北方港口变压器节能运行措施探讨

摘要:探讨北方港口的季节性负荷特点,提出通过合理配置变配电所（站）及变压器数量、容量,在变配电所（站）间设置低压联络线路,合理选择供配电系统运行方式等措施,实现北方港口根据季节性用电负荷的变化及时投切变压器,达到节能降耗的目的。

关键词:北方港口 供配电系统 变压器 节能

电能是现代社会中不可缺少的重要能源,作为港口生产必需的电力能源,在利用过程中不可避免的会造成很多不必要的浪费,特别是北方港口,由于生产的季节性比较强,港口用电负荷的大小随季节变化较大,供配电系统运行不合理会造成很大的电能浪费。现就北方港口供配电系统的运行特点及降低电能消耗而采取的一些节能措施进行探讨。

1、北方港口用电特点

港口的供电范围一般比较大,大型港口内的变配电所及变压器数量也比较多。北方港口生产作业受季节变化影响很大,用电负荷情况也随之发生变化。由于季节性的原因,北方港口每年会有封冻期与通航期,一般封冻期约为6个月,通航期为5个月左右,流冰期10天左右。在封冻期及流冰期,港口装卸作业基本处于停止状态,装卸机械用电也随之减少。港口主要的装卸设备用电多集中在通航期内,电能消耗较为集中,在封冻期,港口电能消耗减少,主要以办公、机修用电为主,装卸机械用电负荷比例下降。可见,北方港口的用电负荷在封冻期和通航期有很大不同,用电负荷变化较大。

2、港口主要用电设备

北方港口的用电设备大体可分为三类:装卸机械设备、生产辅助设备（机修设备、供暖设备）、室内外照明设备等。

装卸机械主要为门座式起重机、轮式起重机（油电两用）、桥式起重机、堆料机等。装卸机械的装机容量一般从几十kW至几百kW不等,多为380V供电,为重复短时工作制,多采用降压启动,分级调速控制。

带式输送机（皮带机）,主要用于输送散货及堆场输送物料,多采用鼠笼电机、380V供电,一般为长期工作制。

生产辅助动力设备主要有水泵、机修设备等,多属间隔工作制设备。

室内外照明设备主要有港区综合楼、调度楼、仓库、流机库、机修间等生产辅助建筑物的照明设备,及港区码头、堆场、道路室外照明设备。

3、变压器节能的主要措施

变压器节能的实质是降低变损,提高运行效率,主要节能措施有:合理选择变压器容量及台数;选择节能型变压器;加强运行管理,降低空载率,实现经济运行。

变压器在运行中不可避免要产生损耗,在负荷率30%以下时效率较低,负荷率在80%左右时效率最佳。因此,对变配电所的设计要求为:“容量较大的季节性负荷（或专用设备）,设置专用变压器,以降低变压器损耗。”

就北方港口而言,在每年封冻期内,各种装卸机械工作率大幅度降低,港口用电负荷减少,这种用电负荷变化情况呈阶段性有序变化,可视为季节性负荷。

4、变电所位置的确定及变压器容量的选择

较大型港口的用电负荷一般达上千kW,港区面积较大、供电范围广,需合理确定变电所（站）的数量及供电半径,使变电所（站）的布置尽量靠近负荷中心,以减少供电距离,减少线损。

大型港口或码头,港区供电范围大,大型装卸机械多集中在码头前沿,而综合楼等生产辅助建筑物多集中在港区后方,两者中间一般为堆场,用电负荷即集中又相对分散,可在靠近生产作业区与生产辅助建筑群的负荷中心分设变电所（站）,以减少供电距离,降低电能损耗。小型港口或码头,港区供电范围较小,可将变电所（站）设置在码头前沿与后方生产辅助建筑物之间,并靠近码头前沿装卸机械,可减少大功率用电负荷供电电缆的长度,降低线损。

变压器在转送电能过程中,自身也会产生变损,且在整个供配电系统的电能损耗中所占比例可观,因此合理选择变压器,将变损降到最低是港口供配电系统节能运行中重要的一环。

变压器的有功功率损耗Pb可按下式计算;

Pb=Po+βPd

变压器空载有功损耗Po又称铁损,是由铁心涡流损耗和漏磁损耗组成,与负载率β大小无关,只与铁芯的构造及硅钢片的性能有关,同一型号和电压等级的变压器,容量越大,其Po也越大;Pd为变压器的短路损耗,又称铜损,是传输功率的损耗,与变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小有关。

对同一台变压器,负荷率一定的情况下,功率因数越高,变压器的运行效率也越高;功率因数一定的情况下,当负荷率为0.42-0.6时,变压器的运行效率最高。从上述分析可看出,要达到变压器节能的目的,可从以下几方面着手:

选择SCB10型、Sl1型等新型节能变压器,与老产品相比,其空载损耗和短路损耗均有较大幅度下降,效率高又节能;合理选择变压器容量,使其大部分时间运行在最佳负载率附近,一般选择变压器的负载率在80%左右较为合适,如果变压器容量较大、负荷变动也较大时,宜选择两台同容量的变压器,负荷小时只投入一台,以减少损耗;在变压器低压侧装设自动无功补偿装置,把功率因数提高到0.9以上,可减少流过变压器的无功电流,也就减少了变压器的损耗。

5、根据港口负荷变化情况改变供配电系统运行方式

北方港口在封冻期负荷降低时,应及时改变供配电系统运行状态,切除部分变压器,减少变压器轻载和空载运行,而在通航期时,随着生产作业量的增加,装卸机械投入的增多,用电负荷增大时,应及时投入封冻期内切除的变压器,保证充足的供电量容,以满足生产用电的需要。

在有的港口实际运行中,封冻期内原本供给一台或几台大功率装卸机械的变压器,只供给少数办公室用电的情况并不少见,针对这种情况,解决方法是在变电所（站）间敷设低压联络线路。根据《供配电系统设计规范》（GB 50052-2009）中的规定“在用户内部邻近的变电所之间,宜设置低压联络线”,及该条文说明“在节假日或周期性季节性轻负荷时,将变压器退出运行并把所带负荷切换到其他变压器上,可以减少变压器的空载损耗”。

综上所述,在北方港口供配电系统中,变电所（站）布置及变压器选择宜采用小容量、多布点的原则。根据季节性用电负荷变化情况,选择合理的供配电系统运行方式,可以有效减少电能损耗,可在一定程度上提高港口节能减排的水平。

参考文献

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[2]民用建筑电气设计规范.JGJ16―2008.

[3]余悦兰.高等院校变压器节能运行方案探讨[J].建筑电气,2011,164(7):33～37.