棉紡企業配電變壓器容量的優化

萬 鋒

（江蘇南通二棉有限公司，江蘇南通，226000）

棉紡企業每萬錠變壓器容量在1 000 k VA～1 200 kVA，每萬錠變壓器容量下調100 k VA，在節約初投資的基礎上，年可節約基本電費3.6萬元。對于變壓器裝機容量大于315 k VA的工業用戶，江蘇省基本電費執行兩種標準，第一種是按實際運行變壓器的容量計算，基本電費月30元/kVA；第二種是按變壓器運行最大負荷需量計算，基本電費月40元/k VA。兩種計費標準盈虧點為最大需量75%。

棉紡企業變壓器負荷率通常按85%設計，實際投入運行后負荷率大都低于85%，主要原因是需要系數與設計不符合，設備同時利用系數選取較保守。為節約單位電能消耗，減少基本電費支出，本研究以某棉紡企業5萬錠紡紗車間變壓器容量優化為案例，介紹改造前后效果。

1 基本情況介紹

目前該企業所執行的電費主要由基本電費和電度電費兩部分組成：基本電費月30元/k VA，按變壓器容量計；電度電費，峰電1.075 2元/（k W·h），谷電0.315 0元/（k W·h），平電0.645 1元/（kW·h）。該企業生產方式為連續生產，峰電、平電、谷電占比基本一致。優化前綜合用電0.760 7元/（k W·h），其中基本電費0.082 3元/（k W·h），電度電費0.678 4元/（k W·h），與變壓器在經濟負載率時的基本電費0.063 5元/（k W·h）相比，成本超出0.018 8元/（kW·h）（基本電費價差）。該紡紗車間原設計負荷率最大為92%，基本電費按月30元/k VA收取。

以上數據顯示，降低每度電單價中基本電費，可通過提高變壓器負荷率來實現。改造前變壓器配置容量為4 500 k VA（1臺2 000 k VA+1臺2 500 kVA），變壓器平均負荷率為60%～70%，與設計中85%左右的負荷率有一定的差距，致使變壓器的空載損耗偏大。變壓器容量選擇過大不僅增加了設備的一次投資，而且提高了運營成本，使每月支付的容量電費增加，造成不必要的浪費。

選用節能型容量小一規格的變壓器，可降低變壓器空載損耗，減少基本電費支出。紡織企業計算負荷主要采用需要系數法計算，因此分析各種動力照明負荷特性和設備工作特性對實際需要系數和同時系數有重要影響，進而可合理優化變壓器容量，實現節省投資、高效運行的目的［1］。

2 用電負荷基礎數據調查

該紡紗車間中低壓交流用電負荷包括照明負荷和動力負荷，其中動力負荷包括紡織主機負荷、空調及除塵設備負荷和照明及輔助負荷等。

紡織主機負荷主要為紡織機械設備負荷，主要設備裝機容量5 077.6 kW。空調及除塵設備負荷共計配空調室7套，裝機總容量1 116 kW；深井水泵112 kW。根據照明區域不同，照明負荷分為工作區間照明和辦公區域照明。工作區間照明一般為常亮，總容量100 kW。

3 變壓器容量的優化計算方法和結果

3.1 計算方法

采用需要系數法。

3.1.1 設備組設備容量

采用需要系數法時首先應將用電設備按類型分組，同一類型的用電設備歸為一組，算出該組用電設備的設備容量P e。

對于連續工作的用電負荷（如空調機組等），其設備容量是設備銘牌上所標注的額定功率。該企業主要設備均為連續工作的紡織設備，設備容量為設備電機容量總和。

3.1.2 用電設備組的計算負荷

根據用電設備組的設備容量P e，可算得設備的計算負荷。

有功功率P C=K X P e

無功功率Q C=P Ctanφ

式中：K X為設備組的需要系數，P e為設備組設備容量（kW），φ為用電設備功率因數角，U為用電設備額定線電壓（V），I C為計算電流（A）。

上述公式適用計算三相用電設備組的計算負荷，計算電流的確定尤為重要，因為計算電流是選擇導線截面積和開關容量的重要依據。單相設備在該企業中使用較少，在這里不作介紹。

3.1.3 配電干線或變電所的計算負荷

用電設備按類型分組后的多個用電設備組均連接在配電干線或變電所的低壓母線上，考慮到各個用電設備組并不同時都以最大負荷運行，配電干線或變電所的計算負荷應等于各個用電設備組的計算負荷之和乘以一個同時系數［2］。

