刘学旺 薛松 刘凯 孙帅 卜庆江 张龙

（海洋石油股份有限公司 天津滨海300451）

1 引言

与大多数工厂及工程基地类似，海工建造场地用电具有用电负荷大、用电时间集中、用电负荷波动大等特点。在工作高峰时间建造场地用电集中，用电负荷大；在夜间及恶劣天气等工作比较少的时间内，用电负荷小，甚至仅是高峰时间段的10%。在这种用电环境下变压器经常会面临短时间负荷过高和长时间负荷不足甚至空载运行的工况，由此会导致变压器无功损耗大、变压器功率因数低、变压器寿命缩短等问题。因此通过科学的手段合理分配电力变压器使用，合理规划负荷对建造场地来说十分重要。

2 案例分析

2.1 问题描述

某海工建造场地内，由生产保障部管辖的“箱式变电站”共有3所，分别是老码头箱变（8000T滑道箱变）、抛丸车间箱变、组块箱变。3所箱变内部均使用型号为：SC9-1000KVA-6/0.4KV的高压侧6000V、低压侧400V、额定容量为1000KVA的三相干式固体变压器，其中老码头箱变2台、抛丸车间箱变3台、组块箱变3台，且8台变压器均在使用中。根据该建造场地的生产特点，每天的上午九点到下午五点（近8个小时）为用电高峰时间，建造场地电能使用约可占到容量的50%左右，工作量较为饱满，但是，高峰时间之外（近16个小时）夜间或者生产任务较少时期和节假日，电能使用一般较少，只能占到容量的不到5%，每天有近2/3的时间8台变压器都在空载运行，变压器使用寿命减少的同时，造成大量的电能损耗。

图1 供电系统简图

2.2 问题分析

根据该建造场地负荷运行特点，根据工作现场的数据统计情况，早8：30～17：30之间，各箱变用电规律如下：

老码头箱变平均电流为800A，最大电流为1400A，夜间电流360A；

组块箱变平均电流为1200A，最大电流为1600 A，夜间电流850A；

抛丸箱变平均电流为1000A，最大电流为2000A，夜间电流1100 A；

依照以上情况，决定对8台变压器根据场地负荷情况实行因地制宜、分时投切的方案。

3 实施方案

具体方案如下：在用电低峰时段部分退出运行，高峰时投入。老码头箱变正常工作时投入变压器2台，夜间工作根据实际情况（少于500A），退出1台；组块箱变正常工作时投入变压器3台，夜间工作根据实际情况（少于1000A），退出1台，节假日或工作量较少时，（用电少于500A）退出2台；抛丸箱变正常工作时投入变压器2台，由于抛丸箱变主要用电负载为空压站压风机5台，使用无规律，可在确定无压风机工作期间，（电流少于500A时）退出1台。

图2 变压器分时投切示意图

方案中，以前倒闸操作采用手动方式进行，操作比较繁琐且不智能造成电能浪费，按照设想改造后，对箱变高、低压开关等相关部位进行改造，加装自动控制装置，实现根据用电量和用电时间周期性变化来对变压器进行自动投入和退出，减少变压器的空载损耗。下面是改造后实物。

图3 操作控制箱及内部控制盘

图4 控箱变高压柜及内部接线

整体控制方式是通过PLC智能控制，在时间控制器人为设定和电流互感器自动检测双重调节下控制的。先由时控器决定是否自动调节，再由电流互感器检测电流与之设定值对比来控制变压器投入或退出。例如在场地工作较繁重时，先由时控器决定是投入还是退出。在工作量大的时间段，我们一般会把时控器设置成白天变压器一直投入不能退出，晚21点时控器可以智能调节，这时电流互感器开始起作用，由检测到的电流与设定值对比来决定是否退出节省电能。

图5 高低压开关控制图

图6 PLC接线图

4 经济性分析

电力变压器的损耗主要包括两部分铁损Wi和铜损We。其中铁损只与变压器的制造工艺有关，与负载无关，而铜损与负荷率的平方成正比。查询相关资料得知SC9-1000KVA-6/0.4KV型的变压器损耗的额定值为：

Wi=2KW

We=11.5KW

在改进方案之前，8台变压器全部投入使用时，老码头箱正常工作时平均负荷率为30%，夜间工作时平均负荷率为14%；组块箱变正常工作时的平均负荷率为60%，夜间工作时平均负荷率为40%，平均投入1.5台；抛丸机箱变正常工作时的平均负荷率为40%，投入2台，夜间工作时平均负荷率为44%，投入2台，小于500A时负荷率约为20%。其中老码头和组块的低负荷时间约为总工作时长的60%，正常负荷工作时间约为总工作时长的40%；抛丸机正常负荷工作时间约为总工作时长的90%，低负荷工作时间约为总工作时长的10%。

方案改进前变压器一年总的铁损为Wi=2X8X24X365=140160Kw.h。

老码头箱变一年总的铜损为：

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

组块箱变一年总的铜损为：

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

抛丸机箱变一年总的铜损为：

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

方 案 改 进 前 变 压 器 总 损 耗 为W=Wi+We1+We2+We3=258993 Kw.h。

在改进方案之后，老码头箱正常工作时平均负荷率为30%，投入2台，夜间工作时平均负荷率为18%，投入1台；组块箱变正常工作时的平均负荷率为60%，投入3台，夜间工作时平均负荷率为34%；抛丸机箱变正常工作时的平均负荷率为40%，夜间工作时平均负荷率为44%，小于500A时负荷率约为20%。其中老码头和组块的低负荷时间约为总工作时长的60%，正常负荷工作时间约为总工作时长的40%；抛丸机正常负荷工作时间约为总工作时长的90%，低负荷工作时间约为总工作时长的10%。

方案改进后老码头变压器一年总的铁损为：

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。

老码头箱变一年总的铜损为：

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

组块变压器一年总的铁损为Wi1=3X2X24X3 65X0.4+2X1.5X24X365X0.6=21024+15768=36792 Kw.h。

组块箱变一年总的铜损为：

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

抛丸机变压器一年总的铁损为Wi1=2X2X24X 365X0.9+2X1X24X365X0.1=31536+1752=33228K WH。

抛丸机箱变一年总的铜损为：

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

方案改进后总的损耗：

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。

则改进方案后一年变压器损耗减少Δ W = 6 7 7 9 4 K W H , 则改进方案后每年可以节省的变压器损耗比例为Δ W /W=67794/258993X100%=26%。

5 结论

经过一段时间的运行，方案改进后建造场地每年节约电能损耗成果显著，可以为以后的类似工程运行提供经验参考。