节能设计和公用变压器节能降耗研究

               节能设计和公用变压器节能降耗研究

钟永桥、白毅航

  广东电网有限责任公司肇庆高要供电局  广东肇庆526100

摘要：某学院用电情况：有四千多台空调，教室、教职办公室和学生、宿舍，学生差不多有两万三千人，四个人一台空调来计就有6千台空调。750W/匹粗略计算空调有5750台，乘以750W等于4312.5KW。增容前有十台630KVA变压器，后来加装的6台变压器、每台变压器1000KVA，加装的6台变压器兼顾了今年建的两个恒温泳池。为什么要用这么多变压器，原因一是每台变压器都是独立的，到用电高峰时电压就拖低，二是Dy接的变压器就算三相不平衡也不会Yy接的那样偏差大，在不调整三相负荷的情况下必然造成三相严重不平衡，受变压器容量限制用电高峰时就容易过载。本文以用电专户学校用电和公用变压器来论述，探讨学校节能设计和公用变压器节能降耗，本文涉及的学校数据和用电情况主要是用来分析，因没有这所学校具体的数据和真实的用电情况会有偏差。节能降耗困难在于，学校领导层不一定分辨出电工是否专业，不能单纯看考的什么资格证书的，专业熟练的电工还要有节能意识的学校领导，不是专业电工想做就能做的。公用变压器台区用电问题不比学校少，只不过学校比较集中好进行技改，所以先通过数据论述学校用电情况和解决方案，再探讨公变台区节能降耗就清晰。

关键词：线路供电半径，变频、直流电，变压器基本电费；居民用电、小工厂生产用电，三相不平衡，功率三角形、无功功率，并列运行。

一、学校节能设计

1、规范供电半径

校区有1000多亩地，约等于60万平方米，以长方形看就700X900平方米；配电房设在中心区，长方形的长边来算半径900/2=450米，拆分开两个配电房，0.4KV配电线路供电半径450/2=225米，确保不超过规定的供电半径，不用铝芯线以免影响电压。

2、三相平衡

变频空调功率因数接近1可直接用直流电，变频价格比定频多个30%~50%，比如格力1.5匹定频2000元出头，变频3000元出头。可以这样来操作，例如，在校门口或校内显眼的地方贴出，正常使用的2000元空调600元处理，节省资金不向银行贷款负担借贷利息（2022年这所学校借了5亿元，以年利息1%来算还银行500万元），对于日常学校运作处处用钱来说，能节省下来的钱很珍贵，谁能想到日后会有什么变化影响到生源造成还不上银行利息情况发生，世事难料，大概2005年时有个名气很大的幼儿园，就因民间借贷缺资金倒闭了。变频空调不改动电路也能直接接入直流电，或经简单改动跳过硅桥整流接入直流电也行，变频空调相比定频空调节能20—30%，两万三千人半年六个月每人平均每月20元等于276万元电费，以节能20%来计能省下55.2万元。分开直流和交流供电，直流专供变频空调、把主要用电负荷先一步平衡了，三相基本上达到平衡。

3、配变并列运行

额定电压、变比、结线组别、容量、短路阻抗，这些铭牌上的数据必须全部相同，确保并列运行变压器空载时没有环流，变压器并列运行时打上低压侧0.4KV联络开关，没有负荷空载的情况下，用钳流表测线路没有环流、并列就是成功的。变压器空载损耗约0.8%，从变压器收取的基本电费来看平均损耗2.3%。原来的十台变压器，学校的变频空调同时全开也不会过载，其他用电占比空调来说量少就不在这里计了。变压器基本电费23元/KVA，变压器用户除了交用电产生的电费，还要交基本电费23/KVA，能省下今年安装的6台1000千伏安变压器，6台共13.8万/月乘以12=165.6万元。并列运行减少变压器数量，节省下后来加装的电缆、6台变压器、配电柜等线路设备和工程款资金投入，省下来的钱就用作技改。

4、创新增效

泳池用的是山水、不用交水费。校区有天然气，不要用天然气直接烧水，在泳池开放时间用2台600KW天然气发电机来发电，每次投入一台轮流着发电以方便维护保养，让山水冷却活塞发动机、出来的水通到保温罐底部，上部通到恒温泳池前经公共冲凉房，冲凉房底用不锈钢栅格与地面隔开，不锈钢栅格能拿起清洁冲凉房地面，四面墙壁有专门的塑料挂布，每个洗完澡的学生收回去自己晾晒，作用是隔开衣物不被淋湿，隔着塑料布开关水做好个人卫生防护，恒温泳池原则上不向学生开放；每年1万头猪以下的小型养猪场，用沼气来发电，产生的沼气能供1台200KW发电机用气，并不是说要养猪才能产沼气，人的排泄物一样能产生沼气，学校人员密集、安全是首要考虑的，由经培训取得相关专业证书人员来管理，建在适合的位置以确保安全，由天然气改为沼气供发电和厨房用气。沼液是上好的蔬菜肥，沼渣与树叶一起埋在地里会有很多虫子，搭棚放养鸡，鸡出栏后种菜这样循环。发出来的电用蓄电池储存起来，太阳能电池板用的逆变器能同步电网，以单相220V+7%来定逆变器输出电压230V，配电网轻负荷相高于230V的供不出去，供出低于230V重负荷相，可调节三相不平衡、分担一部分交流线路不平衡负荷，剩余的电供校外充电桩，剩余的电经双向计量电表卖电给电网。这项节省：2个泳池以1000人计算，333X3人，每3人/月用100元，一个月3.33万元，冬、春用两季计