其中：K∑P和K∑q分別為有功功率和無功功率的同時系數，一般取為0.80～0.90和0.90～0.97；∑P C為各用電設備組有功計算負荷之和（kW）；∑Q C為各用電設備組無功計算負荷之和（kVA）；U為用電設備額定線電壓（V）。

應該注意，因為各用電設備組類型不同，其功率因數也不盡相同。一般情況下，總的視在計算負荷不能按S∑C=P∑P/cosφ計算，總的視在計算負荷或計算電流也不能取各組用電設備的視在計算負荷之和或計算電流之和。

3.1.4 需要系數的選取

需要系數是在一定的條件下根據統計方法得出的，與用電設備的工作性質、設備效率、設備數量、線路效率以及生產組織和工藝設計等因素有關。將這些因素綜合為一個用于計算的系數，即需要系數，有時也稱為需用系數［3］。顯然，在不同地區、不同類型的建筑物內，對于不同的用電設備組，用電負荷的需要系數也不相同。在實際工程中應根據具體情況從表中選取一個恰當的值進行負荷計算。一般而言，當用電設備組內的設備數量較多時，需要系數應取較小值；反之，則應取較大值。設備使用率較高時，需要系數應取較大值；反之，則應取較小值。

3.2 變壓器容量優化計算結果

該紡紗車間優化前共配置2臺變壓器，1#變壓器2 500 kVA，2#變壓器2 000 k VA，我們以長期統計的數據作為確定需求系數的依據進行計算，1#變壓器和2#變壓器原有的用電負荷不作調整。1#變壓器擬采用2 000 k VA節能型變壓器進行替換，2#變壓器擬采用1 600 k VA節能型變壓器進行替換［4］。1#變壓器優化后負載率為83.70%，接近經濟負載85%；2#變壓器優化后負載率為91.92%，超出經濟負載85%。解決辦法：變壓器投入運行后根據實際負荷情況，通過1#變壓器與2#變壓器之間的聯絡電纜，轉移部分低壓負荷，使1#變壓器與2#變壓器的負載率均在85%左右。變壓器計算負荷匯總見表1和表2。

表1 1#變壓器計算負荷匯總表

表2 2#變壓器計算負荷匯總表

表1計算中，自然功率因數cosφ為0.85，tanφ為0.62，補償后達到的功率因數cosφ為0.92，總的補償容量450 kVA，計算總容量（含變壓器銅耗）1 673.99 k VA，選用2 000 k VA變壓器，變壓器負荷率83.70%。

表2計算中，自然功率因數cosφ為0.85，tanφ為0.62，補償后達到的功率因數cosφ為0.93，總的補償容量400 kVA，計算總容量（含變壓器銅耗）1 470.87 kVA，選 用1 600 kVA變壓器，變壓器負荷率91.92%。

4 投資費用估算

本次改造需新購1臺容量1 600 kVA的節能型變壓器，單價15萬元；變壓器及低壓回路調整工程費用5萬元；2 500 kVA變壓器處置后可收20萬元。綜合計算，實際本次變壓器容量優化改造無需投入資金。

5 收益分析

對1#變壓器與2#變壓器的容量進行優化后，每年可減少基本電費32.4萬元，平攤到用電單價與優化前相比降低0.018 8元/（kW·h），經濟效益較為明顯，可以實施優化。

6 結束語

該方案技術可行，經濟效益明顯，公司生產領導小組討論后一致同意改造。工程部組織人員實施，改造后1#變壓器實際負荷率在80%～92%，2#變壓器實際負荷率在80%～90%。目前已經穩定運行5年，累計節約基本電費162萬元。經濟效益較為明顯，對于負荷相對較為穩定的紡織企業值得推廣。