萬 鋒
(江蘇南通二棉有限公司,江蘇南通,226000)
棉紡企業(yè)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(diào)100 k VA,在節(jié)約初投資的基礎(chǔ)上,年可節(jié)約基本電費3.6萬元。對于變壓器裝機(jī)容量大于315 k VA的工業(yè)用戶,江蘇省基本電費執(zhí)行兩種標(biāo)準(zhǔn),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(fù)荷需量計算,基本電費月40元/k VA。兩種計費標(biāo)準(zhǔn)盈虧點為最大需量75%。
棉紡企業(yè)變壓器負(fù)荷率通常按85%設(shè)計,實際投入運行后負(fù)荷率大都低于85%,主要原因是需要系數(shù)與設(shè)計不符合,設(shè)備同時利用系數(shù)選取較保守。為節(jié)約單位電能消耗,減少基本電費支出,本研究以某棉紡企業(yè)5萬錠紡紗車間變壓器容量優(yōu)化為案例,介紹改造前后效果。
目前該企業(yè)所執(zhí)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(yè)生產(chǎn)方式為連續(xù)生產(chǎn),峰電、平電、谷電占比基本一致。優(yōu)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(jīng)濟(jì)負(fù)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(shè)計負(fù)荷率最大為92%,基本電費按月30元/k VA收取。
以上數(shù)據(jù)顯示,降低每度電單價中基本電費,可通過提高變壓器負(fù)荷率來實現(xiàn)。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(fù)荷率為60%~70%,與設(shè)計中85%左右的負(fù)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(shè)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(jié)能型容量小一規(guī)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(yè)計算負(fù)荷主要采用需要系數(shù)法計算,因此分析各種動力照明負(fù)荷特性和設(shè)備工作特性對實際需要系數(shù)和同時系數(shù)有重要影響,進(jìn)而可合理優(yōu)化變壓器容量,實現(xiàn)節(jié)省投資、高效運行的目的[1]。
該紡紗車間中低壓交流用電負(fù)荷包括照明負(fù)荷和動力負(fù)荷,其中動力負(fù)荷包括紡織主機(jī)負(fù)荷、空調(diào)及除塵設(shè)備負(fù)荷和照明及輔助負(fù)荷等。
紡織主機(jī)負(fù)荷主要為紡織機(jī)械設(shè)備負(fù)荷,主要設(shè)備裝機(jī)容量5 077.6 kW??照{(diào)及除塵設(shè)備負(fù)荷共計配空調(diào)室7套,裝機(jī)總?cè)萘? 116 kW;深井水泵112 kW。根據(jù)照明區(qū)域不同,照明負(fù)荷分為工作區(qū)間照明和辦公區(qū)域照明。工作區(qū)間照明一般為常亮,總?cè)萘?00 kW。
采用需要系數(shù)法。
3.1.1 設(shè)備組設(shè)備容量
采用需要系數(shù)法時首先應(yīng)將用電設(shè)備按類型分組,同一類型的用電設(shè)備歸為一組,算出該組用電設(shè)備的設(shè)備容量P e。
對于連續(xù)工作的用電負(fù)荷(如空調(diào)機(jī)組等),其設(shè)備容量是設(shè)備銘牌上所標(biāo)注的額定功率。該企業(yè)主要設(shè)備均為連續(xù)工作的紡織設(shè)備,設(shè)備容量為設(shè)備電機(jī)容量總和。
3.1.2 用電設(shè)備組的計算負(fù)荷
根據(jù)用電設(shè)備組的設(shè)備容量P e,可算得設(shè)備的計算負(fù)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(shè)備組的需要系數(shù),P e為設(shè)備組設(shè)備容量(kW),φ為用電設(shè)備功率因數(shù)角,U為用電設(shè)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(shè)備組的計算負(fù)荷,計算電流的確定尤為重要,因為計算電流是選擇導(dǎo)線截面積和開關(guān)容量的重要依據(jù)。單相設(shè)備在該企業(yè)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(fù)荷
