通用設備浪費電量的計算方法
傅經緯1 邢濟東1 劉學志2 邵體文3 劉進軍4
（1.山東省能源利用監測中心 山東濟南 250013 2.濟南市節能技術服務中心 山東濟南250033 3.濟寧市能源監測站 山東濟寧272137 4.威海市能源監測站 山東威海264200）
摘要：本文通過介紹通用設備[供配電系統及用電設備（電機、風機、水泵、空壓機和電焊機等）]在運行中浪費電量的計算方法，為在節能監測、統計工作中準確的計算浪費量和工礦企業節能管理人員做好節能管理和統計工作，提供方便。
關鍵詞： 通用設備 運行 浪費電量 計算方法
國家“十一五”規劃提出，到2010年，萬元GDP能耗比2005年降低20%，完成這一節能目標，實現節能降耗，工業企業的責任重大。2005年，我國工業用電占總用電量的74.10%,工業終端用電占工業的90.77%，工業企業在節電降耗中具有舉足輕重的作用。通用設備（變壓器、電機、風機、水泵、空壓機和電焊機等）量大面廣，對工礦企業界而言，是消費電量的主要終端設備，必須建立完善的監測考核制度，確保設備高效運行。掌握設備運行中浪費電量的計算方法，是準確地找到通用設備節電降耗潛力的重要手段之一。
對供配電系統和用電設備的運行狀況依照現有節能監測標準進行監測，并準確的計算出其運行效率和實際的浪費量，是節能監測和企業節能管理工作的一項重要內容。科學的節能管理就是用數據說話，能效數據是節能管理的基礎。筆者將實際工作中運用的通用設備浪費電量的計算方法進行了整理，為在節能監測和統計工作中準確的計算通用設備在運行中浪費的電量或節電潛力，以及為工礦企業節能管理人員做好節能管理和統計工作，提供方便。
Ⅰ.供配電系統浪費電量的計算
1. 低負載系數配電變壓器浪費量的計算方法
依據標準GB/T16664—1996《企業供配電系統節能監測方法》和GB/T13462—1992 《工礦企業電力變壓器經濟運行導則》。
該計算方法適用于各類企業、事業等用電單位運行的配電變壓器。
變壓器負載系數β合格指標：
（1）單臺運行時
≤ ≤1
（2）兩臺及兩臺以上并列運行的，按設計的經濟運行方式。
計算公式：
①視在功率法
測試期的變壓器負載系數計算公式：
β= ， S=
S ----- 變壓器平均輸出視在容量，kVA；
Se ----- 變壓器額定容量，kVA；
WP ----- 變壓器輸出實測有功電量，kW·h；
Wq ----- 變壓器輸出實測無功電量，kvar·h；
Tc ----- 測試期時間，h。
②電流近似值法
適合于負載電流比較穩定的變壓器，對于負載電流波動較大的變壓器應采用視在功率法。
β ， =
---- 負載側均方根電流，A；
---- 負載側測試電流，A；
n ---- 代表日電流測試次數；
---- 負載側額定電流，A。
（3）綜合功率經濟負載系數
=
× ， %×
式中； --- 變壓器空載損耗，kW；
--- 變壓器額定負載損耗，kW；
--- 變壓器勵磁功率，kvar；
--- 變壓器額定負載漏磁功率，kvar；
--- 變壓器無功經濟當量，kW/kvar，取0.02；
--- 變壓器空載電流百分數，%；
--- 變壓器短路電壓百分數，%。
變壓器特性參數 、 、 、 由設備檔案、銘牌、產品手冊、出廠（或大修）試驗報告中查取。
（4）變壓器損耗的計算（kW·h）
=
或 (
式中: ---- 變壓器空載損耗有功電量，kW·h；
---- 變壓器負載損耗有功電量，kW·h；
---- 變壓器運行平均電壓(平均值)，V；
---- 變壓器額定電壓，V；
---- 變壓器投入運行時間，h。
（5）浪費電量
當β≤ 時,用小容量的節能變壓器替代，且令：
≤ ≤1
此時的損耗之差即為浪費電量(kW·h)。
- =[(PO-PO’)+(PKβ2-PK’β’2)]×T
式中： WS’ --- 為替代變壓器運行T時的總損耗，kW·h；
PO --- 變壓器空載損耗值，kW；
PO’ --- 為替代配電變壓器空載損耗值，kW；
