空调冷水机组10KV供电的技术经济分析

（一）空调机组10KV电压拖动问题的提出

1-1）根据我国国情，中压电力网络，即城镇供电及地方工业企业供电网络的额定电压规定为10KV。

1-2）当马达容量大于200KW时，用380V时电流过大导线截面大大增加，导致制造工艺困难，成本上升。所以按北京建工部，建筑电气设计手册建议凡220KW及以上的马达，条件允许及经济合理时宜选用10KV电机。

1-3）约克空调机组当冷量到达1300TR及以上时（马达为5DC，942KW）已不供应380V电机，只供应3，6，10KV电压电机。

1-4）如使用0.38，3或6KV电动机时要增加10KV的降压变压器、高压柜、控制柜、配电设施，此外更有变压器的电能损耗及增容费等。这一来大大增加了投资及运行管理费用。

1-5）由于YORK为开式机组，特别有利于使用10KV电压拖动。

（二）10KV马达的起动方式

 2-1）直接起动（D.O.L）

此法简单、经济、可靠，但只适用于功率较小之马达；因为一般鼠笼式马达直接起动时，其起动电流约5-7倍马达的额定电流值，对电网电压扰动。使网上某些重要用户不能正常工作。

如果用户有自己的专用降压站（110/10KV）时，则粗略估计当电机容量不大于其接电的变压器容量的1/5时，并变压器的负载约率为0.5时，一般可容许马达直接起动（D.O.L）。

 2-2）降压起动

2-2-1）带电抗器（Reactors）起动                    

      优点：* 比Autotrans少一个断路器，

              较经济。

            * 起动电流波型前沿斜度较缓，

              对电动机较安全。

      缺点：起动力矩比Autotrans细。

      起动操作程序：合B1，ΔT后再合B2

2-2-2）带自藕变（Autotrans）起动

      优点：起动力矩较电抗器强。

      缺点：多了一个断路器，稍贵。

      起动程序：合B1，再合B1，ΔT后合B3，跳B1 B2

（三）供电电源系统

 3-1）由城市电网供电

  10KV电站，供电部门

  10KV城市电网（电缆或架空线）

  用户10KV总受电开关站

  车间电缆

  空调机房10KV马达

由城市电网供电时，业主一般要向供电部门的供用电科申请10KV用电，要提供10KV马达资料，供电部门要根据10KV马达的容量，起动方式等审批。此种情况如供电为用专用的馈电回路时，较有利于实现使用10KV马达D.O.L起动方式，如上海远洋中心地区城市电网供电，用1000KW马达D.O.L起动。

 3-2）有专用变电站供电

  电力部门

  110KV

  系统

  用户110/10KV总降压站

  车间电缆

  空调机房10KV马达

由专用变压器供电时，只要变压器容量有足够大，一般非常有利采用10KV马达的D.O.L起动，同时，如果变压器为企业所有上述更为有利，因可排除了电力部门的麻烦审批，电力部门认为是企业内部也不加干预。

（四）电力变压器的功率及能量损耗计算

 4-1）功率损耗

变压器的功率损耗包括有功及无功损耗二个部份。无功功率用来建立磁场影响企业用户的功率因数，有功功率直接为热能的损失影响经济成本效益。

今暂只先讨论有功损耗ΔPB；

ΔPB = ΔPO+ΔPd   Sjs  2 （KW）

                 Se

ΔPO — 变压器之铁损（KW）；由变压器之铁芯涡流引起之损失。

ΔPd — 变压器之铜损（KW）；由变压器绕组中铜导线中的电阻引起之热 

        损失，与负荷电流之平方成正比。

Sjs  — 变压器之计算负荷（KVA）。

Se   — 变压器之额定负荷（KVA）。

注：ΔPO与ΔPd，通过变压器的空载及短路试验获得之参数，可直接查厂家提供的变压器参数表获得。一般粗略估算可用如下之经验公式：

估算变压器之有功与无功损耗

ΔPB ≈0.02Sjs （KW）

ΔQB ≈0.08Sjs （KVAR）

 4-2）变压器之能量损耗

ΔWB = ΔPOt+ΔPd    Sjs  2 τ（KW.H）

                   Se

t — 为变压器实际接入电网小时数。

τ— 为最大负荷损耗小时数。其含义为线路中的计算电流Ijs流过线路，经τ小时后，其电能损耗等于线路全年流过实际的变化电流的电能损耗。

有关τ值，工程中采用前苏联的研究成果根据各类工厂、车间的性质找出Tmax及其综合功率因数cos∮值，查苏联工程师制的曲线得τ值

τ=Φ（Tmax . cos∮）

有关参数Tmax等之概念见下图

Wa =∫k∮(t)dt = PmaxTmax = Pjs . τ

 4-3）NPLV概念之引入

由于冷水机组大部份的运行时间都是处于在部份负荷状况下，全年只有少数时间在满负荷及最低负荷下运行，大部份在中间负荷，因此机组的耗电及其能效要按一个叫综合部份负荷值来考虑，美国空调制冷学会（ARI）通过大量统计资料得出IPLV（NPLV）之计算公式

