住宅小区变压器经济运行问题的探讨

住宅小区变压器经济运行问题的探讨 33 论文交流 杭州华正建筑设计院有限公司 叶光 摘 要:笔者最近几年完成了几项大型住宅小区的电气设计工作，对住宅小区 设计中用电节能以及变压器经济运行的问题进行了一些深入的研究和 探讨，结合亲身经历和体会，提出了一些自己的观点，与同行们进行 更深入的探讨。 关键词:用电负荷 变压器损耗 经济运行 一、前言 快满载，甚至过载，将会限制负荷的 电能是一种重要的二次能源，应发展。变压器经济运行与否，是由所用十分广泛，几乎渗入社会生活的各带负荷大小、本身能耗的功率以及变个方面。电能既是发展国民经济的重压器在磁化过程中引起的空载损耗、要物质基础，也是制约和发展国民经绕组电抗中的短路损耗等因素决定济的一个重要因素，我国和世界上绝的。 大多数国家一样面临着能源危机，而变压器在变换电压及传递功率的在加强能源开发和建设的同时，最大过程中，自身将会产生有功功率损耗限度地提高能源的利用效率，大力降和无功功率损耗。变压器的有功功率低能源的消耗也已经越来越得到重和无功功率损耗又与变压器的技术特视。 性有关，同时又随着负载的变化而产 经济运行是指使电力系统的有功生非线性的变化。因此，必须根据变损耗最小、经济效益最佳的运行方式。压器的有关技术参数，通过合理地选电力系统的有功损耗不仅与设备的有择运行方式，加强变压器的运行管理，功损耗有关，而且与设备的无功损耗充分利用现有的设备条件，以达到节有关，由于无功的增加，将使电力系约电能的目的。 统的电流加大，从而使电力系统的有电力变压器的有功功率损耗包含功损耗增加。 变压器空载损耗和变压器负载损耗两 二(变压器的负载与损耗的关系 部分，在一定的负载下，变压器的有 电力变压器作为电力系统电压变功功率损耗可用下式表示: 2换的主要设备，被广泛应用于输电和?P=P0+kPk 2 配电领域，变压器容量的选择直接影,1 响到电网的运行和投资。对供电部门?P有功功率损耗kW;P0空载有的公用变压器而言，选择容量过大的功功率损耗kW;Pk变压器短路损耗变压器，会使容量变大造成过多地消kW; 耗成本;选择容量过小的变压器会很k变压器负载率%。 33 论文交流 变压器无功功率损耗由两部分组成，一部分由励磁电流即空载电流造成的损耗Q0,它与铁芯有关而与负荷无关,可用下式求取:Q0=I0SNx10-2 另一部分无功损耗指一、二次绕组的漏磁电抗损耗Qk, 可用下式求取:Qk=UkSNx10-2 Uk变压器阻抗电压% 变压器的无功功率损耗可用下式表示: ?Q=Q0+k2Qk 2,2 ?Q无功功率损耗kvar 变压器综合功率损耗，指变压器的有功功率、无功功率消耗折算成有功损耗两者之和 ?Pz=?P+KQ?Q 2,3 ?Pz为综合功率损耗，KQ为无功经济当量，按变压器在电网中的位置取值，?Q为变压器无功功率损耗。 空载损耗P0是只与变压器铁芯相关的常数，它不随变压器负载的变化而变化。而负载损耗Pf则为变压器绕组中的铜线圈电流损耗，根据P=I2R故Pf与负载电流的平方成正比。I0%、Ud%为变压器一个固定参数，它们由变压器铭牌或变压器技术参数说明书提供，故变压器损耗主要受负荷变化影响的铜耗决定。由此根据以上2,1,2,3可以计算出一台315KVA和一台1000KVA变压器的有功功率损耗如下: 通过表2,1表2,2图2-1，单从变压器功率损失来看，利用率在40,,60,间为变压器损失率最低、 I0空载电流百分率%;SN变压器额定容量kVA。 经济运行最好的情况。同时可以得出:当三台315KVA(合计容量为945KVA)的变压器并列运行，三台变压器的总损耗P1大于一台1000KVA在相同利用率情况下的总损耗P2，P1约为P2的1.5倍，因此两台及以上容量变压器较相应容量的一台的损失大，而且两台及以上的变压器的价格比一台相同容量的更高。我们在选择变压器时，应尽量选择单台容量大的变压器。 当然变压器也不一定是越大越经济，单从变压器损耗看是这样的， 但负荷越大外端输入和输出电流也越大，外线线路线径和输入输出设备也需要增大，初期造价会相应增加。所以在相同负荷情况下变压器选择需要考虑各种因素。 三(住宅小区变压器的选择 在确定一个住宅小区变压器容量之前，准确预测小区的用电量是一个关键。目前我国大、中城市的现代住宅小区基本以11~18层的小高层建筑为主，带地下车库，有少量配套公建。一般来讲，房地产开发商不开发公共事业，如学校、大型商场等，基本不设集中空调等大型设备，所以，住宅小区主要就是住宅用电(另有电梯，水泵等少量负荷)，用电负荷预测较为简单。