任錢保

【摘要】滿足用電系統(tǒng)負荷的需要是變壓器選擇時要考慮的最為基本的內(nèi)容之一，準確、合理的負荷計算是變壓器容量選擇的重要依據(jù)，也是變壓器能夠經(jīng)濟、安全運行的保障。以水處理系統(tǒng)為例介紹了負荷計算的基本原則與步驟，闡述了變壓器容量選擇的基本依據(jù)。

【關鍵詞】負荷計算；變壓器；容量

變壓器在電力系統(tǒng)中起著重要的作用，其主要是通過電壓的變換使電能得以輸送、分配和使用。變壓器容量的選擇是一項重要的技術經(jīng)濟活動，既要考慮變壓器的經(jīng)濟運行，更要考慮安全可靠、滿足生產(chǎn)使用環(huán)境對配電變壓器性能指標的要求。在實際的選用過程中，由于負荷計算不準確使得變壓器容量過大導致變壓器欠載運行、損耗增大或者變壓器容量小于用電容量使得變壓器處于過載運行導致變壓器發(fā)熱、使用壽命減少甚至損壞的情況還較多的存在，這種選擇影響了供配電系統(tǒng)的經(jīng)濟性和安全性，不利于整個系統(tǒng)的持久發(fā)展。

1 變壓器選擇

變電所內(nèi)變壓器容量和臺數(shù)的選擇與電網(wǎng)運行方式、供電安全可靠性和經(jīng)濟性都有著重要關系，跟用電負荷的性質和供電可靠性的要求、上一級供電中心所能提供的最大容量、配電裝置的技術經(jīng)濟指標以及整個項目的技術經(jīng)濟比較等都有很大的關系，根據(jù)相關的規(guī)范要求，一般從以下方面進行選擇：

（1）變壓器的額定容量應能滿足全部用電設備總計算負荷的需要，避免變壓器長期處于過載狀態(tài)運行，同時考慮適當?shù)膫溆?，以免負荷計算不準確或用電設備突然增加導致變壓器容量不夠，防止不必要的增容。同時還應考慮電動機起動瞬間有可能對變壓器造成的沖擊的相關情況。

（2）對于向重要用戶供電的變電所，應考慮當一臺變壓器出現(xiàn)故障時不中斷供電。GB 50053-2013 《20KV及以下變電所設計規(guī)范》規(guī)定，對于裝有兩臺及以上變壓器的變電所，當其中任一臺變壓器斷開時，其余變壓器的容量應能滿足全部一級負荷及二級負荷的用電。

（3）變壓器單位容量造價會隨著變壓器容量的增大而不斷降低，這對于向擁有集中負荷的大用戶供電是相當有利的，但變壓器容量的增大也會對下級配電裝置有著更高的要求，且供電方式不夠靈活，一般情況下，采取適當多一點、較小容量的變壓器供電方式最為靈活可靠。GB 50053-2013 《20KV及以下變電所設計規(guī)范》規(guī)定，變電所中低壓為0.4kV的單臺變壓器容量不宜大于1250kVA。當用電設備容量較大、負荷集中且運行合理時，可選用較大容量的變壓器。

2 負荷計算

準確、合理的負荷計算是變壓器容量選擇的基本依據(jù)。在工業(yè)領域，各用電設備有連續(xù)、間斷等工作制之分，且很多設備可能并不同時運行，即便使用時每個用電設備也未必都以額定容量運行，因此就需要以一種合理的方法來計算整個系統(tǒng)在持續(xù)的時間內(nèi)的用電量。

2.1 單臺用電設備設備功率的確定

（1）經(jīng)常連續(xù)運行的負荷，如各種電動機，此類設備的設備功率就是設備銘牌上標示的額定功率。

（2）短時或周期運行的負荷，如工廠里吊車用電動機，此類設備的設備功率需將額定功率換算為統(tǒng)一負載持續(xù)率下的有功功率。根據(jù)負荷計算方法的不同選擇不同的負載持續(xù)率。

（3）電焊機設備功率需將額定容量換算為100%負載持續(xù)率下的有功功率。

（4）整流變壓器的設備功率是指額定直流功率。

（5）照明設備中的白熾燈和鹵鎢燈的設備功率為燈泡的額定功率，氣體放電燈的設備功率為燈管額定功率加鎮(zhèn)流器的功率消耗。

2.2 單相用電設備的設備功率的確定

單相用電設備與三相用電設備同時運行，負荷計算時應將單相負荷換算為等效的三相負荷后再與三相負荷相加進行負荷計算。

2.3 計算方法

負荷計算的方法主要有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法、單位指標法以及二項式法，各計算方法可根據(jù)設計的不同階段以及不同的供電系統(tǒng)選用，在本文中采用需要系數(shù)法。

