通用设备浪费电量的计算方法
傅经纬1 邢济东1 刘学志2 邵体文3 刘进军4
（1.山东省能源利用监测中心 山东济南 250013 2.济南市节能技术服务中心 山东济南250033 3.济宁市能源监测站 山东济宁272137 4.威海市能源监测站 山东威海264200）
摘要：本文通过介绍通用设备[供配电系统及用电设备（电机、风机、水泵、空压机和电焊机等）]在运行中浪费电量的计算方法，为在节能监测、统计工作中准确的计算浪费量和工矿企业节能管理人员做好节能管理和统计工作，提供方便。
关键词： 通用设备 运行 浪费电量 计算方法
国家“十一五”规划提出，到2010年，万元GDP能耗比2005年降低20%，完成这一节能目标，实现节能降耗，工业企业的责任重大。2005年，我国工业用电占总用电量的74.10%,工业终端用电占工业的90.77%，工业企业在节电降耗中具有举足轻重的作用。通用设备（变压器、电机、风机、水泵、空压机和电焊机等）量大面广，对工矿企业界而言，是消费电量的主要终端设备，必须建立完善的监测考核制度，确保设备高效运行。掌握设备运行中浪费电量的计算方法，是准确地找到通用设备节电降耗潜力的重要手段之一。
对供配电系统和用电设备的运行状况依照现有节能监测标准进行监测，并准确的计算出其运行效率和实际的浪费量，是节能监测和企业节能管理工作的一项重要内容。科学的节能管理就是用数据说话，能效数据是节能管理的基础。笔者将实际工作中运用的通用设备浪费电量的计算方法进行了整理，为在节能监测和统计工作中准确的计算通用设备在运行中浪费的电量或节电潜力，以及为工矿企业节能管理人员做好节能管理和统计工作，提供方便。
Ⅰ.供配电系统浪费电量的计算
1. 低负载系数配电变压器浪费量的计算方法
依据标准GB/T16664—1996《企业供配电系统节能监测方法》和GB/T13462—1992 《工矿企业电力变压器经济运行导则》。
该计算方法适用于各类企业、事业等用电单位运行的配电变压器。
变压器负载系数β合格指标：
（1）单台运行时
≤ ≤1
（2）两台及两台以上并列运行的，按设计的经济运行方式。
计算公式：
①视在功率法
测试期的变压器负载系数计算公式：
β= ， S=
S ----- 变压器平均输出视在容量，kVA；
Se ----- 变压器额定容量，kVA；
WP ----- 变压器输出实测有功电量，kW·h；
Wq ----- 变压器输出实测无功电量，kvar·h；
Tc ----- 测试期时间，h。
②电流近似值法
适合于负载电流比较稳定的变压器，对于负载电流波动较大的变压器应采用视在功率法。
β ， =
---- 负载侧均方根电流，A；
---- 负载侧测试电流，A；
n ---- 代表日电流测试次数；
---- 负载侧额定电流，A。
（3）综合功率经济负载系数
=
× ， %×
式中； --- 变压器空载损耗，kW；
--- 变压器额定负载损耗，kW；
--- 变压器励磁功率，kvar；
--- 变压器额定负载漏磁功率，kvar；
--- 变压器无功经济当量，kW/kvar，取0.02；
--- 变压器空载电流百分数，%；
--- 变压器短路电压百分数，%。
变压器特性参数 、 、 、 由设备档案、铭牌、产品手册、出厂（或大修）试验报告中查取。
（4）变压器损耗的计算（kW·h）
=
或 (
式中: ---- 变压器空载损耗有功电量，kW·h；
---- 变压器负载损耗有功电量，kW·h；
---- 变压器运行平均电压(平均值)，V；
---- 变压器额定电压，V；
---- 变压器投入运行时间，h。
（5）浪费电量
当β≤ 时,用小容量的节能变压器替代，且令：
≤ ≤1
此时的损耗之差即为浪费电量(kW·h)。
- =[(PO-PO’)+(PKβ2-PK’β’2)]×T
式中： WS’ --- 为替代变压器运行T时的总损耗，kW·h；
PO --- 变压器空载损耗值，kW；
PO’ --- 为替代配电变压器空载损耗值，kW；
