王靜

（北京凱盛建材工程有限公司，北京 100024）

現(xiàn)如今，我國(guó)提倡能源資源的可持續(xù)利用，低碳、綠色、環(huán)保理念的應(yīng)用。而水泥廠作為高消耗、高污染產(chǎn)業(yè)，怎樣順應(yīng)可持續(xù)建設(shè)，科學(xué)用電成為重要研究?jī)?nèi)容，為了更好地建設(shè)高效節(jié)能環(huán)保的水泥工業(yè)，其首要條件是要對(duì)配電變壓器進(jìn)行科學(xué)的選擇，綜合對(duì)比多個(gè)變壓器變化參數(shù)與水泥廠用電需求，選擇適合的配電變壓器，該文以某水泥廠節(jié)能環(huán)保改造為例，來(lái)對(duì)變壓器選擇以及耗能進(jìn)行對(duì)比分析。

1 配電變壓器損耗分析

變壓器的損耗主要有空載損耗、負(fù)載損耗、介質(zhì)損耗和雜散損耗。其中介質(zhì)損耗和雜散損耗相對(duì)比較小，基本可忽略不計(jì)。

（1）變壓器的空載損耗主要是鐵芯損耗，也被稱(chēng)為鐵損，變壓器的額定空載有功損耗和空載無(wú)功損耗分別為P0和Q0，其中Q0=×SRt與掛網(wǎng)時(shí)間有關(guān)，不會(huì)隨負(fù)載變化而變化。

（2）變壓器的負(fù)載損耗主要為負(fù)載通過(guò)電流繞組時(shí)的損耗，也稱(chēng)為銅損，負(fù)載損耗同時(shí)還受變壓器的溫度影響。變壓器額定負(fù)載有功損耗和無(wú)功損耗分別為Pk與Qk，其中，Qk=×SRt。

（3）計(jì)算負(fù)荷下的有功損耗和無(wú)功損耗分別為P 與Q，其中

Q0：變壓器空載時(shí)的無(wú)功損耗，kvar

I0%：變壓器空載電流百分?jǐn)?shù)

SRt：變壓器的額定容量，kVA

Pk：：變壓器額定負(fù)載有功功率，kW

Qk：變壓器額定負(fù)載無(wú)功功率，kvar

Uk%：變壓器額定短路阻抗電壓百分?jǐn)?shù)

P：計(jì)算負(fù)荷下的有功損耗，kW

Q：計(jì)算負(fù)荷下的無(wú)功損耗，kvar

β：變壓器負(fù)荷率。

2 水泥廠配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的措施

2.1 選用節(jié)能型變壓器

目前，油浸式變壓器S9 型依然在市場(chǎng)上被廣泛使用，但是隨著變壓器新技術(shù)的不斷發(fā)展，像卷心鐵結(jié)構(gòu)的S11 就成功取代了S9，通過(guò)比較分析可知，S11 系列變壓器比S9系列的變壓器空載損耗降低了近30%左右，擁有顯著的節(jié)能效果，對(duì)于水泥行業(yè)這種高耗能的工業(yè)來(lái)說(shuō)，選擇S11 這種非晶合金的變壓器其兼具經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性，更加符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和節(jié)能降耗的要求。

2.2 對(duì)變壓器進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒o(wú)功補(bǔ)償

變壓器所產(chǎn)生的無(wú)功損耗是在變壓器空載或者輕載的情況下產(chǎn)生的，為了減少功率消耗，提高功率因數(shù)，可以通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞匠浞职l(fā)揮變壓器的功率輸送能力。無(wú)功補(bǔ)償?shù)木唧w方式是將容性負(fù)荷和感性負(fù)荷裝置并聯(lián)，能量就會(huì)在兩種負(fù)荷間進(jìn)行轉(zhuǎn)化，容性負(fù)荷裝置輸出的功率就會(huì)補(bǔ)償?shù)礁行载?fù)荷裝置中損失的功率。在水泥工業(yè)中常用的無(wú)功補(bǔ)償有以下三種方式。

第一集中補(bǔ)償。在變壓器的二次側(cè)安裝低壓電容器做好隨時(shí)補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)備，這樣就可以利用集中補(bǔ)償?shù)姆绞絹?lái)提高變壓器的利用率，降低損耗。集中補(bǔ)償只需利用低壓開(kāi)關(guān)，就可以將變壓器低壓母線(xiàn)側(cè)連接到低壓電容器上，再通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償投切裝置加以保護(hù)即可。

第二分組補(bǔ)償。在配電變壓器低壓側(cè)和用戶(hù)車(chē)間配電屏安裝并聯(lián)補(bǔ)償電容器。

第三就地補(bǔ)償。若有功率較大的單臺(tái)電機(jī)，則需要在該電機(jī)處就地安裝并聯(lián)補(bǔ)償裝置，來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