6个月共节省20万元，还未计算调节三相不平衡负荷、向电网供电和充电桩带来的收益。

上面2、3、4项节省240.8万元/年。技改的资金投入，上面已讲述空调投入资金的方式，这里说的是2台天然气发电机投入，大概在100－200万元，如不想投入大笔资金，空调可以用水冷方式制冷：取消主机循环冷却液，利用自来水水压直接流经分机，本文学校用山水，进水管——滤芯滤除水中杂质——室内分机——出水管——蓄水池，进水管埋深在泥土中冬暖夏凉，出水管接入供、用水单元，冬暖夏凉、一年四季都能用，天冷时空调吹暖风，变成了冷暖两用空调，这样的改造方式只考虑送风用电，可以推广开来的。单单计算空调就可节省270多万元，节省下来的钱共461.6万元。

二、公用变压器节能降耗

以上是以专用变压器用户用电情况，从数据分析来论述节能降耗之迫切及其重要性，现在论述公用变压器供电，用技术改造来解决线路、无功功率，变压器过载和重载造成的损耗。没有过硬的技术根本做不了运维工作，更解决不了供用电损耗，供电质量无法保障。在符合0.4KV三相四线供电半径的条件下：

1、从线路来解决电压下降

公用变压器0.4kv居民用电线路没有与小工厂生产用电线路分开，造成用电高峰时段电压下降甚至不及格，通过技术手段来解决电压质量下降：用电量大的接入公用变压器的小工厂架设专线，从源头上解决小厂用电影响到居民线路。

2、从规范线路建设来解决三相不平衡。

公用线路的巷线和小区线路架设三相四线，有利于更好的分配负荷。电脑系统查到的0.4KV线路三相电流和负荷是变压器侧的数据，分支线没有测，这样采集是不合理的，有很多公用变压器分支线多是单相线，在变压器电源侧所测的数据不能真实反映三相平衡度，调整三相不平衡，配变的三相负荷不平衡度不宜大于15%，

不平衡度=最大电流-最少电流/最大电流

三相四线到位才好调整：居民用电开关箱的开关到电表的出线，一般开关处用带耳铜管压实无法再调整，电表在用一段时间后，根据电表读数调整电表进线，零线是不用调整的，每一相线有不同相色，重新调整一遍三相。

3、无功功率平衡

公用变压器负荷有居民用电、小工厂电机等感性负荷，如不能得到有效的补偿将会损失电网电能，电网最大的损耗是无功功率造成的。无功功率跟随有功功率变动，无功功率不是一个小量，损失电网容量的多是感性无功功率造成的，无功功率在得到补偿的情况下，是不耗电网容量降低电压的。措施1、确保公用变压器无功补偿装置正常投入，电容普遍存在质量差的情况，一般用不到五年就坏，造成绝大部分无功装置不能正常投入，无功装置坏掉了没人理，甚至在什么时候坏掉了都不知道，造成电压低甚至线路发热断线，严重的还会烧毁变压器。当力率不合格时，排除新增的用电设备影响，与新装对比出入明显变化时，用试验来排查坏掉的电容使无功装置正常工作。措施2、就地补偿，要求达到一定用电量的小工厂安装无功补偿装置。措施3、10KV电缆每公里1A电容电流，某一品牌630KVA变压器空载实测有功电流0.49A，无功电流占比60%=0.294，从低压计量250KVA以上收取23/KVA，变压器损耗约2.3%。10KV电缆1A/km电容电流设置带多少负荷，例如1公里10KV电缆、1个开关箱、3只开关，每只开关1台630KVA变压器，令电缆的电容与空载变压器的电感无功电流互相抵消。

4、配变并列运行

额定电压、变比、结线组别、容量、短路阻抗，这些铭牌上的数据必须全部相同，确保并列运行变压器空载时没有环流。与邻近变压器台区用联络开关连通，可以是多台变压器并列运行，在联络点像10KV线路那样安装计量以监测用电情况，并列运行的变压器不容易过载、电压平稳。变压器铁芯磁通量与温度有关系，超八十摄氏度就比较耗能，单台变压器就容易过热。并列运行的变压器联络低压开关常闭，检修在线路上工作时才打开。

结语：整篇围绕节能论述，讨论从技术层面降耗，希望通过本文普及运维应知应会，让运维人员在工作中得心应手，人人成为技术能手。

关键词：线路供电半径，变频、直流电，变压器基本电费；居民用电、小工厂生产用电线路分开，三相不平衡，功率三角形、无功功率，并列运行。

参考文献：曹建林.电工学(第2版)，2010-06-01.