PK --- 变压器负载损耗kW；
β --- 变压器负载系数；
PK’--- 替代变压器负载损耗，kW；
β’--- 为替代配电变压器负载系数；
T --- 变压器年运行时间，h。
（6）变压器功率因数低于0.90时浪费电量的计算(kW·h)
变压器负载损耗有功电量在电容补偿前后之差,(kW·h)。
式中: --- 电容补偿前(COS ＜0.90)的变压器负载率；
--- 电容补偿后(COS 0.90)的变压器负载率；
--- 变压器年运行时间，h。
注：此计算方法仅适用于单台变压器运行的供电系统。
2. 线路损耗浪费量计算方法
依据标准GB/T16664---1996 《企业供配电系统节能监测方法》
（1）线路损耗浪费量计算
线路线径过细浪费电量计算(kW·h)---原线径的损耗与加粗后线径的损耗之差即为线路损耗的浪费量。
式中: ---- 线路相数，二线制 =2， 三线制 =3，三项四线制 =3.5；
---- 线路中的均方根电流值，A，
---- 原线路的电阻, ；
---- 加粗线径后线路的电阻， ；
---- 线路年工作时间，h。
（2）线路输送功率因数低于0.90时的浪费电量的计算
交流电流通过线路时，其线路电阻R产生的功率损耗（kW）为：
=
=
供配电线路的功率因数低于0.9时,进行无功就地补偿,补偿前与补偿后之差值即为浪费电量（kW·h）,计算方法如下:
式中: ---- 线路输送的有功功率；kW；
---- 线路电阻， ；
---- 线路年工作时间，h；
---- 线路补偿前的功率因数；
---- 线路补偿后的功率因数；
---- 线路输送电压，V。
.用电设备:电机、风机、空压机组泵机组及电焊设备等用电设备运行浪费电量的计算方法
3．低负载率电动机浪费电量的计算
依据标准GB/T12497—1995《三相异步电动机经济运行》和GB/T8916—1988《三相异步电动机负载率现场测试方法》。
该计算方法适用于运行的中小型三相异步电动机。
（1） 低负载电动机年浪费量的计算
负载率β的计算主要有：电流法和功率法。
①电流法
式中：I1 ---- 电动机实测负载电流，A；
I0 ---- 电动机运行中的空载电流，A；
Ie ---- 电动机额定输入电流，A；
IOe---- 电动机额定空载电流，A；
U ---- 电动机实测端电压，V；
Ue ---- 电动机额定电压，V。
IOe可从有关资料中查找，也可按下式计算：
IOe= Ie（ －0.2cos ）
cos ---- 电动机额定功率因数；
Se ---- 电动机额定转差率。
Se=
nS ---- 电动机同步转速；r/min；
ne ---- 电动机额定转速；r/min。
IO可测得，也可按下式计算：
IO= Ioe
②功率法
β=1.013 ]×100%
P1 ---- 电动机输入功率，kW；
Pe ---- 电动机额定功率，kW；
ηe ---- 电动机额定效率（取小数）；
---- 电动机损耗因数（见表1）；
表1： 值 表
|
PN（kW） |
2极 |
4极 |
6极 |
8极 |
备注 |
|
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：当计算之β＜40%时，用较小电动机替代，P’＞P2 并令β’＞ 40%；
应满足替代的各项条件。
（2）节约的有功功率(kW)
式中: ---- 原电动机空载损耗功率，kW；
---- 原电动机运行时负载系数， ；
---- 原电动机的输出功率，kW；
---- 原电动机额定功率，kW；
---- 替代电动机空载损耗功率，kW；
---- 替代电动机额定功率，kW；
---- 原电动机额定负载时的有功损耗，kW；
=（ - 1）
---- 替代电动机额定负载时的有功损耗，kW；
---- 原电动机的额定效率，%。
（3）节约的无功功率（kvar）
=
= tg
式中： ---- 原电动机空载损耗，kW；
