楊柳煤礦地面變壓器供電系統電磁節電技術設計

朱 昂

（淮北礦業集團公司 楊柳煤礦，安徽 淮北235000）

1 電能質量與電力系統安全穩定運行

基于電力系統穩態運行的電能質量指標主要是頻率偏差、電壓偏差、三相不平衡度、諧波、電壓波動和閃變。應該說，穩態運行的控制目標就是滿足上述電能質量指標的限值范圍，幾乎所有控制設備也是基于上述目標而研制開發的。

穩態電能質量指標與系統運行的關系主要表現在其指標下降產生的危害及其可能導致的事故，以及事故的發展可能造成更大的系統安全穩定問題。

電壓偏差及其變化可以刻劃重負荷情況下引起電壓失穩的軌跡；頻率偏差及其變化描述了系統供電中斷、事故范圍擴大、電網解列等方面；對設備的危害主要從發熱（集膚效應）、振動噪音（負序效應）、絕緣（峰值）、過零點問題等方面危及電機、變壓器、開關、保護、自動裝置的安全穩定運行。

2 楊柳煤礦地面變壓器用電系統分析

2.1 變壓器統計

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2.2 電網電能質量分析

隨著大功率、非線性元器件在電力系統中的大量應用，使得電力系統波形嚴重畸變，電網電能質量令人擔憂。電網上各種負載的頻繁啟動、關閉，在電網中形成一系列尖峰干擾、電壓波動甚至是瞬間失電。所有這些電能質量問題，在用戶負載上必然表現為各種損耗增加、發熱量增大、電機力矩下降、運行效率降低。

2.3 設計冗余分析

一般情況下，廠礦企業電機和負載都是按照最大負荷的1.1～1.3倍來設計的，因為考慮到在極端不利情況下滿足系統正常工作的需要。這在實際運行中就造成了“大馬拉小車”的現象。這種情況下系統的效率是不高的。

2.4 過剩電壓分析

在電力供應輸送的過程中，電力公司為了避免送電過程中的損耗，以及高峰用電時段所造成末端用戶電壓過低的情況，會以較高的電壓輸送電力，因此用戶實際承受的電壓一般高于設備的額定電壓。多余的電壓不僅不能讓負載更有效率的運轉，反而是導致設備發熱的主要原因，在此情況下不但造成用戶用電的損耗而增加電費的支出，并且使用電設備增加損耗發熱而縮短其使用壽命。

2.5 負載容量過高

用電負載的負載率在晚上6 點以后，一般單位的負載會更大，用電質量會比正常情況還要差，不僅浪費了大量的電力，還會對變壓器、電容器一些控制設備造成嚴重的損害，如負載過高的話會使電源的質量降低，產生大量的諧波和浪涌，會大大的縮短變壓器及有關設備的壽命。

2.6 高次諧波分析

用戶電網用電諧波失真率較大，包括電壓失真率和電流失真率，其組成主要包括3 次、5 次以及7 次的諧波超過國家的標準值（國家的標準諧波失真率是在2%～5%以內）。

3 系統電磁節電技術原理

基本原理

系統電磁節電技術，運用最先進的電磁調控原理，在不改變原有變壓器系統供電方式和不改變電動機轉速的情況下，采用電磁調控、電磁平衡等技術與控制電路完美組合，實現大幅提高節電效果與凈化電網質量雙重目標。

系統電磁節電技術，通過監測系統負載變化的情況，通過電磁調控原理控制變壓器系統輸出功率，控制系統供給到電器設備的功率為實際需要的功率，達到用電匹配，并將多余的能量反饋給電網。

系統電磁節電技術，可以優化系統電源，降低系統運行功率損耗，使三相電壓平衡得到改善，減少電器設備附加損耗，提高了系統用電效率，從而有效實現了系統綜合節電，系統平均節電率可達到10%以上。

4 節能改造方案

4.1 工廣變電所2 臺1600KVA 變壓器系統電磁節電改造方案

由于工況相同，以1 臺1600KVA 變壓器1# 系統為例說明。

（1）系統工況

節能改造系統為：1 臺1600KVA 變壓器，型號：SCB9-1600/6；額定容量：1600KVA；額定電壓：6KV/400V；額定電流：2309.5A；工作電壓：400V；負荷率：70%；工作電流：1280A。

（2）節電改造方案

在變壓器的低壓側，串聯安裝1 臺與變壓器額定功率相同的1600KVA 系統電磁節電裝置。安裝位置：室內無位置，戶外箱變可安裝。

電磁節電改造前：

電磁節電改造后：

工作電壓為380V，工作電流下降10%～15%，約為1088A～1152A；

負載節電率約為：（P1－P2）／P1×100%＝（887－758）／887＝14.5%

（1）系統工況

節能改造系統為：1 臺800KVA 變壓器，型號：SCB9-800/6；額定容量：800KVA； 額定電壓：6KV/400V； 額定電流：1155A； 工作電壓：400V；負荷率：70%；工作電流：640A。

（2）節電改造方案

在變壓器的低壓側，串聯安裝1 臺與變壓器額定功率相同的800KVA 系統電磁節電裝置。安裝位置：室內無位置，戶外箱變可安裝。

電磁節電改造前：

電磁節電改造后：

工作電壓為380V，工作電流下降10%～15%，約為544A～576A；

負載節電率約為：（P1－P2）／P1×100%＝（443－379）／443＝14.4%

4.2 選煤廠2 臺1600KVA 變壓器系統電磁節電改造方案

由于工況相同，以1 臺1600KVA 變壓器1# 系統為例說明。

（1）系統工況

節能改造系統為：1 臺1600KVA 變壓器，型號：SCB10-1600/6；額定容量：1600KVA；額定電壓：6KV/660V；額定電流：1338.6A；工作電壓：690V；負荷率：70%；工作電流：937A。

（2）節電改造方案

在變壓器的低壓側，串聯安裝1 臺與變壓器額定功率相同的1600KVA 系統電磁節電裝置。安裝位置：室內無位置，戶外箱變可安裝。

電磁節電改造前：

電磁節電改造后：

工作電壓為660V，工作電流下降11%～15%，約為796A～834A；

負載節電率約為：（P1－P2）／P1×100%＝（1120－953）／1120＝14.9%

（3）年節電量概算

△W＝Sn×COSФ×T×Ke×Re

式中：△W——年節電量（KWh）

Sn——變壓器系統的容量（1600KVA×2）

COSФ——功率因數（0.8）

T——年工作時間（7920h）

Ke——系統負載率（70%）

Re——節電率（按15%計算）

年節電量：△W＝1600×2×0.8×7920×70%×15%＝213 萬KWh

4.3 經濟效益

電磁節電改造后，每年可以節約用電量532 萬KWh，按每度電單價0.74 元計算，每年可為企業節約電費394 萬元。

從以上分析可知，項目節能改造完成后，不僅可消除系統設計的冗余量，提高系統運行效率，更能優化電源質量，降低系統運行成本，延長設備使用壽命，減少設備維修成本，從而有效實現了系統綜合節電的目的。