住宅小区住宅用电量的预测主要有以下两种: 表2,1:SCB9-315/10干式变压器在不同负荷下的损失率 35 论文交流 产品技术参数) 图2-1 SCB9-315/10 和SCB9-1000/10干式变压器在不同负荷下的损 失 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 10%20%30%40%50%60%70%80%90%100% 电流负荷率损失率(%) (1)需用系数法: 住宅小区内的住宅面积目前大致可分为三类:90m2以下的为小型，90,120m2为中型，120m2以上为大型。随着人们生活水平的提高，家用电器逐渐增 35 论文交流 多，特别是空调、热水器、电磁灶或微波炉等大功率家用电器进入普通家庭，家庭用电由原来纯照明向多功能方向发展。一般小型住宅的设备容量为:照明用电容量300W;娱乐用电容量(包括电视机、VCD或DVD、音响、电脑等)500W;卫生间用电容量(包括洗衣机、热水器、排风扇等)1500W;厨房用电容量(包括电饭煲、电热开水器、电冰箱、排风扇等)1500W;空调用电容量为2500W，合计用电容量6300W。中型住宅的居民，除照明用电容量外，还要增加空调、电视机，用电容量将增加1500W，总容量为7800W，约为小型住宅的1.25倍。大型住宅的居民因为经济条件宽裕，一般为双卫生间，用电容量将大幅增加，按小型住宅的1.5倍计算，大约为9450W。据统计，居民用电的最大负荷出现在夏季19,22时间段，这时用电负荷约为设备容量的60~70%，所以取需用系数为0.70。这样经过计算，小型住宅的计算 负荷为4410W，中型住宅为5520W，大型住宅为6615W。举例:在一住宅区有100户，其中，大型为20套，中型为50套，小型为30套，那么它的计算负荷为:6615x20+5520x50+4410x30=540.60kW (2)单位面积法: 根据中国建筑设计研究所编写的《全国民用建筑工程建筑工程设计技术措施》电气分册2003年版有关资料，新建住宅内居民用电按建筑面积30, 22250W/m用电指标选择，本文取40W/m，地下汽车库按建筑面积8,15W/m用电指标选择，本文取12W/m2。 举例:一个建筑面积100000m2 的住宅小区，带一15000m2地下车库，它的计算负荷 为:100000x0.04+15000x0.012=4180kW 前面说到，居民用电的最大负荷出现在夏季的19,22时间段，我们通常按此时段(即峰值用电量)来确定小区的计算负荷容量。而住宅用电具有很强的时段性，那么它的负荷有什么变化规律吗,我们按一年四季把时间划分成四个时段，每个时段又分成6个子时段:0~4时为1时段，4~8时为2时段，8~12时为3时段，12~16时为4时段，16~20时为5时段，20~24时为6时段，根据某地区电力部门对该地区一居民住宅区用电量的一项统计数据，把每个时段实际用电量和计算负荷量 (即夏季19,22时间段) 相比较，得到的一组百分比数据，作出下列图表: 论文交流 36 图3-1某地区住宅小区不同时段负荷率(,) 春季夏季秋季冬季 通过图表3-1的分析我们可以得到，如果我们把一年四季的所有时间段作 为一个整体考虑，变压器的平均负荷率为41.5,, ，这个数值恰好在前面提到 40,,60,变压器经济运行负荷率的范围内。由于以上统计数据带有一定的普 遍性，基本反映了目前城市居民住宅小区的负荷规律，因此本人认为:以计算 负荷量 (用电高峰夏季19,22时间段负荷)的90~100,来确定小区变压器的 容量是最佳选择，一方面这个负荷量可以满足用电量最高峰时可能出现的过载 (目前新型变压器容许10,内的短时过载)，另一方面可以保证变压器利用率接 近最理想的状态。 下面以本人实际经历的一个工程为例，来说明一下怎样合理选择变压器容 量: 杭州拱墅区某地块新建住宅小区建筑总面积约100000m2其中地下车库面积 约17000m2，总户数748户，其中90m2以下户型434户，小区配套公建约1000 m2。 按需要系数法计算:小户型按4.5kW计算，大中户型按6.0kW计算，配套 公建按100kW考虑，车库按12W/m2考虑，则计算负荷为: 4.5x434+6.0x314+100+17000x0.012=4141kW 再考虑一些因素:比如某些住宅长期无人居住;另一方面一些公共用电:如电 梯、公共照明等，需要分摊给住户，所以我们要在此基础上乘综合系数 K(0.8~1.0)，这里取K=0.9，按COS,=0.9,计算后所得的最终容量应为: (4.5x434+6.0x314)x0.9+100+17000x0.012=3757.3kW , 3757/0.9=4174kVA 选4台1000kVA或5台800kVA变压器。 