张 浩,张 雅
(1.新疆维吾尔自治区建筑设计研究院机电一所,新疆 乌鲁木齐 830002;2.中国建筑设计院有限公司智能工程中心,北京 100089)
探讨变压器的节电方法
张 浩1,张 雅2
(1.新疆维吾尔自治区建筑设计研究院机电一所,新疆 乌鲁木齐 830002;2.中国建筑设计院有限公司智能工程中心,北京 100089)
用节电观点看变压器的技术特性,从实际事例阐述变压器的节电方法,分析节电效果,总结了多台变压器(容量相同、特性相同)并联时损耗减少的运行台数及其判定公式,为广大设计人员和运行管理人员提供正确性、科学性的依据。
变压器;损耗;节电方法
1.1 常用变压器技术参数
目前常用的10kV变压器为S11和S9型,其技术参数分别见表1和表2。
表1 部分S11型10/0.4kV变压器参数(A公司生产)
表2 部分S9型10/0.4kV变压器参数(B公司生产)
1.2 变压器损耗的种类
变压器损耗包括与负载电流增减无关的固定空载损耗(简称:铁损)和与负载电流平方成正比的负荷损耗(简称:铜损)。
铁损PF包括磁滞损耗Ph和Pe涡流损耗两部分,即:
PF=Ph+Pe--------铁损PF值直接由变压器厂提供
铁损PF值直接有变压器厂提供。
铜损是变压器一次线圈和二次线圈的电阻损耗之和,三相变压器铜损为:
除上述两种损耗外,还有介质损耗和杂散负荷损耗,此部分损耗因其测定困难,其值很小,可忽略不计。
1.3 变压器效率
三相变压器的额定效率η为:
式中:P2--------二次侧输出功率(kW)
V2-------二次侧电压(V)
I2------------二次侧负荷电流(A)
COSΦ-------功率因数
由此式可见:变压器的效率随着输出功率(kW)变化的同时,也随着负荷的功率因数变化,功率因数变小,效率就降低,这是因为变压器的容量单位是(kVA)。而效率计算是用(kW)。
因为变压器的负荷时刻都在变化,所以考虑瞬时效率是没有意义的,最便捷且有意义的是考虑一天的效率,即日效率。具体计算公式如下:
2.1 将轻负荷变压器停止运行
有几台变压器、各自的负荷率都很低时,把负荷率较低的变压器停止运行,并通过母联开关将负荷集中起来供电就可以节电。但是,在有些场合,负荷增加了的变压器增加的损耗,与停止运行变压器减少的损耗相比,有时还要大,会出现相反的效果,所以应进行经济比较。
例1:使用两台A公司生产的800kVA变压器,0.4kV系统为单母分段接线,
接在10kV母线上的2台变压器负荷率均为40%,将1台变压器停止运行,并作经济比较。变压器特性参数见表1-1:
已知两台变压器的铁损、铜损相同,均为:
铁损=0.98kW
铜损=额定负荷铜损×(负荷率)2
=7.5×(40%)2=1.2
所以,总损耗=2×(0.98+1.2)=4.36(kW)
(2)2号变压器停止运行,负荷全部由1号变压器供电,负荷率80%
1号变压器铁损=0.98Kw
1号变压器铜损=额定负荷铜损×(负荷率)2=7.5×(80%)2=4.8
总损耗=0.98+4.8=5.78(kW)
可见:停止1台变压器,损耗反倒增加了:5.78-4.36=1.42(kW)。
2.2 更换变压器
在有备用变压器场合,与其使用小容量变压器接近满载,还不如让较大容量变压器低负荷运行能减少损耗。
例2:某工厂在改造工程中把1台B公司生产的500kVA变压器(特性数据见表1-2)换成800kVA变压器。
已知,500kVA变压器带90%负荷运行(变压器特性数据见表1-2)。
铁损=0.96kW
铜损=5.1x(90%)2=4.13(kW)
总损耗=0.96+4.13=5.09(kW)
换成800kVA变压器(特性数据见表1-1)后,负荷率为56.25%,
铁损=1.4kW
铜损=7.5×(56.25%)2=2.37(kW)