2.3 變壓器容量的合理選擇

由于變壓器是一種靜止的工業(yè)設(shè)備，它的效率沒(méi)有機(jī)械方面的損耗，其基本可以到達(dá)額定容量的96%以上，這種效率是在用電量大小處于最佳運(yùn)行區(qū)域才能達(dá)到的效率，所以變壓器實(shí)際負(fù)載在合適的區(qū)域內(nèi)才能使損耗降到最低。傳統(tǒng)變壓器容量的選擇多重視怎樣有效應(yīng)用變壓器過(guò)負(fù)荷能力，容量的選擇一般偏小一些，但在實(shí)際應(yīng)用中就會(huì)出現(xiàn)電能消耗過(guò)大，與現(xiàn)在水泥廠經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)不相符。正常情況下，當(dāng)變壓器的負(fù)載系數(shù)在0.3～0.75 時(shí)是最佳區(qū)運(yùn)行區(qū)屬于第一區(qū)，當(dāng)變壓器負(fù)載系數(shù)在0.15～1.0 時(shí)是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)屬于第二區(qū)，當(dāng)變壓器負(fù)載系數(shù)在0.1～0.2 時(shí)是最劣運(yùn)行區(qū)屬于第三區(qū)，三個(gè)區(qū)域的效率逐漸降低，其中第一區(qū)是變壓器最好運(yùn)行區(qū)，第二區(qū)也可以使用，第三區(qū)是效率最低區(qū)，不建議使用。同時(shí)當(dāng)負(fù)載恒定不變時(shí)，功率因數(shù)越高，變壓器的效率也越高。

例如：某水泥廠節(jié)能環(huán)保改造項(xiàng)目，該改造項(xiàng)目涉及此水泥廠三處電氣室內(nèi)的變壓器更換升級(jí)，分別為窯尾及廢氣處理電氣室的變壓器改造該變壓器供電范圍為窯尾、窯中、循環(huán)水泵房、廢氣處理；生料磨電氣室的變壓器改造該變壓器的供電范圍為生料配料倉(cāng)、生料磨、空壓站、生料入庫(kù)；窯頭電氣室的變壓器改造該變壓器的供電范圍為窯頭和煤磨車(chē)間。這三處電氣室內(nèi)的變壓器都要重新更換成節(jié)能經(jīng)濟(jì)的變壓器產(chǎn)品。在該項(xiàng)目改造設(shè)計(jì)的初期階段時(shí)，對(duì)變壓器的更換系列做了兩種方案對(duì)照比較。

該水泥廠改造的這三個(gè)電氣室內(nèi)一共有四臺(tái)變壓器，分別為在窯尾及廢氣處理電氣室的一臺(tái)6/0.4kV 1600KVA變壓器，生料磨電氣室即廢氣處理收塵器底部的一臺(tái)6/0.4KV 1250KVA 變壓器，窯頭電氣室的兩臺(tái)6/0.4kV 1250KVA 變壓器。

根據(jù)變壓器年綜合電能損耗計(jì)算公式WP=HPY(P0+KQ×SRt)+τβ2(Pk+KQ×SRt)(3),其中KQ=0.1，該水泥廠生產(chǎn)線(xiàn)的這四臺(tái)變壓器年最大負(fù)載損耗均為6200h，變壓器年帶電最大均為7300h，窯尾變壓器的負(fù)載率為0.7，窯頭和生料磨的負(fù)載率均為0.75，已知當(dāng)年的綜合電價(jià)為0.7 元/kWh。

WP：變壓器年綜合電能損耗，kWh

HPY：變壓器年帶電小時(shí)數(shù)，h

τ：變壓器年最大負(fù)載損耗小時(shí)數(shù)，h

KQ：無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量(無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量是變壓器的無(wú)功損耗對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成的有功損耗系數(shù)，按變壓器在電網(wǎng)中的位置取值，此三處電氣室中的四個(gè)變壓器為三次變此時(shí)KQ按0.1取值)。

將表1 中的兩種方案數(shù)據(jù)帶入到公式(3)中通過(guò)查表以及計(jì)算得到表2 數(shù)據(jù)分析值。

通過(guò)表2 得出的數(shù)據(jù)可以對(duì)比出S11 系列比S9 系列的四臺(tái)變壓器一年累計(jì)下來(lái)大約可以節(jié)約18469 度電，節(jié)約的電費(fèi)近1.3 萬(wàn)元?，F(xiàn)階段，隨著電價(jià)不斷增長(zhǎng)、分時(shí)收費(fèi)制度逐漸的普及，S9 系列變壓器已經(jīng)很難以適應(yīng)現(xiàn)在水泥廠的發(fā)展需求。最后選擇S11 系列的變壓器對(duì)該項(xiàng)目節(jié)能改造，雖然S11 系列變壓器比S9 系列變壓器的造價(jià)要高一些，前期投入會(huì)多一些，但是通過(guò)綜合計(jì)算比較后，四臺(tái)變壓器S11 系列比四臺(tái)S9 系列的變壓器多了近三萬(wàn)塊錢(qián)，但是后期通過(guò)大約兩年多點(diǎn)運(yùn)行即可把增加的這三萬(wàn)投資成本補(bǔ)償回來(lái)。

表1 變壓器選擇兩種方案

表2 兩種方案指標(biāo)對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)如今，變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與降低損耗得到了越來(lái)越多的水泥企業(yè)的重視，怎樣優(yōu)化變壓器選擇，以及使變壓器一直處于最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，成為重要的研究?jī)?nèi)容。基于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度的分析，企業(yè)不僅要重視一次性的投資，還應(yīng)立足于企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的角度分析，選擇適合的負(fù)載率和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)。只有這樣，才有助于企業(yè)長(zhǎng)久的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。筆者分別從配電變壓器消耗類(lèi)型、基于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的水泥廠配電變壓器的選擇兩方面進(jìn)行變壓器的選擇，希望對(duì)水泥廠變壓器選擇起到幫助性作用，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的良好效果。