōu)化前共配置2臺(tái)變壓器，1#變壓器2 500 kVA，2#變壓器2 000 k VA，我們以長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)作為確定需求系數(shù)的依據(jù)進(jìn)行計(jì)算，1#變壓器和2#變壓器原有的用電負(fù)荷不作調(diào)整。1#變壓器擬采用2 000 k VA節(jié)能型變壓器進(jìn)行替換，2#變壓器擬采用1 600 k VA節(jié)能型變壓器進(jìn)行替換［4］。1#變壓器優(yōu)化后負(fù)載率為83.70%，接近經(jīng)濟(jì)負(fù)載85%；2#變壓器優(yōu)化后負(fù)載率為91.92%，超出經(jīng)濟(jì)負(fù)載85%。解決辦法：變壓器投入運(yùn)行后根據(jù)實(shí)際負(fù)荷情況，通過(guò)1#變壓器與2#變壓器之間的聯(lián)絡(luò)電纜，轉(zhuǎn)移部分低壓負(fù)荷，使1#變壓器與2#變壓器的負(fù)載率均在85%左右。變壓器計(jì)算負(fù)荷匯總見(jiàn)表1和表2。

表1 1#變壓器計(jì)算負(fù)荷匯總表

表2 2#變壓器計(jì)算負(fù)荷匯總表

表1計(jì)算中，自然功率因數(shù)cosφ為0.85，tanφ為0.62，補(bǔ)償后達(dá)到的功率因數(shù)cosφ為0.92，總的補(bǔ)償容量450 kVA，計(jì)算總?cè)萘浚ê儔浩縻~耗）1 673.99 k VA，選用2 000 k VA變壓器，變壓器負(fù)荷率83.70%。

表2計(jì)算中，自然功率因數(shù)cosφ為0.85，tanφ為0.62，補(bǔ)償后達(dá)到的功率因數(shù)cosφ為0.93，總的補(bǔ)償容量400 kVA，計(jì)算總?cè)萘浚ê儔浩縻~耗）1 470.87 kVA，選 用1 600 kVA變壓器，變壓器負(fù)荷率91.92%。

4 投資費(fèi)用估算

本次改造需新購(gòu)1臺(tái)容量1 600 kVA的節(jié)能型變壓器，單價(jià)15萬(wàn)元；變壓器及低壓回路調(diào)整工程費(fèi)用5萬(wàn)元；2 500 kVA變壓器處置后可收20萬(wàn)元。綜合計(jì)算，實(shí)際本次變壓器容量?jī)?yōu)化改造無(wú)需投入資金。

5 收益分析

對(duì)1#變壓器與2#變壓器的容量進(jìn)行優(yōu)化后，每年可減少基本電費(fèi)32.4萬(wàn)元，平攤到用電單價(jià)與優(yōu)化前相比降低0.018 8元/（kW·h），經(jīng)濟(jì)效益較為明顯，可以實(shí)施優(yōu)化。

6 結(jié)束語(yǔ)

該方案技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)效益明顯，公司生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)小組討論后一致同意改造。工程部組織人員實(shí)施，改造后1#變壓器實(shí)際負(fù)荷率在80%～92%，2#變壓器實(shí)際負(fù)荷率在80%～90%。目前已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行5年，累計(jì)節(jié)約基本電費(fèi)162萬(wàn)元。經(jīng)濟(jì)效益較為明顯，對(duì)于負(fù)荷相對(duì)較為穩(wěn)定的紡織企業(yè)值得推廣。