劉學(xué)旺 薛松 劉凱 孫帥 卜慶江 張龍

（海洋石油股份有限公司 天津?yàn)I海300451）

1 引言

與大多數(shù)工廠及工程基地類似，海工建造場地用電具有用電負(fù)荷大、用電時(shí)間集中、用電負(fù)荷波動(dòng)大等特點(diǎn)。在工作高峰時(shí)間建造場地用電集中，用電負(fù)荷大；在夜間及惡劣天氣等工作比較少的時(shí)間內(nèi)，用電負(fù)荷小，甚至僅是高峰時(shí)間段的10%。在這種用電環(huán)境下變壓器經(jīng)常會(huì)面臨短時(shí)間負(fù)荷過高和長時(shí)間負(fù)荷不足甚至空載運(yùn)行的工況，由此會(huì)導(dǎo)致變壓器無功損耗大、變壓器功率因數(shù)低、變壓器壽命縮短等問題。因此通過科學(xué)的手段合理分配電力變壓器使用，合理規(guī)劃負(fù)荷對建造場地來說十分重要。

2 案例分析

2.1 問題描述

某海工建造場地內(nèi)，由生產(chǎn)保障部管轄的“箱式變電站”共有3所，分別是老碼頭箱變（8000T滑道箱變）、拋丸車間箱變、組塊箱變。3所箱變內(nèi)部均使用型號(hào)為：SC9-1000KVA-6/0.4KV的高壓側(cè)6000V、低壓側(cè)400V、額定容量為1000KVA的三相干式固體變壓器，其中老碼頭箱變2臺(tái)、拋丸車間箱變3臺(tái)、組塊箱變3臺(tái)，且8臺(tái)變壓器均在使用中。根據(jù)該建造場地的生產(chǎn)特點(diǎn)，每天的上午九點(diǎn)到下午五點(diǎn)（近8個(gè)小時(shí)）為用電高峰時(shí)間，建造場地電能使用約可占到容量的50%左右，工作量較為飽滿，但是，高峰時(shí)間之外（近16個(gè)小時(shí)）夜間或者生產(chǎn)任務(wù)較少時(shí)期和節(jié)假日，電能使用一般較少，只能占到容量的不到5%，每天有近2/3的時(shí)間8臺(tái)變壓器都在空載運(yùn)行，變壓器使用壽命減少的同時(shí)，造成大量的電能損耗。

圖1 供電系統(tǒng)簡圖

2.2 問題分析

根據(jù)該建造場地負(fù)荷運(yùn)行特點(diǎn)，根據(jù)工作現(xiàn)場的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況，早8：30～17：30之間，各箱變用電規(guī)律如下：

老碼頭箱變平均電流為800A，最大電流為1400A，夜間電流360A；

組塊箱變平均電流為1200A，最大電流為1600 A，夜間電流850A；

拋丸箱變平均電流為1000A，最大電流為2000A，夜間電流1100 A；

依照以上情況，決定對8臺(tái)變壓器根據(jù)場地負(fù)荷情況實(shí)行因地制宜、分時(shí)投切的方案。

3 實(shí)施方案

具體方案如下：在用電低峰時(shí)段部分退出運(yùn)行，高峰時(shí)投入。老碼頭箱變正常工作時(shí)投入變壓器2臺(tái)，夜間工作根據(jù)實(shí)際情況（少于500A），退出1臺(tái)；組塊箱變正常工作時(shí)投入變壓器3臺(tái)，夜間工作根據(jù)實(shí)際情況（少于1000A），退出1臺(tái)，節(jié)假日或工作量較少時(shí)，（用電少于500A）退出2臺(tái)；拋丸箱變正常工作時(shí)投入變壓器2臺(tái)，由于拋丸箱變主要用電負(fù)載為空壓站壓風(fēng)機(jī)5臺(tái)，使用無規(guī)律，可在確定無壓風(fēng)機(jī)工作期間，（電流少于500A時(shí)）退出1臺(tái)。

圖2 變壓器分時(shí)投切示意圖

方案中，以前倒閘操作采用手動(dòng)方式進(jìn)行，操作比較繁瑣且不智能造成電能浪費(fèi)，按照設(shè)想改造后，對箱變高、低壓開關(guān)等相關(guān)部位進(jìn)行改造，加裝自動(dòng)控制裝置，實(shí)現(xiàn)根據(jù)用電量和用電時(shí)間周期性變化來對變壓器進(jìn)行自動(dòng)投入和退出，減少變壓器的空載損耗。下面是改造后實(shí)物。

圖3 操作控制箱及內(nèi)部控制盤

圖4 控箱變高壓柜及內(nèi)部接線

整體控制方式是通過PLC智能控制，在時(shí)間控制器人為設(shè)定和電流互感器自動(dòng)檢測雙重調(diào)節(jié)下控制的。先由時(shí)控器決定是否自動(dòng)調(diào)節(jié)，再由電流互感器檢測電流與之設(shè)定值對比來控制變壓器投入或退出。例如在場地工作較繁重時(shí)，先由時(shí)控器決定是投入還是退出。在工作量大的時(shí)間段，我們一般會(huì)把時(shí)控器設(shè)置成白天變壓器一直投入不能退出，晚21點(diǎn)時(shí)控器可以智能調(diào)節(jié)，這時(shí)電流互感器開始起作用，由檢測到的電流與設(shè)定值對比來決定是否退出節(jié)省電能。

