棉纺企业配电变压器容量的优化

万 锋

（江苏南通二棉有限公司，江苏南通，226000）

棉纺企业每万锭变压器容量在1 000 k VA～1 200 kVA，每万锭变压器容量下调100 k VA，在节约初投资的基础上，年可节约基本电费3.6万元。对于变压器装机容量大于315 k VA的工业用户，江苏省基本电费执行两种标准，第一种是按实际运行变压器的容量计算，基本电费月30元/kVA；第二种是按变压器运行最大负荷需量计算，基本电费月40元/k VA。两种计费标准盈亏点为最大需量75%。

棉纺企业变压器负荷率通常按85%设计，实际投入运行后负荷率大都低于85%，主要原因是需要系数与设计不符合，设备同时利用系数选取较保守。为节约单位电能消耗，减少基本电费支出，本研究以某棉纺企业5万锭纺纱车间变压器容量优化为案例，介绍改造前后效果。

1 基本情况介绍

目前该企业所执行的电费主要由基本电费和电度电费两部分组成：基本电费月30元/k VA，按变压器容量计；电度电费，峰电1.075 2元/（k W·h），谷电0.315 0元/（k W·h），平电0.645 1元/（kW·h）。该企业生产方式为连续生产，峰电、平电、谷电占比基本一致。优化前综合用电0.760 7元/（k W·h），其中基本电费0.082 3元/（k W·h），电度电费0.678 4元/（k W·h），与变压器在经济负载率时的基本电费0.063 5元/（k W·h）相比，成本超出0.018 8元/（kW·h）（基本电费价差）。该纺纱车间原设计负荷率最大为92%，基本电费按月30元/k VA收取。

以上数据显示，降低每度电单价中基本电费，可通过提高变压器负荷率来实现。改造前变压器配置容量为4 500 k VA（1台2 000 k VA+1台2 500 kVA），变压器平均负荷率为60%～70%，与设计中85%左右的负荷率有一定的差距，致使变压器的空载损耗偏大。变压器容量选择过大不仅增加了设备的一次投资，而且提高了运营成本，使每月支付的容量电费增加，造成不必要的浪费。

选用节能型容量小一规格的变压器，可降低变压器空载损耗，减少基本电费支出。纺织企业计算负荷主要采用需要系数法计算，因此分析各种动力照明负荷特性和设备工作特性对实际需要系数和同时系数有重要影响，进而可合理优化变压器容量，实现节省投资、高效运行的目的［1］。

2 用电负荷基础数据调查

该纺纱车间中低压交流用电负荷包括照明负荷和动力负荷，其中动力负荷包括纺织主机负荷、空调及除尘设备负荷和照明及辅助负荷等。

纺织主机负荷主要为纺织机械设备负荷，主要设备装机容量5 077.6 kW。空调及除尘设备负荷共计配空调室7套，装机总容量1 116 kW；深井水泵112 kW。根据照明区域不同，照明负荷分为工作区间照明和办公区域照明。工作区间照明一般为常亮，总容量100 kW。

3 变压器容量的优化计算方法和结果

3.1 计算方法

采用需要系数法。

3.1.1 设备组设备容量

采用需要系数法时首先应将用电设备按类型分组，同一类型的用电设备归为一组，算出该组用电设备的设备容量P e。

对于连续工作的用电负荷（如空调机组等），其设备容量是设备铭牌上所标注的额定功率。该企业主要设备均为连续工作的纺织设备，设备容量为设备电机容量总和。

3.1.2 用电设备组的计算负荷

根据用电设备组的设备容量P e，可算得设备的计算负荷。

有功功率P C=K X P e

无功功率Q C=P Ctanφ

式中：K X为设备组的需要系数，P e为设备组设备容量（kW），φ为用电设备功率因数角，U为用电设备额定线电压（V），I C为计算电流（A）。

上述公式适用计算三相用电设备组的计算负荷，计算电流的确定尤为重要，因为计算电流是选择导线截面积和开关容量的重要依据。单相设备在该企业中使用较少，在这里不作介绍。

3.1.3 配电干线或变电所的计算负荷

用电设备按类型分组后的多个用电设备组均连接在配电干线或变电所的低压母线上，考虑到各个用电设备组并不同时都以最大负荷运行，配电干线或变电所的计算负荷应等于各个用电设备组的计算负荷之和乘以一个同时系数［2］。

