1、节能型路灯专用变压器的选择节能型路灯专用变压器的选择摘 要：随着城市的快速发展，路灯专用变压器得到广 泛的运用。该文从节能的角度出发，通过对变压器容量的计 算和型号的选择两个方面进行论述，建立了一套较完善的路 灯变压器选择系统。关键词：变压器容量 总拥有费用法1.路灯专用变压器的作用。 路灯专用变压器（以下简称路灯专变）在路灯系统中，是长 期不受关注的电气元件。据调查，我国县级城市路灯专变安 装使用率不足 30%, 许多人认为，多一个变压器就多一份工 程预算，有了市网变压器，路灯专用变压器就可有可无。这 种想法是错误的，路灯专变在路灯系统中起着重要作用。 第一，目前， 路灯系统中常用的 HID
2、 高压气体放电灯是非线 性负载， 它在工作中会产生大量浪涌脉冲和谐波， 污染电网， 使电力品质下降。 因此，安装路灯专变， 局部重组电网结构， 可以有效的分离或隔离产生电力污染的这些设备，减小对电 网的污染。 第二，现在城市市电由于负荷变化较大，电压波动显著，在 后半夜，由于负荷减轻， 电压显著升高， 通常可升高 10V30V, 提高了路灯节能器、镇流器、灯管等的损坏率。安装了路灯 专变后，我们可以方便的对局部电网电压进行管理和控制， 将路灯专变低压侧输出电压稳定在 210220V 之间， 保护后 续元件。第三，可以通过安装智能节电器，浪涌控制元件，多重波技 术，有效抑制电网电路中的浪涌瞬变，
3、滤除高频谐波，提高 灯具运行效率，延长灯具使用寿命，达到节电和保护灯具的 双重功能。一台路灯专变的成本在整个路灯系统预算中的比例仅为 5% 左右，但其在节能方面的收益和对路灯元件的保护所产生的 效益，远远大于它的投资。所以，路灯专变是路灯系统中不 可缺少的电气元件之一。如何选择节能型变压器呢，下面主要从容量、型号两个方面 进行探讨。2.容量的计算。 路灯系统开启后，气体放电灯启动电流较大，同时率为 1, 产生较大瞬变浪涌，冲击路灯专变。路灯进入稳定状态后，电 网中路灯电流稳定在工作电流，变化不大，趋于恒定。 稳定工作时，视在功率 S1 可以用容量法计算：S仁P2+Q2P=P0+Pf=P0+I0
4、2Rcosj1S=P/cosj2 式中，P-有功功率（k W）； Q-无功功率（kvar）； P0-额定 功率；Pf-有功损耗；10-工作电流；R-电弧管阻抗；cosjl-电弧管功率因数；cosj2- 电容补偿后功率因素。 举例说明：某路灯所要安装高压钠灯 NG250,100 盏，工作 电流3A,阻抗值60Q，功率因素0.075.高压钠灯NG150,100 盏，工作电流1.8A,阻抗值90Q，功率因素0.075.两种灯均 使用电感镇流器， 电容补偿后功率因素 cosj 为 0.9.请计算所 用变压器容量。250W 钠灯有功损耗为P250=l2502R250cosj=32 X 60 X 0.07
5、5=40.5W150W 钠灯有功损耗为P150=l1502R150cosj=1.82 X 90X 0.075=21.87W100 盏 250W 钠灯有功功率为 P250= (250+40.5 )X 100/1000=29.05KW100 盏 250W 钠灯视在功率为S250=P250/cosj=29.05/0.9=32.278 KVA100 盏 250W 钠灯无功功率为Q250=VS2502 -P2502=14.07kvar100 盏 150W 钠灯有功功率为 P150= (150+21.87 )X100/1000=17.187 KW100 盏 150W 钠灯视在功率为S150=P150/co
6、sj=17.187/0.9=19.1 KVA100 盏 150W 钠灯无功功率为Q150=VS1502 -P1502=8.33kvar总的视在功率 S仁(P250+P150 ) 2+ ( Q250+Q150 ) 2=51.377KVA参照城市道路照明设计标准 CJJ45-2006, 配电变压器的负载 率B不宜大于70%.若以70%为负载率，变压器容量为S=S1/ B =51.377/0.7=73.396 KVA, 即此例宜采用 80KVA 型 变压器。在无补偿电容的电感镇流器系统中， 功率因素 cosj 较低， 约 为 0.42, 在实际工程中，可以使用电流法简化计算，直接采 用气体放电灯的工
7、作电流值计算总的视在功率 S1.以上例计算：S1=220X( 100 X 3+100 X 1.8 )/1000=105.6KVAS=S1/ B =150.86 KVA,即采用 160KVA 型变压器。此种电流计算法与使用功率因素 cosj 的容量法计算结果相 近(其值为 110.08 KVA )，误差较小，可忽略。在功率因数较高 (接近为 1 )的系统中， 如使用电子镇流器， 高频无极灯等，无功损耗非常小，在工程计算中，可忽略。 视在功率 =有功功率 =额定功率 +有功损耗。 则上例可计算为：S1=P250+P150=46.237KVAS=S1/ B =66.1 KVA,即采用80KVA型变压