3 實例分析

在工業(yè)領域，水處理系統(tǒng)不僅按照工藝系統(tǒng)的各種要求承擔提供符合水質要求的水量，傳遞能量，冷卻等職能，同時在很多時候還承擔著事故用水等有關安全的重大職能，系統(tǒng)中存在有大量的一級負荷及二級負荷，因此水處理系統(tǒng)對供電安全有著較高的要求。

下表1是某車間水處理系統(tǒng)的馬達表，

序號 名稱 設備型號 性能參數(shù) 單位 安裝 工作 備用

1 空壓供水泵組 Y315M-4 U=380V，N=132kW 臺 3 2 1

2 濁環(huán)供水泵組 Y315M-4 U=380V，N=132kW 臺 3 2 1

3 軟水供水泵組 Y315M-4 U=380V，N=132kW 臺 2 1 1

4 冷卻供水泵組 Y315L-4 U=380V，N=160kW 臺 2 1 1

5 事故水塔供水泵組 Y200L2-2 U=380V，N=37kW 臺 4 3 1

6 各種電動蝶閥 U=380V，N=0.55kW 臺 14 9 5

7 加藥裝置 U=380V，N=4kW 臺 2 2 0

8 管道過濾器 U=380V，N=1kW 臺 5 5 0

9 5噸電動葫蘆 U=380V，N=37kW 臺 2 2 0

10 檢修設備 U=380V，N=10kW 臺 2 2 0

系統(tǒng)要求兩回路電源供電，互為備用。

3.1 各用電設備功率確定

根據(jù)先前敘述，各供水泵、蝶閥、加油裝置、管道過濾器按照連續(xù)運行的負荷計算，設備功率即為額定功率。

電動葫蘆短周期運行的負荷，本計算采用需要系數(shù)法，需將額定功率統(tǒng)一折算到負載持續(xù)率ε為25%情況下計算設備功率：

檢修設備一般不計入負荷計算。

3.2 負荷計算

對于已經(jīng)確定了設備功率的單臺運行負荷，其有功功率、無功功率安裝下面的公式進行計算：

公式中的Kx指單臺設備的需要系數(shù)，Pe指單臺設備的設備功率，tgφ為單臺設備功率因數(shù)角的正切值，其中Kx，tgφ需查詢相關的設備手冊。

詳細的負荷計算請參見表2

序號 名稱 工作 單臺容量 總容量 需要系數(shù) 有功 無功 功率因數(shù)

1 空壓供水泵組 2 132 264 0.8 211.2 158.4 0.8

2 濁環(huán)供水泵組 2 132 264 0.8 211.2 158.4 0.8

3 軟水供水泵組 1 132 132 0.8 105.6 79.2 0.8

4 冷卻供水泵組 1 160 160 0.8 128 96 0.8

5 事故水塔供水泵組 3 37 111 0.8 88.8 66.6 0.8

6 各種電動蝶閥 9 0.55 4.95 0.8 3.96 2.97 0.8

7 加藥裝置 2 4 8 0.75 6 10.39 0.5

8 管道過濾器 5 1 5 0.15 0.75 1.30 0.5

9 5噸電動葫蘆 2 46.8 93.6 0.25 23.4 40.53 0.5

10 照明 50 50 1 50 0 0

11 暖通設備 80 80 0.8 64 48 0.8

12 合計 892.91 661.79

根據(jù)負荷計算表2的計算結果，該水處理系統(tǒng)中心的視在功率為：

，功率因數(shù)為0.80

由于整個系統(tǒng)的功率因數(shù)較低，從整個電網(wǎng)系統(tǒng)運行及選擇變壓器的技術經(jīng)濟條件，進行動態(tài)無功補償，補償量為300KVar，補償過后系統(tǒng)的視在功率為963.42KVA，功率因數(shù)為0.93。（本計算未考慮整個系統(tǒng)所有設備的同時運行系數(shù)）

3.3 變壓器選擇

根據(jù)整個系統(tǒng)對供電安全的要求及負荷計算的結果，本系統(tǒng)可選擇SC10-1250/10，變比 ： 10±2x2.5%/0.23～0.4kV，短路阻抗 ： U =4.5%，高壓分接范圍： 2x2.5%。

4 結束語

變壓器的選擇直接關系著整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，其既要滿足工藝系統(tǒng)的技術條件同時還要做到變壓器運行的經(jīng)濟性，在進行負荷計算時充分考慮了系統(tǒng)中各個負荷的大小、運行特性以及整個系統(tǒng)運行效率、是否進行無功補償?shù)雀鱾€因素，以負荷計算的結果為依據(jù)選擇變壓器，充分考慮了現(xiàn)在和將來可能出現(xiàn)的負荷變化，因此具有一定的合理性，可以考慮在一定的工業(yè)領域進行使用。