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1、 1 第一部分 供配电系统的节能措施第一部分 供配电系统的节能措施 我国是能源紧缺的国家 但能源浪费却很严重 无论供配电系统或用电设备 都存在节 能的巨大潜力 节能工作的重点是 建立和健全节能管理机制 正确设计供配电系统 改革高电耗工艺 选用节能产品 更换改造低效设备 通过科学管理和合理组织生产 实现供配电及用电设备 的经济运行 相关内容可参考 节约用电手册 及 电力网降损节能手册 一 变压器节能 1 变压器损耗及效率的有关参数计算 变压器损耗包括有功功率损耗和无功功率损耗两部分 1 变压器的有功功率损耗 变压器有功功率损耗有铁损和铜损 铁损又称空载损失 其值与铁心材质有关 而与负荷大小无关
2、是基本不变的 而铜损与负荷电流平方成正比 负载电流为额定值时的铜损又称短路损失 变压器有功损耗可用下式计算 2 0K PPP 1 1 式中 P 有功功率损耗 kw 0 P 变压器空载损耗 kw K P 变压器短路损耗 kw 变压器负载率 2 变压器的无功功率损耗 变压器无功消耗由两部分组成 一部分由励磁电流即空载电 流造成的损耗 0 Q 它与铁心有关而与负荷无关 可用下式求取 2 00 10 N QI S 1 2 式中 0 Q 变压器空载时的无功功率 kvar 0 I 空载电流百分率 N S 变压器额定容量 kVA 另一部分无功损耗指一 二次绕组的漏磁电抗损耗 其大小与负载电流平方成正比 此
3、损耗又称变压器无功漏磁损耗 K Q 可用下式求得 2 10 KKN QU S 1 3 式中 K Q 变压器额定负载时的无功功率 kvar 2 K U 变压器阻抗电压 变压器总的无功消耗按下式计算 2 0K QQQ 1 4 式中 Q 变压器无功功率消耗 kvar 3 变压器的综合有功功率损耗 变压器综合有功功率损耗 指变压器的有功功率损耗 无功功率损耗折算成有功损耗两者之和 可按下式计算 ZQ PPKQ 式中 Z P 变压器综合有功功率损耗 kW Q K 无功经济当量 指变压器每减少 1 kvar 无功功率消耗 引起连接系统有功损失下降 的千瓦值 其值见表 1 1 表 1 1 无功经济当量值 Q
4、 K 值 kW kvar 序号 变压器在连接系统的位置 系统负载最大时 系统负载最小时 1 直接由发电厂母线以发电机电压供电的变压器 0 02 0 02 2 由发电厂以发电机电压供电的线路变压器 例如 由厂用和市内发电厂供电的工企变压器 0 07 0 04 3 由区域线路供电的 110 35kV 降压变压器 0 1 0 06 4 由区域线路供电的 6 10kV 降压变压器 0 15 0 1 5 由区域线路供电的降压变压器 但其无功负荷由 同步调相机担负 0 05 0 03 变压器综合有功功率损耗 Z P 的另一种表达示为 2 0KZZZ PPP 000ZQ PPK Q 1 5 KKZQK PP
5、K Q 1 6 式中 0Z P 空载综合功率损失 kW KZ P 额定负载综合功率损失 kW Q K 无功经济当量 kW kvar 3 0 Q 变压器空载时的无功功率 kvar K Q 变压器额定负载时的无功功率 kvar 负载系数 4 变压器的效率 22 2 120K cos 100 cos N N SP PSPP 式中 1 P 变压器电源侧输入功率 kW 2 P 变压器负载侧输出功率 kW 2 cos 负载功率因数 负载系数 N S 变压器额定容量 kVA 0 P 变压器的空载损耗 kW K P 变压器短路损耗 kW 5 变压器的负载系数 22 22 cos NN IP IS 式中 2 I