其中：K∑P和K∑q分别为有功功率和无功功率的同时系数，一般取为0.80～0.90和0.90～0.97；∑P C为各用电设备组有功计算负荷之和（kW）；∑Q C为各用电设备组无功计算负荷之和（kVA）；U为用电设备额定线电压（V）。

应该注意，因为各用电设备组类型不同，其功率因数也不尽相同。一般情况下，总的视在计算负荷不能按S∑C=P∑P/cosφ计算，总的视在计算负荷或计算电流也不能取各组用电设备的视在计算负荷之和或计算电流之和。

3.1.4 需要系数的选取

需要系数是在一定的条件下根据统计方法得出的，与用电设备的工作性质、设备效率、设备数量、线路效率以及生产组织和工艺设计等因素有关。将这些因素综合为一个用于计算的系数，即需要系数，有时也称为需用系数［3］。显然，在不同地区、不同类型的建筑物内，对于不同的用电设备组，用电负荷的需要系数也不相同。在实际工程中应根据具体情况从表中选取一个恰当的值进行负荷计算。一般而言，当用电设备组内的设备数量较多时，需要系数应取较小值；反之，则应取较大值。设备使用率较高时，需要系数应取较大值；反之，则应取较小值。

3.2 变压器容量优化计算结果

该纺纱车间优化前共配置2台变压器，1#变压器2 500 kVA，2#变压器2 000 k VA，我们以长期统计的数据作为确定需求系数的依据进行计算，1#变压器和2#变压器原有的用电负荷不作调整。1#变压器拟采用2 000 k VA节能型变压器进行替换，2#变压器拟采用1 600 k VA节能型变压器进行替换［4］。1#变压器优化后负载率为83.70%，接近经济负载85%；2#变压器优化后负载率为91.92%，超出经济负载85%。解决办法：变压器投入运行后根据实际负荷情况，通过1#变压器与2#变压器之间的联络电缆，转移部分低压负荷，使1#变压器与2#变压器的负载率均在85%左右。变压器计算负荷汇总见表1和表2。

表1 1#变压器计算负荷汇总表

表2 2#变压器计算负荷汇总表

表1计算中，自然功率因数cosφ为0.85，tanφ为0.62，补偿后达到的功率因数cosφ为0.92，总的补偿容量450 kVA，计算总容量（含变压器铜耗）1 673.99 k VA，选用2 000 k VA变压器，变压器负荷率83.70%。

表2计算中，自然功率因数cosφ为0.85，tanφ为0.62，补偿后达到的功率因数cosφ为0.93，总的补偿容量400 kVA，计算总容量（含变压器铜耗）1 470.87 kVA，选 用1 600 kVA变压器，变压器负荷率91.92%。

4 投资费用估算

本次改造需新购1台容量1 600 kVA的节能型变压器，单价15万元；变压器及低压回路调整工程费用5万元；2 500 kVA变压器处置后可收20万元。综合计算，实际本次变压器容量优化改造无需投入资金。

5 收益分析

对1#变压器与2#变压器的容量进行优化后，每年可减少基本电费32.4万元，平摊到用电单价与优化前相比降低0.018 8元/（kW·h），经济效益较为明显，可以实施优化。

6 结束语

该方案技术可行，经济效益明显，公司生产领导小组讨论后一致同意改造。工程部组织人员实施，改造后1#变压器实际负荷率在80%～92%，2#变压器实际负荷率在80%～90%。目前已经稳定运行5年，累计节约基本电费162万元。经济效益较为明显，对于负荷相对较为稳定的纺织企业值得推广。