---- 原电动机空载无功损耗，kvar；
---- 原电动机额定无功损耗，kvar；
---- 原电动机运行时负载率系数；
---- 原电动机额定运行时的相位角；
---- 替代电动机空载无功损耗， kvar；
---- 替代电动机额定无功损耗，kvar。
（4）年浪费电量(kW·h)
式中： ---- 无功经济当量, kW/kvar； 按表2取值。
表2： 无功经济当量取值表
|
项目 |
电动机直连发电机母线或直连已进行无功补偿的母线时取值 |
二次变压取值 |
三次变压取值 |
|
（kW/kvar） |
0.02～0.04 |
0.05～0.07 |
0.08～0.1 |
|
备注：当电网采取无功补偿时,应从补偿端计算电动机的电源变压次数。 |
T ---- 电动机年运行时间，h。
年运行时间统计数字可粗略按以下时间计：
一班制按：2000 h/Y；
二班制按：4000 h/Y；
三班制按：6000 h/Y。
4.风机机组浪费电量的计算
依据标准GB/T15913—1995《风机机组与管网系统节能监测方法》、GB8916—1988《三相异步电动机负载率现场测试方法》和GB12497—1995《三相异步电动机经济运行》。
该方法适用于11kW及以上电动机拖动的离心式、轴流式通风机及鼓风机机组管网系统。不适用于输送物料的风机机组及系统。
（1）采集数据
---- 风机入口平均动压(实测)，Pa；
---- 风机出口平均动压(实测)，Pa；
---- 风机入口平均静压(实测)，Pa；
---- 风机出口平均静压(实测)，Pa；
A ---- 测点处风道截面(实测)，m2；
---- 测量时当地大气压(实测)，Pa；
---- 标准状态下气体密度(烟气取1.30,空气取1.29,其它介质查表),kg/m3；
t ---- 测点截面处的气体温度(实测)，oC；
---- 测点截面静压值(实测)，Pa；
---- 测点截面平均动压(实测)，Pa；
---- 风机机组电能利用率国家标准(查表)，%；
---- 电动机输入功率(计算得)，kW；
---- 风机机组年运行时间，h。
（2）计算
①风机全压（Pa）
=(
②流量测点处气体密度（kg/m3)
③测点处平均风速（m/s)
式中： ---- 毕托管测压修正值，对于标准毕托管 =1。
④风机流量（m3/s)
⑤风机有效输出功率（kW)
⑥风机机组电能利用率（%）
⑦风机机组年浪费电量（kW·h)
5．空压机组及供气系统浪费电量的计算方法
依据标准GB/T16665—1996 《空气压缩机组及供气系统的节能监测方法》。
该方法适用于额定排气压力不超过1.25MPa(表压),公称容积流量大于或等于6m3/min的空气压缩机组机供气系统。
空气压缩机组及供气系统浪费电量的计算：
（1）空气压缩机组用电单耗(D)计算
式中: ---- 空气压缩机组输入电能，kW·h，按 计算；
---- 空气压缩机组进气端气量， 按 计算。
对于空压机排气端无气量表的，则 的计算可按一般风机的测量方法从进气端直接测量；
---- 空气压缩机组用电单耗， / ；
---- 空气压缩机组输入电功率， ；
---- 空气压缩机排气端气量， ；
---- 检测时间， ；
---- 压缩机吸气温度， ；
---- 压缩机排气温度， ；
---- 压缩机吸气压力（绝对） ；
---- 压缩机排气压力（绝对） ；
---- 冷却水修正系数，水冷 ，空冷 ；
---- 压力修正系数，空压机组在排气压力为0.7MPa（表压）下工作时，K2=1；对于其他工作压力和冷却方式不同的机组，K2按以下公式计算：
单级：
双级：
（2）空气压缩机组及供气系统的合格指标按表3确定
表3： 空气压缩机组及供气系统的合格指标表
|
序号 |
监测项目 |
合格指标 |
|
1 |
压缩机排气温度 |
风冷≤180O
水冷≤160O |
|
2 |
压缩机冷却水进水温度 |
≤35 OC |
|
3 |