PK --- 變壓器負載損耗kW；
β --- 變壓器負載系數；
PK’--- 替代變壓器負載損耗，kW；
β’--- 為替代配電變壓器負載系數；
T --- 變壓器年運行時間，h。
（6）變壓器功率因數低于0.90時浪費電量的計算(kW·h)
變壓器負載損耗有功電量在電容補償前后之差,(kW·h)。
式中: --- 電容補償前(COS ＜0.90)的變壓器負載率；
--- 電容補償后(COS 0.90)的變壓器負載率；
--- 變壓器年運行時間，h。
注：此計算方法僅適用于單臺變壓器運行的供電系統。
2. 線路損耗浪費量計算方法
依據標準GB/T16664---1996 《企業供配電系統節能監測方法》
（1）線路損耗浪費量計算
線路線徑過細浪費電量計算(kW·h)---原線徑的損耗與加粗后線徑的損耗之差即為線路損耗的浪費量。
式中: ---- 線路相數，二線制 =2， 三線制 =3，三項四線制 =3.5；
---- 線路中的均方根電流值，A，
---- 原線路的電阻, ；
---- 加粗線徑后線路的電阻， ；
---- 線路年工作時間，h。
（2）線路輸送功率因數低于0.90時的浪費電量的計算
交流電流通過線路時，其線路電阻R產生的功率損耗（kW）為：
=
=
供配電線路的功率因數低于0.9時,進行無功就地補償,補償前與補償后之差值即為浪費電量（kW·h）,計算方法如下:
式中: ---- 線路輸送的有功功率；kW；
---- 線路電阻， ；
---- 線路年工作時間，h；
---- 線路補償前的功率因數；
---- 線路補償后的功率因數；
---- 線路輸送電壓，V。
.用電設備:電機、風機、空壓機組泵機組及電焊設備等用電設備運行浪費電量的計算方法
3．低負載率電動機浪費電量的計算
依據標準GB/T12497—1995《三相異步電動機經濟運行》和GB/T8916—1988《三相異步電動機負載率現場測試方法》。
該計算方法適用于運行的中小型三相異步電動機。
（1） 低負載電動機年浪費量的計算
負載率β的計算主要有：電流法和功率法。
①電流法
式中：I1 ---- 電動機實測負載電流，A；
I0 ---- 電動機運行中的空載電流，A；
Ie ---- 電動機額定輸入電流，A；
IOe---- 電動機額定空載電流，A；
U ---- 電動機實測端電壓，V；
Ue ---- 電動機額定電壓，V。
IOe可從有關資料中查找，也可按下式計算：
IOe= Ie（ －0.2cos ）
cos ---- 電動機額定功率因數；
Se ---- 電動機額定轉差率。
Se=
nS ---- 電動機同步轉速；r/min；
ne ---- 電動機額定轉速；r/min。
IO可測得，也可按下式計算：
IO= Ioe
②功率法
β=1.013 ]×100%
P1 ---- 電動機輸入功率，kW；
Pe ---- 電動機額定功率，kW；
ηe ---- 電動機額定效率（取小數）；
---- 電動機損耗因數（見表1）；
表1： 值 表
|
PN（kW） |
2極 |
4極 |
6極 |
8極 |
備注 |
|
2～7.5
10～22
30～55
75～100 |
0.5
0.8
1.0
1.2 |
0.4
0.45
0.5
0.8 |
0.3
0.45
0.5
0.7 |
0.3
0.4
0.5
0.7 |
JO2，Y |
|
60～300 |
— |
0.4 |
0.35 |
0.32 |
JR，JS |
注：當計算之β＜40%時，用較小電動機替代，P’＞P2 并令β’＞ 40%；
應滿足替代的各項條件。
（2）節約的有功功率(kW)
式中: ---- 原電動機空載損耗功率，kW；
---- 原電動機運行時負載系數， ；
---- 原電動機的輸出功率，kW；
---- 原電動機額定功率，kW；
---- 替代電動機空載損耗功率，kW；
---- 替代電動機額定功率，kW；
---- 原電動機額定負載時的有功損耗，kW；
=（ - 1）