总损耗=1.4+2.37=3.77(kW)
可见:将500kVA变压器更换为800kVA变压器后,损耗减少了:5.09-3.77=1.32(kW)。年度节电金额为:365天×24h×1.32kW×0.519元/kW·h=6001.3(元)
式中电费单价取当地1~10kV工业电价:0.519元/ kW·h。
2.3 在夜间、休息天或低负荷季节把变压器停止运行
对夜间和休息天不工作的设备或车间,应把夜间和休息天不能停电的负荷集中到某台变压器上,可设置白天或季节性专用变压器,如锅炉房按冬季/夏季分别设置变压器,在夜间和休息天或低负荷季节停止运行,以此来达到节电目的。但是如果白天、夜间或季节性负荷变化不太大时,这种方法就没有经济效果。
例如:某天然气储气库正常工况为每年有注气期(约160天)和采气期(约160天),其中:注气期计算负荷为26518.2kW(27986.6kVA),而采气期因压缩机全部停运,负荷只有1010.4kW(1039.8kVA),故供电系统采用110kV双电源供电,安装110kV变压器4台,包括:110/10k、31.5MVA两台,1600kVA两台,注气期采用两台31.5MVA 变压器一用一备运行,两台1600kVA变压器报停,采气期采用两台1600kVA 变压器一用一备运行,两台31.5MVA变压器报停,降低损耗:
SZ11-31500/110kV, PF=24.6kW,PCN=126.4kW,采气期如用其一用一备运行供电,负荷率为3.3%。
铁损=24.6kW
铜损=126.4×(3.3%)2=0.14(kW)
总损耗=2×24.6+0.14=49.34(kW)
SZ11-1600/110kV, PF=2.6kW,PCN=12.1kW,采气期用其一用一备运行,负荷率为65%。
铁损=2.6Kw
铜损=12.1×(65%)2=5.1(kW)
总损耗=2×2.6+5.1=10.3(kW)
可见:采气期将两台31.5MVA变压器更换为两台1600kVA变压器后,损耗减少了:49.34-10.3=39.04(kW),年采气期节电金额为:160天×24h×39.04kW×0.329元=49321.6元。同时节约基本费(按单台变压器考虑):(31500-1600)×5个月×26元×104=388.7(万元)。
式中电价取当地110kV大工业电价:实用电价0.329元/kW·h;基本电价:26元/(kVA·月)。
2.4 控制变压器台数
几台变压器并联运行时,根据负荷大小来增减变压器的运行台数,以此来降低总损耗,接在电源母线上并联运行的变压器的容量与特性通常是相同的,此时,各变压器分担的负荷也相同,N台变压器并联运行时的总损耗PN(kW)为:
式中:S-----变压器容量(kVA)
PL-----总负荷(kVA)
变压器运行台数为(N-1)时的损耗PN-1(kW)为:
改写该公式一下如下:
表3 多台变压器(容量相同、特性相同)并联时损耗减少的运行台数
从表中可以看出,当损耗比为3的三台变压器(容量相同、特性相同)并列运行,总负荷在1台变压器容量的141%以下时,采用2台变压器运行可降低损耗,当负荷进一步下降到1台变压器容量的81%以下时,采用1台变压器运行可降低损耗。
本文用节电观点看变压器的技术特性,通过实际事例阐述变压器的节电方法,分析节电效果,总结出多台变压器(容量相同、特性相同)并联时损耗减少的运行台数及其判定方法,仅供广大设计人员和运行管理人员参考。
[1]宋慧慧.配电变压器经济运行及自动投切装置研究[D].山东大学,2015.
[2]佘楚云.配电系统变压器经济运行方式及其最优投切策略研究[D].上海交通大学,2010.
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1671-3818(2016)10-0008-02