按单位面积法计算:按住户40W/m2，则容量应为: 83000x0.04+100+17000x0.012=3624kW， 论文交流 36 3624/0.9=4027kVA 这一结果与需要系数法计算结果基本一致。 四(住宅小区变压器的经济运行 前面提到，经济运行是指变压器的有功损耗最小、经济效益最佳的运行方式。那么对于住宅小区变压器而言，经济运行应根据变压器现有的技术参数，结合实际负荷情况及现场情况，选择合理的变压器运行方式及变压器容量，以便能够实现变压器的经济运行，减少变压器的有功功率损耗。在相同负荷情况下变压器选择需要考虑以下几点: (1)应尽量选择单台容量大的变压器。 (2)尽量根据变压器工作在40,60,利用率情况下选择变压器容量，单从住宅小区的情况来讲，应以计算负荷量(夏季19,22时间段负荷)的90~100,来确定小区的变压器容量。 (3)变压器长期固定运行情况下可以考虑损耗较小的新型变压器。 虽然新型变压器初期价格高，但是新型变压器和高能耗变压器价格差一般能在变压器2~3年的运行中得到弥补。 (4)根据现场供电情况，变压器安装应选择在供电负荷中心区域。同时尽量保证三相变压器负荷平衡，减少负序电压损耗。 (5)变压器的选择应根据变压器损耗和外接线路的设备投资比较考虑，尽量达到线路初期投资小和变压器损耗低的优化。 以上从节能的角度上考虑是正确的，但是如果涉及初装费、由于加大变压器容量而多 付的变压器价格、有可能增加的高低配电柜的费用、运行和折旧维护费用，从经济价值看，设计人员应根据当地的实际情况选择合适的变压器负载率。 住宅小区变压器经济运行还应考虑供配电系统的节能，以达到整个电力系统的优化, 供配电系统的节能主要有以下几方面: (1)减少线路能量损耗 电能在变压输送过程中造成损耗，这部分损耗称线损，在GB/T3485《评价企业合理用电技术导则》中规定线损率要求:一次变压不得超过3.5%;二次变压不得超过5.5%;三次变压不得超过7%。现在建筑中大量使用铜导线，在线路电流一定的条件下，减少导线长度或增大导线截面是减少线路损耗的二条措施。第一，线路尽可能走直线少走弯路，不走回头线;第二，变压器应接近负荷中心，减少低压供电长度。大型民用建筑宜设置多个变电所，低压配电房应尽量靠近高层建筑电气竖井。第三，对于比较长的线路，除了满足载流、保护配合及电压损失所选定的截面外，宜适当 增加导线截面来换取较低的线路损。 (2)提高系统的功率因数 提高功率因数可减少线路损耗，减少变压器的铜损，减少线路及变压器的电压损失，提高配电设备的供电能力。民用建筑一般采用静电电容器进行无功 论文交流 38 补偿，负荷功率因数一般不低于0.9。 (3)照明节能 照明设计节能应合理选择光源和灯具，采用功率损耗低、性能稳定的灯用附件，通过照度计算选用合理的照明方案并采用合适的照明控制方式。 住宅的公共场所除高层住宅的电梯厅和应急照明外均应设置节能自熄开关。 选择荧光灯或高效气体放电灯时应配用电子镇流器或节能型电感镇流器。 由于光源和照明的污染，使光通降低，这是造成能源使用上的浪费的原因之一。所以设计时应采用维护管理容易的照明方式、照明器和光源。 (4)降低高次谐波 配备了中性线的三相系统中，有一些连接了很多单相负载，尤其是个人电脑、传真机、调光器等等负载的地方，每一相的零相序谐波同时进入中性线并叠加，在工程实践中已发生过因此而产生的中性线过热或跳闸事故。所以现代建筑电气设计在有可能产生谐波电流的回路配电设计时，中性线的线径应至少同相线线径一致，某些场所甚至可以将中性线线径再放大。 (5)用电峰谷调节 合理用电的峰谷调节对节能的意义也非常重大，根据不同时段的用电负荷合理设计配电系统，使变压器在最佳负载率时运行，有利于节能。在电气设计中推广应用峰谷电表，鼓励用户避峰用电，虽然不是直接的节能措施，但对落实国家的节能政策有重要的意义。 参考文献 《全国民用建筑工程建筑工程设计技术措施》电气分册2003年 中国计划出版社 《现代建筑电气节能设计》杨彤 浙江省建筑电气《网讯》2005 《建筑工程电气节能》李宏毅等.中国电力出版社 《工业与民用配电设计》中国电力出版社