8、器。通过以上分析， 在计算路灯负载时， 功率因素 cosj 是非常重 要的。功率因素高，可大大减少无功损耗，减小所选变压器 容量。同时，选取适当的负载率（ 50%-70% 之间），可避免 瞬时浪涌对变压器的过载，也可使变压器运行在最佳负载率 范围内。3.型号的选择。在选择变压器型号时，我们可以通过总拥有费用（ TOC ）法的计算来进行分析，计算出变压器的初始费用和将来支付的 损耗费用之和，对各种型号做出准确评价。TOC 的计算公式：TOC=C+A NL+BX LL 式中，N L-变压器额定空载损耗或铁损（kW）; LL-变 压器额定负载损耗或铜损（kW）; A-变压器寿命期间空载损 耗每千瓦的
9、资本费用 （元/kW）; B-变压器寿命期间负载损耗 每千瓦的资本费用（元/kW）; C-变压器初始费用，方案对比 时可用其设备价格（元） 。空载损耗 NL=P0+kQ0=P0+kX（ I0% X Se/100 ）负载损耗 LL=Pf+kQf=Pf+k X（ Ud% Se/100 ）式中P0-变压器额定空载有功损耗，即铁损（kW）;Q0-变压器额定励磁功率（kvar）;Pf-变压器额定负载有功损耗，即铜损（ kW）；Qf-变压器额定负载漏磁功率（kvar）;k-无功经济当量，按变压器在电网中的位置取值，一般可取 k=0.1kW/kvar;I0%- 变压器空载电流( %)；Ud%- 变压器阻抗电
10、压( %)；Se-变压器额定容量(kVA )。A=kPW( EJLX 12+ELX hPY)，元/kWB=kPW( EJLX 12+ELXt) xp 2,元/kW 式中，kPW-现值系数=1- (1+a ) / (1+i) n/ (i-a),(式 中变压器使用期 n 年，年利率 i ,年通货膨胀率 a.)EJL-两部制电价中的基本电费(元 /kW?月)；EL-两部制电价中的电量电费(元 /kW?h )；hPY-年运行小时数，一般取 8760h;T年最大负载损耗小时数，可通过附表 1查找，也可用t =Tm2X Cosjm/cosjav ) 2x (1/8760 )计算。Tm-年最大负 载利用小时
11、数。p- 变压器负载率。举例说明：某路灯所要选择一台 100KVA 变压器，可选型号为S9-M或SH15-M,功率因数为0.9,变压器负载率为 p为70%.S9-M 价格 27000 元， SH15-M 价格为 38000 元。变压 器使用期 20 年，年利率 i 为 0.07, 年通货膨胀率 a 为 0,两部 制电价中的基本电费为 15元/kW?月，两部制电价中的电量 电费为 0.6 元 /kW?h.空载损耗 S9=0.275+ (0.1 x 0.0015 x 100)=0.29KW 负载损耗 S9=1.1+ (0.1 x0.04 x100=)1.5KW空载损耗 SH15=0.065+ (0
12、.1 X 0.001 X 100=0.075KW负载损耗 SH15=1.1+ (0.1 X 0.04 X 100=1.5KWkPW 现值系数 =1-(1+0)/(1+0.07 )20/(0.07-0 )=10.59 t年最大负载损耗小时数， Tm取3500h (每天约10h )，功 率因数为0.9,通过附表1查找，t =2000h;A=10.59 X ( 15X12+0.6 X8760)=57567.24 B=10.59X(15X12+0.6X2000)X 0.72=7160.958 TOCS9=27000+0.29X A+1.5 X B=54435.94 元 TOCSH15=38000+0.
13、075XA+1.5XB=5305 8.98 元 通过以上计算可知， SH15 型变压器总拥有费用低于 S9 型。 因此，选择更加节能的路灯专变， 虽然在初期投入更大一些， 但从长远来看，它更经济、更环保。4.总结。附表1 占Tm的关系表Tm/ht /h0.80.850.90.952000150012001000800700250017001500125011009503000200180016001400350023502150200018001600400027502600240022002000450031503000290027002500500036003500340032003000
14、5500410040003950375036006000465046004500435042006500525052005100500048507000595059005800570056007500665066006550650064008000740073507250通过以上分析，结合路灯专变空载时间长，启动瞬时浪涌大的特性，在选择时宜采用空载损耗低的变压器，如非晶合金类。在计算容量时，要根据负载特性，功率因数计 算，并预留增加负载容量。参考资料1杜彩林 建筑电气的节能设计 电工技术 2006 年 第 08 期2-4 页2NEMA Guide for Determining Energy EfficiencyforDistribution Transformer Standards Publication TP 1-1996.3马晓光 孟伟 对选择配电变压器经济性计算方法的探讨 东北电力技术 2000 年第 9 期 31-33 页
