任錢保

【摘要】滿足用電系統(tǒng)負(fù)荷的需要是變壓器選擇時(shí)要考慮的最為基本的內(nèi)容之一，準(zhǔn)確、合理的負(fù)荷計(jì)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(jì)、安全運(yùn)行的保障。以水處理系統(tǒng)為例介紹了負(fù)荷計(jì)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(guān)鍵詞】負(fù)荷計(jì)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(guò)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(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，既要考慮變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，更要考慮安全可靠、滿足生產(chǎn)使用環(huán)境對(duì)配電變壓器性能指標(biāo)的要求。在實(shí)際的選用過(guò)程中，由于負(fù)荷計(jì)算不準(zhǔn)確使得變壓器容量過(guò)大導(dǎo)致變壓器欠載運(yùn)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(guò)載運(yùn)行導(dǎo)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(jì)性和安全性，不利于整個(gè)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(tái)數(shù)的選擇與電網(wǎng)運(yùn)行方式、供電安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性都有著重要關(guān)系，跟用電負(fù)荷的性質(zhì)和供電可靠性的要求、上一級(jí)供電中心所能提供的最大容量、配電裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及整個(gè)項(xiàng)目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較等都有很大的關(guān)系，根據(jù)相關(guān)的規(guī)范要求，一般從以下方面進(jìn)行選擇：

（1）變壓器的額定容量應(yīng)能滿足全部用電設(shè)備總計(jì)算負(fù)荷的需要，避免變壓器長(zhǎng)期處于過(guò)載狀態(tài)運(yùn)行，同時(shí)考慮適當(dāng)?shù)膫溆?，以免?fù)荷計(jì)算不準(zhǔn)確或用電設(shè)備突然增加導(dǎo)致變壓器容量不夠，防止不必要的增容。同時(shí)還應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間有可能對(duì)變壓器造成的沖擊的相關(guān)情況。

（2）對(duì)于向重要用戶供電的變電所，應(yīng)考慮當(dāng)一臺(tái)變壓器出現(xiàn)故障時(shí)不中斷供電。GB 50053-2013 《20KV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，對(duì)于裝有兩臺(tái)及以上變壓器的變電所，當(dāng)其中任一臺(tái)變壓器斷開(kāi)時(shí)，其余變壓器的容量應(yīng)能滿足全部一級(jí)負(fù)荷及二級(jí)負(fù)荷的用電。

（3）變壓器單位容量造價(jià)會(huì)隨著變壓器容量的增大而不斷降低，這對(duì)于向擁有集中負(fù)荷的大用戶供電是相當(dāng)有利的，但變壓器容量的增大也會(huì)對(duì)下級(jí)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(dāng)多一點(diǎn)、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(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，變電所中低壓為0.4kV的單臺(tái)變壓器容量不宜大于1250kVA。當(dāng)用電設(shè)備容量較大、負(fù)荷集中且運(yùn)行合理時(shí)，可選用較大容量的變壓器。

2 負(fù)荷計(jì)算

準(zhǔn)確、合理的負(fù)荷計(jì)算是變壓器容量選擇的基本依據(jù)。在工業(yè)領(lǐng)域，各用電設(shè)備有連續(xù)、間斷等工作制之分，且很多設(shè)備可能并不同時(shí)運(yùn)行，即便使用時(shí)每個(gè)用電設(shè)備也未必都以額定容量運(yùn)行，因此就需要以一種合理的方法來(lái)計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)在持續(xù)的時(shí)間內(nèi)的用電量。

2.1 單臺(tái)用電設(shè)備設(shè)備功率的確定

（1）經(jīng)常連續(xù)運(yùn)行的負(fù)荷，如各種電動(dòng)機(jī)，此類設(shè)備的設(shè)備功率就是設(shè)備銘牌上標(biāo)示的額定功率。

（2）短時(shí)或周期運(yùn)行的負(fù)荷，如工廠里吊車用電動(dòng)機(jī)，此類設(shè)備的設(shè)備功率需將額定功率換算為統(tǒng)一負(fù)載持續(xù)率下的有功功率。根據(jù)負(fù)荷計(jì)算方法的不同選擇不同的負(fù)載持續(xù)率。

