35kV变配电及电机系统能量优化方案的节能效果研究

2021-04-27徐松

中国房地产业·上旬 2021年4期

关键词：电机变压器节能

徐松

【摘要】企业通过原有S7变压器升级为S13变压器、风机和泵的阀门控制改造为变频控制来实现能量系统的优化。通过对该方案的优化效果做进一步测算和研究，验证其可行性和节能性。

【关键词】能量系统优化;变压器;电机;节能

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

10.147

某玉米淀粉加工企业原有S7变压器电损量大，可靠性低，达不到《三相配电变压器能效限定值及节能评价值》（GB20052-2013）中能效限定值要求，已列入《高耗能落后机电设备（产品）淘汰目录（第一批）》。另外，厂区风机和泵未采用变频控制，存在不易调节、耗能严重等问题。根据国家节能降耗的原则，对原有35kV变配电与电机系统进行升级改造。

1、35kV变配电及电机系统能量优化方案

（1）能量系统优化：选用5台S13-2500/35与2台SCB12-2500/35变压器替代原有3台S7-2000/35、3台S7-2500/35与1台S9-2500/35变压器。

（2）电机系统节能改造：新增变频器79台等。

2、能量优化方案的节能效果研究

2.1变压器损耗技术水平研究

2.1.1变压器的选型

企业现有S7型电力变压器属于高耗能变压器，新选用的S13型开口式立体卷铁心变压器铁心呈三角形排列，铁心无接缝，大大减少了磁阻，空载电流减少70～85%，提高功率因数，降低了电网损耗，空载损耗降低20～45%。

2.1.2变压器容量计算

企业统计全厂合计用电设备总功率24538.49kW，同时用电系数取0.4，则用电设备功率约为9815.4kW。根据计算公式：S=P/cosφ（取用电设备平均功率因数cosφ为0.85）计算可得，用电设备视在功率S=9815.4/0.85=11547.52kVA。

改造后共有2500kVA新变压器为7台，总额定容量Se=17500kVA。

变压器的负载率η=S/Se*100%=65.99%，能够达到变压器的最佳负载率60%～80%之间，不仅能够满足现在容量的需求，且能为将来负荷的增长预留了发展空间。

2.1.3变压器损耗技术水平

（1）变压器年消耗电量计算式

W=（8600×P0+2200×Pk）+0.05（8600×i%×Se+2200×Uk%×Se）

式中：P0——空载损耗，kW;Pk——负载损耗，kW;i%——空载电流百分数;Uk%——阻抗电压百分数;Se——变压器容量，kVA;8600、2200——变压器全年平均空载、负载小时数（h）;0.05——无功当量。

（2）新旧变压器技术参数与节电量计算

新旧变压器技术参数与节约电量计算表

据以上计算结果可知改造后变压器年节约电量9.18万kWh，节电率=9.18万kWh/72.66万kWh=12.63%。

2.2变频器节能技术水平

2.2.1风机水泵节能原理及计算式

生产中对风机﹑水泵常用阀门、挡板进行节流调节，增加了管路的阻尼，电机仍旧以额定速度运行，这时能量消耗较大。如果用变频器对风机﹑泵类设备进行调速控制，不需要再用阀门、挡板进行节流调节，将阀门、挡板开到最大，管路阻尼最小，能耗将大为减少，根据生产经验可知，采用电动机变频调速来调节流量，比用挡板﹑阀门之类来调节可节电20%～50%。本方案拟新增变频器79台，所对应的电机功率为9074kW，变频调速节约电量的计算如下：

风机水泵特性：H=H0-（H0-1）×Q2

式中：H——扬程;Q——流量;H0——流量为0时的扬程。

管网阻力：R=KQ2

式中：R——管网阻力;K——管网阻尼系数;Q——流量。

风机水泵轴功率：P=KpQH/ηb

式中：P——轴功率;Q——流量;H——压力;ηb——风机水泵效率;Kp——计算常数。

流量、压力、功率与转速的关系：

Q1/Q2= n1/n2，H1/H2=（n1/n2）2，P1/P2 =（n1/n2）3

注：上述变量均采用标准值，以额定值为基准，数值为1表示实际值等于额定值

2.2.2改造前后风机水泵節能计算

35kV变电站升级改造项目拟新增变频器79台，所对应的电机功率为9074kW。假设风机水泵的效率=98%、变频器的效率=97%。额定流量时的风机水泵轴功力为9074kW。

风机水泵特性：风量Q为0时，扬程H为1.4p.u（标准值，以额定值为基准）;设曲线特性为H=1.4-0.4Q2。年运行时间为：8600小时。