6、 变压器负载电流 A 2N I 变压器二次额定电流 A 2 P 变压器负载侧输出功率 kW N S 变压器额定容量 kVA 2 cos 负载功率因数 6 变压器的综合经济负载系数 变压器综合经济负载系数是表示变压器综合功率经 济运行的参数 其表达式为 4 00 0 KK Q Z jZ ZQK PK Q P PPK Q 式中 jZ 变压器综合经济负载系数 0Z P 空载综合功率损失 kW 见式 1 5 KZ P 额定负载综合功率损失 kW 见式 1 6 7 变压器的有功功率损失率和损失率的负载特性 变压器有功功率损失率的计算式 为 2 0K 2 120K 100 cos N PPP P PSPP
7、 1 7 式中 1 P 变压器电源侧输入功率 kW 2 cos 负载功率因数 负载系数 N S 变压器额定容量 kVA 0 P 变压器的空载损耗 kW K P 变压器短路损耗 kW 变压器有功功率损失P 和损失率 P 的负载特性曲线见图 1 1 图 1 1 变压器功率损失和损失率的负载特性曲线 由图 1 1 的变压器损失率曲线可以看出 当负载系数 达到某一数值时 损失率将达 5 到最小值 min P 将式 1 7 对 取一阶导数 并将使之为零 即 0 dP d 即可求出产生最小损失率的条件为 2 0K PP 或 0 K jP P P 1 8 式 1 8 说明当铜损等于铁损时 变压器的损失率达到
8、最低 jP 称为有功经济负载 系数 所以 当固定变压器运行时 可以通过调负载来降低 P 一般变压器的 0 K 11 43 P P 故最低损失率大体发生在负载系数0 50 6 左右 8 变压器的无功功率消耗率和消耗率的负载特性 变压器无功功率消耗率的计算式为 1 100 Q Q P 或近似 2 0 22 100 cos K N QQQ Q PS 1 9 式中 1 P 变压器电源侧输入功率 kW 2 P 变压器负载侧输出功率 kW 2 cos 负载功率因数 负载系数 N S 变压器额定容量 kVA 0 Q 变压器空载时的无功功率 kvar K Q 变压器额定负载时的无功功率 kvar 变压器无功功
9、率消耗和消耗率的负载特性曲线与图 1 1 类似 对式 1 9 求极值 即令其一阶导数为零 即使 0 dQ d 得 6 0 K jQ Q Q 1 10 式中 jQ 是变压器的无功经济负载系数 式 1 10 可写成 2 K0jQQ Q 即当变压器 负载漏磁功率等于空载励磁功率时 其无功消耗率最小 2 变压器的经济运行 1 变压器经济负载系数及经济运行区的划分 在变压器有功损耗率曲线最低点对应的 负载系数称为有功经济负载系数 无功消耗率曲线最低点对应的负载系数称为无功经济负载 系数 综合损耗率曲线最低点对应的负载系数称为综合经济负载系数 经济负载系数的大小 取决于变压器自身的技术参数 GB T134
10、62 1992 工矿企业电力变压器经济运行导则 提出了变压器经济运行区的概 念 并给出了按综合功率确定变压器经济运行区的方法 该标准在变压器经济运行区内又提 出了变压器经济运行区的优先运行段 即最佳经济运行区 并给出了最佳经济运行区的确 定方法 同时也为判定变压器 大马拉小车 称最劣运行区 提供了科学依据 2 变压器有功功率经济运行 反应变压器有功功率损耗的主要参数是空载损耗 0 P和负载 损耗 即短路损耗 K P 降低空载损耗和负载损耗的途径有 1 采用优质硅钢片 改进铁心结构 降低空载损耗 2 改进绝缘结构 适当减少电流密度 降低负载损耗 3 变压器无功功率的经济运行 反应变压器无功功率损
11、耗的主要参数是空载电流 0 I及 短路电压 K U 变压器在空载试验时电源侧的视在功率 0 S为 2 0010 3 10 NN SI UIS 式中 0 S 视在功率 kVA 0 I 空载电流 A 1N U 电源侧额定电压 kV 0 I 空载电流百分比 N S 变压器额定容量 kVA 变压器在短路试验 额定负载 时所测的视在功率 K S为 7 2 1 3 10 KNKKN SI UUS 式中 K S 变压器在短路试验时的视在功率 kVA 1N I 电源侧额定电流 A K U 变压器短路电压 kV K U 短路电压百分比 N S 变压器额定容量 kVA 由于变压器的变压过程是借助于电磁感应完成的