（3）電焊機(jī)設(shè)備功率需將額定容量換算為100%負(fù)載持續(xù)率下的有功功率。

（4）整流變壓器的設(shè)備功率是指額定直流功率。

（5）照明設(shè)備中的白熾燈和鹵鎢燈的設(shè)備功率為燈泡的額定功率，氣體放電燈的設(shè)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(shè)備的設(shè)備功率的確定

單相用電設(shè)備與三相用電設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，負(fù)荷計(jì)算時(shí)應(yīng)將單相負(fù)荷換算為等效的三相負(fù)荷后再與三相負(fù)荷相加進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。

2.3 計(jì)算方法

負(fù)荷計(jì)算的方法主要有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法、單位指標(biāo)法以及二項(xiàng)式法，各計(jì)算方法可根據(jù)設(shè)計(jì)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(shí)例分析

在工業(yè)領(lǐng)域，水處理系統(tǒng)不僅按照工藝系統(tǒng)的各種要求承擔(dān)提供符合水質(zhì)要求的水量，傳遞能量，冷卻等職能，同時(shí)在很多時(shí)候還承擔(dān)著事故用水等有關(guān)安全的重大職能，系統(tǒng)中存在有大量的一級(jí)負(fù)荷及二級(jí)負(fù)荷，因此水處理系統(tǒng)對(duì)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(dá)表，

序號(hào) 名稱 設(shè)備型號(hào) 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(tái) 3 2 1

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

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

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

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

6 各種電動(dòng)蝶閥 U=380V，N=0.55kW 臺(tái) 14 9 5

7 加藥裝置 U=380V，N=4kW 臺(tái) 2 2 0

8 管道過(guò)濾器 U=380V，N=1kW 臺(tái) 5 5 0

9 5噸電動(dòng)葫蘆 U=380V，N=37kW 臺(tái) 2 2 0

10 檢修設(shè)備 U=380V，N=10kW 臺(tái) 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(shè)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(guò)濾器按照連續(xù)運(yùn)行的負(fù)荷計(jì)算，設(shè)備功率即為額定功率。

電動(dòng)葫蘆短周期運(yùn)行的負(fù)荷，本計(jì)算采用需要系數(shù)法，需將額定功率統(tǒng)一折算到負(fù)載持續(xù)率ε為25%情況下計(jì)算設(shè)備功率：

檢修設(shè)備一般不計(jì)入負(fù)荷計(jì)算。

3.2 負(fù)荷計(jì)算

對(duì)于已經(jīng)確定了設(shè)備功率的單臺(tái)運(yùn)行負(fù)荷，其有功功率、無(wú)功功率安裝下面的公式進(jìn)行計(jì)算：

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

詳細(xì)的負(fù)荷計(jì)算請(qǐng)參見(jiàn)表2

序號(hào) 名稱 工作 單臺(tái)容量 總?cè)萘?需要系數(shù) 有功 無(wú)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(dòng)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(guò)濾器 5 1 5 0.15 0.75 1.30 0.5

9 5噸電動(dòng)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(shè)備 80 80 0.8 64 48 0.8

12 合計(jì) 892.91 661.79

根據(jù)負(fù)荷計(jì)算表2的計(jì)算結(jié)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(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)較低，從整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行及選擇變壓器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，補(bǔ)償量為300KVar，補(bǔ)償過(guò)后系統(tǒng)的視在功率為963.42KVA，功率因數(shù)為0.93。（本計(jì)算未考慮整個(gè)系統(tǒng)所有設(shè)備的同時(shí)運(yùn)行系數(shù)）

3.3 變壓器選擇

根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)對(duì)供電安全的要求及負(fù)荷計(jì)算的結(jié)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(jié)束語(yǔ)

變壓器的選擇直接關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，其既要滿足工藝系統(tǒng)的技術(shù)條件同時(shí)還要做到變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，在進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)充分考慮了系統(tǒng)中各個(gè)負(fù)荷的大小、運(yùn)行特性以及整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效率、是否進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)雀鱾€(gè)因素，以負(fù)荷計(jì)算的結(jié)果為依據(jù)選擇變壓器，充分考慮了現(xiàn)在和將來(lái)可能出現(xiàn)的負(fù)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(lǐng)域進(jìn)行使用。