---- 替代電動機額定負載時的有功損耗，kW；
---- 原電動機的額定效率，%。
（3）節約的無功功率（kvar）
=
= tg
式中： ---- 原電動機空載損耗，kW；
---- 原電動機空載無功損耗，kvar；
---- 原電動機額定無功損耗，kvar；
---- 原電動機運行時負載率系數；
---- 原電動機額定運行時的相位角；
---- 替代電動機空載無功損耗， kvar；
---- 替代電動機額定無功損耗，kvar。
（4）年浪費電量(kW·h)
式中： ---- 無功經濟當量, kW/kvar； 按表2取值。
表2： 無功經濟當量取值表
|
項目 |
電動機直連發電機母線或直連已進行無功補償的母線時取值 |
二次變壓取值 |
三次變壓取值 |
|
（kW/kvar） |
0.02～0.04 |
0.05～0.07 |
0.08～0.1 |
|
備注：當電網采取無功補償時,應從補償端計算電動機的電源變壓次數。 |
T ---- 電動機年運行時間，h。
年運行時間統計數字可粗略按以下時間計：
一班制按：2000 h/Y；
二班制按：4000 h/Y；
三班制按：6000 h/Y。
4.風機機組浪費電量的計算
依據標準GB/T15913—1995《風機機組與管網系統節能監測方法》、GB8916—1988《三相異步電動機負載率現場測試方法》和GB12497—1995《三相異步電動機經濟運行》。
該方法適用于11kW及以上電動機拖動的離心式、軸流式通風機及鼓風機機組管網系統。不適用于輸送物料的風機機組及系統。
（1）采集數據
---- 風機入口平均動壓(實測)，Pa；
---- 風機出口平均動壓(實測)，Pa；
---- 風機入口平均靜壓(實測)，Pa；
---- 風機出口平均靜壓(實測)，Pa；
A ---- 測點處風道截面(實測)，m2；
---- 測量時當地大氣壓(實測)，Pa；
---- 標準狀態下氣體密度(煙氣取1.30,空氣取1.29,其它介質查表),kg/m3；
t ---- 測點截面處的氣體溫度(實測)，oC；
---- 測點截面靜壓值(實測)，Pa；
---- 測點截面平均動壓(實測)，Pa；
---- 風機機組電能利用率國家標準(查表)，%；
---- 電動機輸入功率(計算得)，kW；
---- 風機機組年運行時間，h。
（2）計算
①風機全壓（Pa）
=(
②流量測點處氣體密度（kg/m3)
③測點處平均風速（m/s)
式中： ---- 畢托管測壓修正值，對于標準畢托管 =1。
④風機流量（m3/s)
⑤風機有效輸出功率（kW)
⑥風機機組電能利用率（%）
⑦風機機組年浪費電量（kW·h)
5．空壓機組及供氣系統浪費電量的計算方法
依據標準GB/T16665—1996 《空氣壓縮機組及供氣系統的節能監測方法》。
該方法適用于額定排氣壓力不超過1.25MPa(表壓),公稱容積流量大于或等于6m3/min的空氣壓縮機組機供氣系統。
空氣壓縮機組及供氣系統浪費電量的計算：
（1）空氣壓縮機組用電單耗(D)計算
式中: ---- 空氣壓縮機組輸入電能，kW·h，按 計算；
---- 空氣壓縮機組進氣端氣量， 按 計算。
對于空壓機排氣端無氣量表的，則 的計算可按一般風機的測量方法從進氣端直接測量；
---- 空氣壓縮機組用電單耗， / ；
---- 空氣壓縮機組輸入電功率， ；
---- 空氣壓縮機排氣端氣量， ；
---- 檢測時間， ；
---- 壓縮機吸氣溫度， ；
---- 壓縮機排氣溫度， ；
---- 壓縮機吸氣壓力（絕對） ；
---- 壓縮機排氣壓力（絕對） ；
---- 冷卻水修正系數，水冷 ，空冷 ；
---- 壓力修正系數，空壓機組在排氣壓力為0.7MPa（表壓）下工作時，K2=1；對于其他工作壓力和冷卻方式不同的機組，K2按以下公式計算：
單級：
雙級：
（2）空氣壓縮機組及供氣系統的合格指標按表3確定
表3： 空氣壓縮機組及供氣系統的合格指標表
|
序號 |
監測項目 |