圖5 高低壓開關(guān)控制圖

圖6 PLC接線圖

4 經(jīng)濟(jì)性分析

電力變壓器的損耗主要包括兩部分鐵損Wi和銅損We。其中鐵損只與變壓器的制造工藝有關(guān)，與負(fù)載無關(guān)，而銅損與負(fù)荷率的平方成正比。查詢相關(guān)資料得知SC9-1000KVA-6/0.4KV型的變壓器損耗的額定值為：

Wi=2KW

We=11.5KW

在改進(jìn)方案之前，8臺(tái)變壓器全部投入使用時(shí)，老碼頭箱正常工作時(shí)平均負(fù)荷率為30%，夜間工作時(shí)平均負(fù)荷率為14%；組塊箱變正常工作時(shí)的平均負(fù)荷率為60%，夜間工作時(shí)平均負(fù)荷率為40%，平均投入1.5臺(tái)；拋丸機(jī)箱變正常工作時(shí)的平均負(fù)荷率為40%，投入2臺(tái)，夜間工作時(shí)平均負(fù)荷率為44%，投入2臺(tái)，小于500A時(shí)負(fù)荷率約為20%。其中老碼頭和組塊的低負(fù)荷時(shí)間約為總工作時(shí)長的60%，正常負(fù)荷工作時(shí)間約為總工作時(shí)長的40%；拋丸機(jī)正常負(fù)荷工作時(shí)間約為總工作時(shí)長的90%，低負(fù)荷工作時(shí)間約為總工作時(shí)長的10%。

方案改進(jìn)前變壓器一年總的鐵損為Wi=2X8X24X365=140160Kw.h。

老碼頭箱變一年總的銅損為：

We1=11.5X2X24X0.32X0.4X365+11.5X2X24X 0.142X0.6X365=7253+2369=9622 Kw.h

組塊箱變一年總的銅損為：

We2=11.5X3X24X0.62X0.4X365+11.5X3X24X 0.342X0.6X365=43519+20962=64481 Kw.h

拋丸機(jī)箱變一年總的銅損為：

We2=11.5X3X24X0.42X0.9X365+11.5X3X24X 0.22X0.1X365=43519+1208=44727 Kw.h

方 案 改 進(jìn) 前 變 壓 器 總 損 耗 為W=Wi+We1+We2+We3=258993 Kw.h。

在改進(jìn)方案之后，老碼頭箱正常工作時(shí)平均負(fù)荷率為30%，投入2臺(tái)，夜間工作時(shí)平均負(fù)荷率為18%，投入1臺(tái)；組塊箱變正常工作時(shí)的平均負(fù)荷率為60%，投入3臺(tái)，夜間工作時(shí)平均負(fù)荷率為34%；拋丸機(jī)箱變正常工作時(shí)的平均負(fù)荷率為40%，夜間工作時(shí)平均負(fù)荷率為44%，小于500A時(shí)負(fù)荷率約為20%。其中老碼頭和組塊的低負(fù)荷時(shí)間約為總工作時(shí)長的60%，正常負(fù)荷工作時(shí)間約為總工作時(shí)長的40%；拋丸機(jī)正常負(fù)荷工作時(shí)間約為總工作時(shí)長的90%，低負(fù)荷工作時(shí)間約為總工作時(shí)長的10%。

方案改進(jìn)后老碼頭變壓器一年總的鐵損為：

Wi 1=2 X 2 X 2 4 X 3 6 5 X 0.4+2 X 1 X 2 4 X 3 6 5X0.6=14016+10521=24528 Kw.h。

老碼頭箱變一年總的銅損為：

We1=11.5X2X24X0.32X0.4X365+11.5X1X24X 0.182X0.6X365=7253+1958=9211 Kw.h。

組塊變壓器一年總的鐵損為Wi1=3X2X24X3 65X0.4+2X1.5X24X365X0.6=21024+15768=36792 Kw.h。

組塊箱變一年總的銅損為：

We2=11.5X3X24X0.62X0.4X365+11.5X1.5X24 X0.42X0.6X365=43519+14506=58025 Kw.h。

拋丸機(jī)變壓器一年總的鐵損為Wi1=2X2X24X 365X0.9+2X1X24X365X0.1=31536+1752=33228K WH。

拋丸機(jī)箱變一年總的銅損為：

We2=11.5X2X24X0.42X0.9X365+11.5X1X24X 0.22X0.1X365=29013+402=29415KWH

方案改進(jìn)后總的損耗：

W=W i 1+W i 2+W i 3+We 1+We 2+We 3=24528+36792+33228+9211+58025+29415=191199 Kw.h。

則改進(jìn)方案后一年變壓器損耗減少Δ W = 6 7 7 9 4 K W H , 則改進(jìn)方案后每年可以節(jié)省的變壓器損耗比例為Δ W /W=67794/258993X100%=26%。

5 結(jié)論

經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，方案改進(jìn)后建造場地每年節(jié)約電能損耗成果顯著，可以為以后的類似工程運(yùn)行提供經(jīng)驗(yàn)參考。