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(jì)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(jì)有限公司）

油田一些生產(chǎn)、生活基地等場(chǎng)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(guò)低等現(xiàn)象，既浪費(fèi)能源，又要支出不必要的運(yùn)行費(fèi)用。通過(guò)合理設(shè)計(jì)、改進(jìn)原有配電系統(tǒng)，并根據(jù)實(shí)際負(fù)荷情況，調(diào)整部分變壓器啟停，減少掛網(wǎng)變壓器輕載運(yùn)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(wú)功損耗；節(jié)電

油田一些生產(chǎn)、生活基地等場(chǎng)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(guò)低等現(xiàn)象，既浪費(fèi)能源，又要支出不必要的運(yùn)行費(fèi)用。如某石油科研生產(chǎn)辦公樓的初步設(shè)計(jì)，在配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)上側(cè)重滿足技術(shù)要求，對(duì)科研辦公樓的節(jié)能降耗、降低運(yùn)行費(fèi)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(yùn)行大部分時(shí)間負(fù)荷率很低，能耗和運(yùn)行費(fèi)用很高。以此案例進(jìn)行分析、提出改進(jìn)優(yōu)化方案并進(jìn)行能耗、電費(fèi)、投資回收計(jì)算，以期對(duì)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(fù)荷情況為：消防設(shè)施、電梯等用電為二類負(fù)荷，其他為三類負(fù)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(wú)功補(bǔ)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(kāi)關(guān)柜（2面電源進(jìn)線柜，2面計(jì)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(tái)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(jì)算負(fù)荷2106 kW，其中夏季空調(diào)負(fù)荷為1180 kW，其他負(fù)荷926 kW，消防負(fù)荷為280 kW（不計(jì)入總負(fù)荷）。采用10 kV雙回路電源進(jìn)線。

2#變電所設(shè)有變配電室，內(nèi)設(shè)2臺(tái)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(jì)算負(fù)荷2150 kW，其中空調(diào)負(fù)荷為1210 kW，其他負(fù)荷940 kW，消防負(fù)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(fù)荷率72%，其他季節(jié)變壓器負(fù)荷率31%。2#變電所夏季變壓器負(fù)荷率73%，其他季節(jié)變壓器負(fù)荷率32%。可以看出，2座變電所變壓器負(fù)荷率夏季處于比較合理的狀況，但其它3個(gè)季節(jié)負(fù)荷率嚴(yán)重偏低，空載現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

由于該建筑消防負(fù)荷等二類負(fù)荷的需要，每座變電所須保證2臺(tái)變壓器為二類負(fù)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(fù)荷率很低，但仍需要每座變電所設(shè)有2臺(tái)變壓器，不能報(bào)停一部分變壓器。這樣就不可避免地造成能耗大，運(yùn)行費(fèi)用高，比如2座變電所的4臺(tái)變壓器每年所需電費(fèi)約為200萬(wàn)元（按克拉瑪依現(xiàn)行電費(fèi)政策：0.26元/kVA月度計(jì)算，每年按12個(gè)月計(jì)算）。但實(shí)際上，根據(jù)負(fù)荷情況，全年3/4的時(shí)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(yùn)行費(fèi)用，達(dá)到節(jié)電增效的目的。提出改進(jìn)措施，基本思路是在每座變電所內(nèi)設(shè)3臺(tái)變壓器，1臺(tái)為夏季空調(diào)專用變壓器［2］，另外2臺(tái)保證樓內(nèi)除夏季空調(diào)負(fù)荷以外的其他負(fù)荷用電。夏季運(yùn)行3臺(tái)變壓器；其他季節(jié)（春秋冬3季節(jié)）運(yùn)行2臺(tái)變壓器，夏季的1臺(tái)專用變壓器向供電部門報(bào)停。這樣既滿足樓內(nèi)用電負(fù)荷可靠性要求，又可使運(yùn)行變壓器負(fù)荷率在比較合理的范圍內(nèi)，變壓器運(yùn)行處于比較經(jīng)濟(jì)的狀況，減少了變壓器的損耗，同時(shí)由于每座變電所報(bào)停1臺(tái)變壓器，這樣節(jié)省了相當(dāng)一部分變壓器基本電費(fèi)，達(dá)到節(jié)能增效的目的。盡管每座變電所增設(shè)1臺(tái)變壓器后會(huì)使建設(shè)投資成本略有增加，但實(shí)際上，利用節(jié)能節(jié)電及節(jié)約的運(yùn)行費(fèi)用即可在很短的時(shí)間內(nèi)將增加的建設(shè)成本收回。

1.3改進(jìn)方案

在1#和2#變電所的變配電室內(nèi)各設(shè)3臺(tái)變壓器，1臺(tái)1600 kVA為夏季空調(diào)專用變壓器，滿足夏季空調(diào)負(fù)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(jìn)線柜外，其他配出柜與原方案相同；另設(shè)2臺(tái)800 kVA變壓器，滿足空調(diào)負(fù)荷以外的其他負(fù)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(fèi)用計(jì)算