用電設(shè)備按類型分組后的多個用電設(shè)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(shè)備組并不同時都以最大負(fù)荷運行,配電干線或變電所的計算負(fù)荷應(yīng)等于各個用電設(shè)備組的計算負(fù)荷之和乘以一個同時系數(shù)[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(shù),一般取為0.80~0.90和0.90~0.97;∑P C為各用電設(shè)備組有功計算負(fù)荷之和(kW);∑Q C為各用電設(shè)備組無功計算負(fù)荷之和(kVA);U為用電設(shè)備額定線電壓(V)。
應(yīng)該注意,因為各用電設(shè)備組類型不同,其功率因數(shù)也不盡相同。一般情況下,總的視在計算負(fù)荷不能按S∑C=P∑P/cosφ計算,總的視在計算負(fù)荷或計算電流也不能取各組用電設(shè)備的視在計算負(fù)荷之和或計算電流之和。
3.1.4 需要系數(shù)的選取
需要系數(shù)是在一定的條件下根據(jù)統(tǒng)計方法得出的,與用電設(shè)備的工作性質(zhì)、設(shè)備效率、設(shè)備數(shù)量、線路效率以及生產(chǎn)組織和工藝設(shè)計等因素有關(guān)。將這些因素綜合為一個用于計算的系數(shù),即需要系數(shù),有時也稱為需用系數(shù)[3]。顯然,在不同地區(qū)、不同類型的建筑物內(nèi),對于不同的用電設(shè)備組,用電負(fù)荷的需要系數(shù)也不相同。在實際工程中應(yīng)根據(jù)具體情況從表中選取一個恰當(dāng)?shù)闹颠M(jìn)行負(fù)荷計算。一般而言,當(dāng)用電設(shè)備組內(nèi)的設(shè)備數(shù)量較多時,需要系數(shù)應(yīng)取較小值;反之,則應(yīng)取較大值。設(shè)備使用率較高時,需要系數(shù)應(yīng)取較大值;反之,則應(yīng)取較小值。
該紡紗車間優(yōu)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(tǒng)計的數(shù)據(jù)作為確定需求系數(shù)的依據(jù)進(jìn)行計算,1#變壓器和2#變壓器原有的用電負(fù)荷不作調(diào)整。1#變壓器擬采用2 000 k VA節(jié)能型變壓器進(jìn)行替換,2#變壓器擬采用1 600 k VA節(jié)能型變壓器進(jìn)行替換[4]。1#變壓器優(yōu)化后負(fù)載率為83.70%,接近經(jīng)濟(jì)負(fù)載85%;2#變壓器優(yōu)化后負(fù)載率為91.92%,超出經(jīng)濟(jì)負(fù)載85%。解決辦法:變壓器投入運行后根據(jù)實際負(fù)荷情況,通過1#變壓器與2#變壓器之間的聯(lián)絡(luò)電纜,轉(zhuǎn)移部分低壓負(fù)荷,使1#變壓器與2#變壓器的負(fù)載率均在85%左右。變壓器計算負(fù)荷匯總見表1和表2。
表1 1#變壓器計算負(fù)荷匯總表
表2 2#變壓器計算負(fù)荷匯總表
表1計算中,自然功率因數(shù)cosφ為0.85,tanφ為0.62,補(bǔ)償后達(dá)到的功率因數(shù)cosφ為0.92,總的補(bǔ)償容量450 kVA,計算總?cè)萘浚ê儔浩縻~耗)1 673.99 k VA,選用2 000 k VA變壓器,變壓器負(fù)荷率83.70%。
表2計算中,自然功率因數(shù)cosφ為0.85,tanφ為0.62,補(bǔ)償后達(dá)到的功率因數(shù)cosφ為0.93,總的補(bǔ)償容量400 kVA,計算總?cè)萘浚ê儔浩縻~耗)1 470.87 kVA,選 用1 600 kVA變壓器,變壓器負(fù)荷率91.92%。
本次改造需新購1臺容量1 600 kVA的節(jié)能型變壓器,單價15萬元;變壓器及低壓回路調(diào)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(yōu)化改造無需投入資金。
對1#變壓器與2#變壓器的容量進(jìn)行優(yōu)化后,每年可減少基本電費32.4萬元,平攤到用電單價與優(yōu)化前相比降低0.018 8元/(kW·h),經(jīng)濟(jì)效益較為明顯,可以實施優(yōu)化。
該方案技術(shù)可行,經(jīng)濟(jì)效益明顯,公司生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)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(fù)荷率在80%~92%,2#變壓器實際負(fù)荷率在80%~90%。目前已經(jīng)穩(wěn)定運行5年,累計節(jié)約基本電費162萬元。經(jīng)濟(jì)效益較為明顯,對于負(fù)荷相對較為穩(wěn)定的紡織企業(yè)值得推廣。