合格指標 |
|
1 |
壓縮機排氣溫度 |
風冷≤180O
水冷≤160O |
|
2 |
壓縮機冷卻水進水溫度 |
≤35 OC |
|
3 |
壓縮機冷卻水進水溫差 |
按產品規格 |
|
4 |
空氣壓縮機組用電單耗
*電動機容量：≤45kW
55～160kW
≥200kW |
0.129kW·h/m3
0.115kW·h/m3
0.112kW·h/m3 |
注:*電動機容量不在表列數據范圍內的,合格指標用內插法
空氣壓縮機組及供氣系統浪費電量（kW·h）
式中: ---- 空氣壓縮機組及供氣系統測試用電單耗,kW·h/m3；
---- 空壓機組及供氣系統年供氣量, m3。
6.泵機組液體輸送系統浪費電量的計算方法
依據標準GB/T16666—1996《泵機組液體輸送系統節能監測方法》、GB/T13468—1992 《泵類系統電能平衡的測試與計算方法》和GB/T3216—1989《離心泵、混流泵、軸流泵和旋渦泵試驗方法》。
該方法適用于5kW及以上電動機拖動的離心泵及其液體輸送系統。
泵機組液體輸送系統浪費電能量的計算：
（1）數據計算
①當電動機電源為低壓（≤1000V）時，采用功率法直接測量；
②當電動機電源電壓為高壓（＞1000V）時，電動機輸入功率可利用電動機控制柜上的電度表配合秒表進行測量，并由下式計算 電動機輸入功率：
式中: ---- 電流互感器的變比；
---- 電壓互感器的變比；
---- 測量器內電度表鋁盤所轉的圈數， ；
---- 電能表轉 圈所用的時間， ；
---- 電能表常數， 。
③電動機負載率的測試計算，參見上文3的內容。
④ 實測數據
---- 泵進口壓力(實測)， ，
---- 泵出口壓力(實測)， ，
---- 泵實際流量(實測), ；
---- 泵出、進口壓力表高度差(實測)， ；
、 ---- 泵進、出口液體流速（實測）， ；
---- 液體密度（查表得）， ；
---- 重力加速度（查表得），取 。
（2） 浪費量的計算
①泵總揚程
②泵輸出功率
③泵機組效率
④泵機組效率低于標準要求時,造成的浪費電量（kW·h）
式中: ---- 泵機組的標準效率，%；
---- 泵機組年運行時間，h。
7．電焊設備浪費電量的計算方法
依據標準GB/T16667—1996《電焊設備節能監測方法》和 GB/T8118—1995 《電弧焊機通用技術條件》。
該方法適用于進行手工電弧焊、氣體保護焊和埋弧焊的額定電流大于或等于160安培的交直流弧焊設備。
電焊設備電能利用率計算：
（1）測試期有效電量計算(kW·h)
式中: ---- 測試期有效電量，kW·h；
---- 測試期電焊芯(絲)熔化實際質量，kg；
---- 電焊設備輸出端電壓，V；
---- 電焊設備功率因數；
---- 焊條（絲）熔化系數(查表得，即GB/T16667附錄)， 。
（2）電焊設備電能利用率計算
式中: ---- 電焊設備電能利用率，%；
---- 測試期供給電能量，kW·h。
（3）電焊設備節能監測合格指標
電焊設備電能利用率合格指標見表4。
表4： 電焊設備電能利用率合格指標
|
|
手工電弧焊 |
氣體保護焊 |
埋弧焊 |
|
交流弧焊機 |
≥45% |
- |
≥55% |
|
直流弧焊機 |
≥55% |
≥55% |
≥55% |
（4）電焊設備浪費電量的計算(kW·h)
式中： ---- 電焊設備運行年平均耗電量，kW·h/h；
---- 電焊設備年運行時間，h。
參考文獻：
[1]節能監測標準宣慣讀本（第二冊、第三冊）
[2]中國統計年鑒 2006
[3]節電技術與節電工程 北京：中國電力出版社
作者簡介：傅經緯，男，高級工程師，長期從事節能監測和節能管理工作，主編《節能管理》、《工業鍋爐燃燒調整與經濟運行》等培訓教材，以及《能源技術經濟分析評價》、山東省《建設節約型社會支撐技術匯編》等。主持編制《山東省節能中長期專項規劃》項目。 |
京公網安備11011102000836號