12、因此 变压器是一个感性的无功负载 在变压器传输功率的过程中 变压器自身的无功功率消耗远大于有功功率损失 因此在分析 计算变压器经济运行时 不仅要考虑有功损失最小 同时也应考虑无功消耗最小 在变压器 经济运行时 无功电量的节约远大于有功电量的节约 所以变压器经济运行不仅能节电 同 时也能提高功率因数 由于变压器是个感性负载 其空载功率因数很低 一般变化范围为 0 cos0 050 2 变压器容量越大 0 cos 越小 变压器空载因数计算式为 00 0 0 01 cos 3 N PP SI U 式中 0 P 空载损失 kW 0 I 空载电流 A 1N U 变压器电源侧额定电压 kV 0 S 变压器
13、空载试验时的表观功率 kVA 4 变压器综合功率的经济运行 变压器经济运行主要有三种情况 如果用电单位以节 约电量为主 则按有功功率考虑 如果以提高功率因数为主 则按无功功率考虑 如果对两 者均无特殊要求 则按综合功率考虑 5 变压器经济运行的措施 1 选择变压器的容量及台数时 应根据计算负荷 负荷性质 生产班次等条件进行选 择 2 对负载率很低 正常使用时低于 30 而且损失率又很高 通过计算证明是 大 马拉小车 的变压器 应予以调整或更换 8 3 根据计算负荷 对重载负荷 80 负载率 通过计算证明不利于经济运行的变压器 可放大一级容量来选择变压器 以降低其负载率和损失率 4 向一 二类负
14、荷供电的变压器 当选用两台变压器时 应同时使用 以保证变压器 的经济运行 5 对采用多台变压器的厂房 其配电系统设计 应根据负荷情况 有切换每台变压器 的可能性 通过调整是参数好的变压器在运行状态 让参数差的在备用状态 以实现变压器 的经济运行 6 对于夜里或节假日里不生产的车间或设备 可把其中不能停电的负荷集中到某一变压 器上 设置专用变压器供电 停用其他变压器 以利节电 7 不容许变压器长期空载运行 8 在大型厂房或非三班生产的车间中 应安装照明专用变压器供电 3 高耗能变压器的更换与改造 我国目前运行的变压器中存在 20 世纪 60 70 年代出厂的高耗能变压器 对这些高耗能 变压器进行
15、更换和改造是变压器节能的一个重要措施 1 变压器产品的损耗比较 按变压器技术参数水平进行分析 可把 60 年代以来的各 类型变压器划分为四代产品 第一代变压器称为热轧硅钢片变压器 其型号为 TM TN SJ SJ 及 SJ 型 简称 64 标准变压器 第二代变压器称为冷轧硅钢片变压器 按 GB1300 1973 系列生产的 SJ3 SJ5 或 S3 S5 型 简称 73 标准变压器 第三代变压器 产品称为低损耗节能型变压器 即 S7 SL7 和 S9 型 简称 86 标准变压器 第四代是 非晶合金铁心变压器 非晶合金铁心变压器是利用铁 硼 硅和碳四种元素合成的非晶合金作铁心材料而制作 成的变压
16、器 铁磁损失极小 是我国 九五 重点推广的新型节能产品 对配电系统的节能 降耗具有重大意义 根据不同标准配电变压器空载损耗的比较 64 标准的配电变压器空载损耗比较最大 其次为 73 标准 86 标准最小 以 100kVA 配电变压器为例 64 标准的空载损耗为 1 则三种标准的配电变压器空载损耗比为 1 0 85 0 44 不同标准配电变压器负载损耗见图 1 2 图中为三种标准的 100kVA 配电变压器在不同 负载时的负载损耗曲线 图 1 2 损耗曲线图 非晶合金铁心配电变压器 AMDT 的损耗及节能效果见表 1 2 9 表 1 2 非晶合金铁心配电变压器 AMDT 节能效果和投资差额回报 配电变压器类型 AMDT S9 变压器容量 KVA 400 400 空载损耗 W 170 810 负载损耗 W 4600 4600 年空载损耗电量 KWh 1489 20 7095 60 年节约损耗电量 KWh 5606 40 配电变压器类型 AMDT S9 年节约电费 元 按每 千瓦时电费 0 6 元 3363 84 每台变压器售价 元 69030 53100 变压器差价 元 15930 投资