NPLV=               1              

        0.12 + 0.42 + 0.45 + 0.01

         A      B      C      D

用NPLV计出之冷水机组用电负荷可以假想为一个全年不变动而又等值的计算负荷，此时τ值也就是机组全年之实际运行小时数。

 4-4）计算实例

详见附件1：①佛山电力调度大楼，使用10KV及380V冷水机组方案比

              较。

           ②某国际机场使用10KV及6KV冷水机组之方案比较。

（五）10KV起动柜的内附设备

 5-1）断路器（CB）

型式：

—多油式，OCB

—少油式，MOCB

—气体，SF6，GCB

—真空式，VCB

VCB，因为适用于连续多次操作，开断性能好，灭弧迅速，动作时间短，故非常适用于马达之开停车控制。

参数：主要参数为额定电压、电流及断流容量，动稳定及热稳定电流等等，请参见附件二，广州体育馆10KV降压启动柜之技术要求之二）及之四）。

 5-2）电流互感器（CT）

主要参数：

—CT之变比，50/5，75/5，150/5，150/5（CT之付边额定电流均为5A）

—CT之准确级，0.5，1，5P，10P，其中0.5级用于计费

                                          1.0级用于测量

                                       3，5P，10P用于保护

 5-3）电压互感器（PT）

主要参数：

—PT之变比，10/0.1KV，35/0.1KV，110/0.1KV（PT之付边额定电压为100V）

—PT之准确级，0.5，1，3，其中0.5级用于计费

                               1.0级用于测量

                                3.0级用于保护

 5-4）继电保护

目前继电保护多选用智能型成套马达保护的保护继电器，如ABB厂生产的SPAM-150C型马达保护器，又VATECH厂生产的RHO-3成套马达保护器都在我们的项目中使用过，该等马达保护器均已包括马达的全部反时限，定时限电流保护。

关于电压保护，如低电压，过电压保护则另加继电器接入PT回路组成。

详见附件二  继保装置

    附件三  速断保护及过流保护

 5-5）Autotrans

详见附件二，第五点，电抗器要求

 5-6）避雷器

目的为防止大气过电压，操作过电压而引起的设备损坏。要注意的当电源馈线为架空线时并经过雷区，此时10KV冷水机组的10KV马达应考虑加装旋转电机用避雷器。

（六）马达（MOTOR）

冷水机组一般使用鼠笼式马达。

主要参数：

—额定电压（见下面附注）

—额定电流

—额定功率因数cos∮

—起动电流

—起动转矩

—起动时间

—过载能力（Service Factor）

—绝缘等级（A.E.B.F.H五级）

一般10KV机组考虑用F级

即环境温度400C

  短时温升1300C

  长期温升1150C

—防护等级（IP22，IP55）

一般开式机组配的马达为IP22，防护等级越高，因越密闭，反而不利电机散热。

附注：关于马达之额定电压，其实是电网的用电设备额定电压，一般有0.38，0.22，3，6，10KV

而发电机的额定电压是电网的标称电压，一般有0.4，0.23，3.15，6.3，10.5KV

（七）变压器（TRANSFORMER）

 7-1）主要参数

      — 额定电压：10/0.4KV

      — 额定容量：      KVA

      — 铁    损：      W

      — 铜    损：      W

      — 短路电压：4-6%

      见附件四（广东顺德变压器厂资料）

参考价：（人民币，万元）

变压的容量根据其在电网上不同的使用时有不同的选择。例如不同的负荷性质（例如：考虑电机的起动，不同的阻抗特性、短电压百分值、过负荷能力等），一般变压器容量均按负荷选择，我们做方案比较时，一般大约取

* 当一台变压器带一台马达时，变压器容量≧1.25马达容量

* 当一台变压器带2-3台马达时，变压器容量≧1.3-1.35马达容量之和