压缩机冷却水进水温差 |
按产品规格 |
|
4 |
空气压缩机组用电单耗
*电动机容量：≤45kW
55～160kW
≥200kW |
0.129kW·h/m3
0.115kW·h/m3
0.112kW·h/m3 |
注:*电动机容量不在表列数据范围内的,合格指标用内插法
空气压缩机组及供气系统浪费电量（kW·h）
式中: ---- 空气压缩机组及供气系统测试用电单耗,kW·h/m3；
---- 空压机组及供气系统年供气量, m3。
6.泵机组液体输送系统浪费电量的计算方法
依据标准GB/T16666—1996《泵机组液体输送系统节能监测方法》、GB/T13468—1992 《泵类系统电能平衡的测试与计算方法》和GB/T3216—1989《离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵试验方法》。
该方法适用于5kW及以上电动机拖动的离心泵及其液体输送系统。
泵机组液体输送系统浪费电能量的计算：
（1）数据计算
①当电动机电源为低压（≤1000V）时，采用功率法直接测量；
②当电动机电源电压为高压（＞1000V）时，电动机输入功率可利用电动机控制柜上的电度表配合秒表进行测量，并由下式计算 电动机输入功率：
式中: ---- 电流互感器的变比；
---- 电压互感器的变比；
---- 测量器内电度表铝盘所转的圈数， ；
---- 电能表转 圈所用的时间， ；
---- 电能表常数， 。
③电动机负载率的测试计算，参见上文3的内容。
④ 实测数据
---- 泵进口压力(实测)， ，
---- 泵出口压力(实测)， ，
---- 泵实际流量(实测), ；
---- 泵出、进口压力表高度差(实测)， ；
、 ---- 泵进、出口液体流速（实测）， ；
---- 液体密度（查表得）， ；
---- 重力加速度（查表得），取 。
（2） 浪费量的计算
①泵总扬程
②泵输出功率
③泵机组效率
④泵机组效率低于标准要求时,造成的浪费电量（kW·h）
式中: ---- 泵机组的标准效率，%；
---- 泵机组年运行时间，h。
7．电焊设备浪费电量的计算方法
依据标准GB/T16667—1996《电焊设备节能监测方法》和 GB/T8118—1995 《电弧焊机通用技术条件》。
该方法适用于进行手工电弧焊、气体保护焊和埋弧焊的额定电流大于或等于160安培的交直流弧焊设备。
电焊设备电能利用率计算：
（1）测试期有效电量计算(kW·h)
式中: ---- 测试期有效电量，kW·h；
---- 测试期电焊芯(丝)熔化实际质量，kg；
---- 电焊设备输出端电压，V；
---- 电焊设备功率因数；
---- 焊条（丝）熔化系数(查表得，即GB/T16667附录)， 。
（2）电焊设备电能利用率计算
式中: ---- 电焊设备电能利用率，%；
---- 测试期供给电能量，kW·h。
（3）电焊设备节能监测合格指标
电焊设备电能利用率合格指标见表4。
表4： 电焊设备电能利用率合格指标
|
|
手工电弧焊 |
气体保护焊 |
埋弧焊 |
|
交流弧焊机 |
≥45% |
- |
≥55% |
|
直流弧焊机 |
≥55% |
≥55% |
≥55% |
（4）电焊设备浪费电量的计算(kW·h)
式中： ---- 电焊设备运行年平均耗电量，kW·h/h；
---- 电焊设备年运行时间，h。
参考文献：
[1]节能监测标准宣惯读本（第二册、第三册）
[2]中国统计年鉴 2006
[3]节电技术与节电工程 北京：中国电力出版社
作者简介：傅经纬，男，高级工程师，长期从事节能监测和节能管理工作，主编《节能管理》、《工业锅炉燃烧调整与经济运行》等培训教材，以及《能源技术经济分析评价》、山东省《建设节约型社会支撑技术汇编》等。主持编制《山东省节能中长期专项规划》项目。 |
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