2.1原方案電能損耗計(jì)算

變壓器有功功率損耗、有功電能損耗、無(wú)功電能損耗［3］計(jì)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(wú)功電能損耗，kvarh；

ΔP0——變壓器空載有功損耗，kW；

ΔPf——實(shí)際負(fù)載時(shí)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(jì)算負(fù)荷，kW；

Sn——變壓器額定容量，kVA；

T0——變壓器全年投入運(yùn)行小時(shí)數(shù)，h；

Tf——最大負(fù)荷年損耗小時(shí)數(shù)，h；

ΔQ0——變壓器空載無(wú)功電能損耗，kvarh；

ΔQf——變壓器滿載無(wú)功電能損耗，kvarh；

I0%——變壓器空載電流占額定電流的百分?jǐn)?shù)；

Uk%——變壓器阻抗電壓占額定電壓的百分?jǐn)?shù)。

2座變電所的變壓器參數(shù)見(jiàn)表1，年有功電能損耗、無(wú)功電能損耗計(jì)算結(jié)果見(jiàn)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(wú)功電能損耗

2.2改進(jìn)方案后電能損耗計(jì)算

改進(jìn)方案后變電所年有功電能損耗、無(wú)功電能損耗計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　改進(jìn)方案后變電所年有功電能損耗、無(wú)功電能損耗

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

方案改進(jìn)后，2臺(tái)1600 kVA變壓器報(bào)停。每年可節(jié)約該報(bào)停變壓器的基本電費(fèi)75萬(wàn)元（按報(bào)停9個(gè)月計(jì)算）。節(jié)約有功電能損耗電費(fèi)0.32萬(wàn)元（按克拉瑪依市現(xiàn)行電價(jià)：0.44元/kWh）。

3　效益分析

方案改進(jìn)后費(fèi)用估算如下：

1）改進(jìn)方案用4臺(tái)800 kVA變壓器（每座變電所各2臺(tái)）替代原方案2臺(tái)1600 kVA變壓器（每座變電所各1臺(tái)）。比原方案高出12萬(wàn)元費(fèi)用（每臺(tái)800 kVA變壓器設(shè)備費(fèi)及安裝費(fèi)按14萬(wàn)元計(jì)；每臺(tái)1600 kVA變壓器設(shè)備費(fèi)及安裝費(fèi)按22萬(wàn)元計(jì)）。

2）增加2面高壓開(kāi)關(guān)柜，費(fèi)用約20萬(wàn)元（每面高壓配電柜設(shè)備費(fèi)及安裝費(fèi)按10萬(wàn)元計(jì)）。

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(zhǎng)度約160 m（10 kV高壓電纜及安裝敷設(shè)綜合造價(jià)50萬(wàn)元/km），費(fèi)用8萬(wàn)元。

4）增加4面低壓配電柜，共16萬(wàn)元（2座變電所各2面，每面按4萬(wàn)元計(jì)）。

5）其他費(fèi)用約5萬(wàn)元。

改進(jìn)方案較原方案總費(fèi)用增加61萬(wàn)元。投資回收年限0.81年，不到1年的時(shí)間即可收回成本。

4　結(jié)論

通過(guò)改進(jìn)原有配電系統(tǒng)，將每個(gè)變配電室的原配電系統(tǒng)由2臺(tái)相同容量（1600 kVA）的變壓器改成1臺(tái)大容量（1600 kVA和）2臺(tái)小容量（800 kVA）共3臺(tái)變壓器，可根據(jù)實(shí)際負(fù)荷情況，通過(guò)靈活調(diào)整運(yùn)行方式，在一段時(shí)間內(nèi)（在負(fù)荷較低的季節(jié)）報(bào)停一部分變壓器，減少掛網(wǎng)變壓器輕載運(yùn)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(fèi)；盡管改進(jìn)后的方案在建設(shè)投資上略有提高，但高出的費(fèi)用可在不到1年的時(shí)間即可利用所節(jié)約的電費(fèi)將成本收回，以后每年可節(jié)約電費(fèi)達(dá)75萬(wàn)元，每年可降低總無(wú)功電能損耗205 476 kvarh，節(jié)能增效效果明顯。

［1］中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì).20 kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范:GB 50053—2013［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2014:2-6.

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

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

（編輯莊景春）

“陸地空客”“巴鐵”將登陸中國(guó)城市可減少35%交通擁堵

5月20日，在第十九屆中國(guó)北京國(guó)際科技產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上號(hào)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(shí)速可達(dá)60 km/h，平均時(shí)速為40 km，遠(yuǎn)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(lái)城市中的“陸地空客”。

“巴鐵”是中國(guó)原創(chuàng)的重大發(fā)明，也是世界級(jí)明星，2010年“巴鐵”入選美國(guó)《時(shí)代周刊》全球50項(xiàng)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(guó)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(jì)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(hào)，834000。