优化变压器配置与节电增效

2016-11-16郑志先新疆石油工程设计有限公司

石油石化节能 2016年7期

郑志先　桂　娟（新疆石油工程设计有限公司）

优化变压器配置与节电增效

郑志先桂娟（新疆石油工程设计有限公司）

油田一些生产、生活基地等场所，变配电设施不同程度地存在配电变压器配置不合理、利用率偏低、载荷过低等现象，既浪费能源，又要支出不必要的运行费用。通过合理设计、改进原有配电系统，并根据实际负荷情况，调整部分变压器启停，减少挂网变压器轻载运行状况，节能增效效果明显。

变压器；优化；投资回收；有功损耗；无功损耗；节电

油田一些生产、生活基地等场所，变配电设施不同程度地存在着配电变压器配置不合理、利用率偏低、载荷过低等现象，既浪费能源，又要支出不必要的运行费用。如某石油科研生产办公楼的初步设计，在配电系统设计上侧重满足技术要求，对科研办公楼的节能降耗、降低运行费用方面考虑不足。主要体现在变压器的配置不合理，变压器运行大部分时间负荷率很低，能耗和运行费用很高。以此案例进行分析、提出改进优化方案并进行能耗、电费、投资回收计算，以期对今后类似工程有所借鉴。

1　案例

1.1基本情况

某科研生产基地办公楼，建筑面积8×104m3，用于科研办公生产要求。楼内负荷情况为：消防设施、电梯等用电为二类负荷，其他为三类负荷。在楼内地下室设了2座10/0.4 kV变电所（1#和2#变电所），2座变电所每座无功补偿1200 kvar，功率因数均为0.92。2座变电所间距140 m，两者之间采用电缆沟相连通。

1#变电所设高低压配电室，设12面高压开关柜（2面电源进线柜，2面计量柜，4面出线柜，2面联络柜，2面PT柜），采用单母线分段接线；设2台SCB10-10型变压器，容量均为1600 kVA。低压配电室内设19面GCS抽屉式配电柜，采用单母线分段接线。夏季总计算负荷2106 kW，其中夏季空调负荷为1180 kW，其他负荷926 kW，消防负荷为280 kW（不计入总负荷）。采用10 kV双回路电源进线。

2#变电所设有变配电室，内设2台1600 kVA变压器；设19面GCS抽屉式配电柜，采用单母线分段接线。夏季总计算负荷2150 kW，其中空调负荷为1210 kW，其他负荷940 kW，消防负荷为291 kW。变压器10 kV侧电源由1#变电所10 kV配电系统两段母线配出柜引接。

1.2变压器载荷分析

该科研楼的1#变电所夏季变压器负荷率72%，其他季节变压器负荷率31%。2#变电所夏季变压器负荷率73%，其他季节变压器负荷率32%。可以看出，2座变电所变压器负荷率夏季处于比较合理的状况，但其它3个季节负荷率严重偏低，空载现象比较严重。

由于该建筑消防负荷等二类负荷的需要，每座变电所须保证2台变压器为二类负荷提供电源保障［1］，这样尽管夏季外的其他季节变压器负荷率很低，但仍需要每座变电所设有2台变压器，不能报停一部分变压器。这样就不可避免地造成能耗大，运行费用高，比如2座变电所的4台变压器每年所需电费约为200万元（按克拉玛依现行电费政策：0.26元/kVA月度计算，每年按12个月计算）。但实际上，根据负荷情况，全年3/4的时间根本就不需要这么大容量变压器，只需现有1/2的容量即可满足供电需求。

如何在保证供电可靠性的前提下，既能满足办公楼各种用电设施的用电需求，又能减少电能损耗和运行费用，达到节电增效的目的。提出改进措施，基本思路是在每座变电所内设3台变压器，1台为夏季空调专用变压器［2］，另外2台保证楼内除夏季空调负荷以外的其他负荷用电。夏季运行3台变压器；其他季节（春秋冬3季节）运行2台变压器，夏季的1台专用变压器向供电部门报停。这样既满足楼内用电负荷可靠性要求，又可使运行变压器负荷率在比较合理的范围内，变压器运行处于比较经济的状况，减少了变压器的损耗，同时由于每座变电所报停1台变压器，这样节省了相当一部分变压器基本电费，达到节能增效的目的。尽管每座变电所增设1台变压器后会使建设投资成本略有增加，但实际上，利用节能节电及节约的运行费用即可在很短的时间内将增加的建设成本收回。

1.3改进方案

在1#和2#变电所的变配电室内各设3台变压器，1台1600 kVA为夏季空调专用变压器，满足夏季空调负荷的用电需求，采用0.4 kV单母线接线；低压配电柜除新增1面进线柜外，其他配出柜与原方案相同；另设2台800 kVA变压器，满足空调负荷以外的其他负荷的用电需求，采用0.4 kV单母线分段接线，配出柜与原方案相同。电源引自新增高压配电柜。高压配电室增加2面高压配电柜（每段母线各增加一面），高压系统接线方式不变。

2　能耗和费用计算

2.1原方案电能损耗计算

变压器有功功率损耗、有功电能损耗、无功电能损耗［3］计算公式分别为

式（1）～（3）中：

ΔP——变压器有功功率损耗，kW；

ΔA——变压器有功电能损耗，kvarh；

ΔQ——变压器无功电能损耗，kvarh；

ΔP0——变压器空载有功损耗，kW；

ΔPf——实际负载时的功率损耗，kW；

ΔPk——变压器满载有功损耗，kW；

cosφ——功率因数（1#和2#变电所功率因数均为0.92）；

Pj——系统计算负荷，kW；

Sn——变压器额定容量，kVA；

T0——变压器全年投入运行小时数，h；

Tf——最大负荷年损耗小时数，h；

ΔQ0——变压器空载无功电能损耗，kvarh；

ΔQf——变压器满载无功电能损耗，kvarh；

I0%——变压器空载电流占额定电流的百分数；

Uk%——变压器阻抗电压占额定电压的百分数。

2座变电所的变压器参数见表1，年有功电能损耗、无功电能损耗计算结果见表2。

表1　1#、2#变电所变压器参数

表2　变电所年有功电能损耗、无功电能损耗

2.2改进方案后电能损耗计算

改进方案后变电所年有功电能损耗、无功电能损耗计算结果见表3。

表3　改进方案后变电所年有功电能损耗、无功电能损耗

方案改进后节约总有功电能损耗7268 kWh，总无功电能损耗205 476 kvarh。

方案改进后，2台1600 kVA变压器报停。每年可节约该报停变压器的基本电费75万元（按报停9个月计算）。节约有功电能损耗电费0.32万元（按克拉玛依市现行电价：0.44元/kWh）。

3　效益分析

方案改进后费用估算如下：

1）改进方案用4台800 kVA变压器（每座变电所各2台）替代原方案2台1600 kVA变压器（每座变电所各1台）。比原方案高出12万元费用（每台800 kVA变压器设备费及安装费按14万元计；每台1600 kVA变压器设备费及安装费按22万元计）。

2）增加2面高压开关柜，费用约20万元（每面高压配电柜设备费及安装费按10万元计）。

3）增加由1#变电所高压配电柜到2#变电所的10 kV高压电缆（95 mm2），长度约160 m（10 kV高压电缆及安装敷设综合造价50万元/km），费用8万元。

4）增加4面低压配电柜，共16万元（2座变电所各2面，每面按4万元计）。

5）其他费用约5万元。

改进方案较原方案总费用增加61万元。投资回收年限0.81年，不到1年的时间即可收回成本。

4　结论

通过改进原有配电系统，将每个变配电室的原配电系统由2台相同容量（1600 kVA）的变压器改成1台大容量（1600 kVA和）2台小容量（800 kVA）共3台变压器，可根据实际负荷情况，通过灵活调整运行方式，在一段时间内（在负荷较低的季节）报停一部分变压器，减少挂网变压器轻载运行状况，既可以降低变压器的损耗，又可节约变压器的基本电费；尽管改进后的方案在建设投资上略有提高，但高出的费用可在不到1年的时间即可利用所节约的电费将成本收回，以后每年可节约电费达75万元，每年可降低总无功电能损耗205 476 kvarh，节能增效效果明显。

［1］中国机械工业联合会.20 kV及以下变电所设计规范:GB 50053—2013［S］.北京：中国计划出版社，2014:2-6.

［2］中华人民共和国建设部.民用建筑电气设计规范:JGJ 16—2008［S］.北京：中国建筑工业出版社，2008:16-17.

［3］任元会，卞铠生，姚家袆，等.工业与民用配电设计手册［M］. 3版.北京：中国电力出版社，2005:16-20.

（编辑庄景春）

“陆地空客”“巴铁”将登陆中国城市可减少35%交通拥堵

5月20日，在第十九届中国北京国际科技产业博览会上号称“陆地空客”的“巴铁”吸引了人们的眼球。

所谓“巴铁”，是城市大巴和地铁的创新结合：外形犹如一辆在公路上奔跑的宽体短型列车，时速可达60 km/h，平均时速为40 km，远高于普通公交大巴平均20 km的速度；而且一辆“巴铁”可以容纳1200～1400名乘客，是普通公交大巴的几十倍！因此被称为未来城市中的“陆地空客”。

“巴铁”是中国原创的重大发明，也是世界级明星，2010年“巴铁”入选美国《时代周刊》全球50项最重大突破发明，被称为“人类最具创新精神的公共交通解决方案”。如今“巴铁”已列入我国重大战略新兴产业。

胡庆明