水泥廠配電變壓器經濟節能運行分析

王靜

（北京凱盛建材工程有限公司，北京 100024）

現如今，我國提倡能源資源的可持續利用，低碳、綠色、環保理念的應用。而水泥廠作為高消耗、高污染產業，怎樣順應可持續建設，科學用電成為重要研究內容，為了更好地建設高效節能環保的水泥工業，其首要條件是要對配電變壓器進行科學的選擇，綜合對比多個變壓器變化參數與水泥廠用電需求，選擇適合的配電變壓器，該文以某水泥廠節能環保改造為例，來對變壓器選擇以及耗能進行對比分析。

1 配電變壓器損耗分析

變壓器的損耗主要有空載損耗、負載損耗、介質損耗和雜散損耗。其中介質損耗和雜散損耗相對比較小，基本可忽略不計。

（1）變壓器的空載損耗主要是鐵芯損耗，也被稱為鐵損，變壓器的額定空載有功損耗和空載無功損耗分別為P0和Q0，其中Q0=×SRt與掛網時間有關，不會隨負載變化而變化。

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

（3）計算負荷下的有功損耗和無功損耗分別為P 與Q，其中

Q0：變壓器空載時的無功損耗，kvar

I0%：變壓器空載電流百分數

SRt：變壓器的額定容量，kVA

Pk：：變壓器額定負載有功功率，kW

Qk：變壓器額定負載無功功率，kvar

Uk%：變壓器額定短路阻抗電壓百分數

P：計算負荷下的有功損耗，kW

Q：計算負荷下的無功損耗，kvar

β：變壓器負荷率。

2 水泥廠配電變壓器經濟運行的措施

2.1 選用節能型變壓器

目前，油浸式變壓器S9 型依然在市場上被廣泛使用，但是隨著變壓器新技術的不斷發展，像卷心鐵結構的S11 就成功取代了S9，通過比較分析可知，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，擁有顯著的節能效果，對于水泥行業這種高耗能的工業來說，選擇S11 這種非晶合金的變壓器其兼具經濟性和節能性，更加符合國家產業政策和節能降耗的要求。

2.2 對變壓器進行適當的無功補償

變壓器所產生的無功損耗是在變壓器空載或者輕載的情況下產生的，為了減少功率消耗，提高功率因數，可以通過無功補償的方式充分發揮變壓器的功率輸送能力。無功補償的具體方式是將容性負荷和感性負荷裝置并聯，能量就會在兩種負荷間進行轉化，容性負荷裝置輸出的功率就會補償到感性負荷裝置中損失的功率。在水泥工業中常用的無功補償有以下三種方式。

第一集中補償。在變壓器的二次側安裝低壓電容器做好隨時補償的準備，這樣就可以利用集中補償的方式來提高變壓器的利用率，降低損耗。集中補償只需利用低壓開關，就可以將變壓器低壓母線側連接到低壓電容器上，再通過無功補償投切裝置加以保護即可。

第二分組補償。在配電變壓器低壓側和用戶車間配電屏安裝并聯補償電容器。

第三就地補償。若有功率較大的單臺電機，則需要在該電機處就地安裝并聯補償裝置，來對電機進行無功補償。

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設備，它的效率沒有機械方面的損耗，其基本可以到達額定容量的96%以上，這種效率是在用電量大小處于最佳運行區域才能達到的效率，所以變壓器實際負載在合適的區域內才能使損耗降到最低。傳統變壓器容量的選擇多重視怎樣有效應用變壓器過負荷能力，容量的選擇一般偏小一些，但在實際應用中就會出現電能消耗過大，與現在水泥廠經濟性目標不相符。正常情況下，當變壓器的負載系數在0.3～0.75 時是最佳區運行區屬于第一區，當變壓器負載系數在0.15～1.0 時是經濟運行區屬于第二區，當變壓器負載系數在0.1～0.2 時是最劣運行區屬于第三區，三個區域的效率逐漸降低，其中第一區是變壓器最好運行區，第二區也可以使用，第三區是效率最低區，不建議使用。同時當負載恒定不變時，功率因數越高，變壓器的效率也越高。

例如：某水泥廠節能環保改造項目，該改造項目涉及此水泥廠三處電氣室內的變壓器更換升級，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、生料磨、空壓站、生料入庫；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間。這三處電氣室內的變壓器都要重新更換成節能經濟的變壓器產品。在該項目改造設計的初期階段時，對變壓器的更換系列做了兩種方案對照比較。

該水泥廠改造的這三個電氣室內一共有四臺變壓器，分別為在窯尾及廢氣處理電氣室的一臺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6/0.4KV 1250KVA 變壓器，窯頭電氣室的兩臺6/0.4kV 1250KVA 變壓器。

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

WP：變壓器年綜合電能損耗，kWh

HPY：變壓器年帶電小時數，h

τ：變壓器年最大負載損耗小時數，h

KQ：無功經濟當量(無功經濟當量是變壓器的無功損耗對網絡造成的有功損耗系數，按變壓器在電網中的位置取值，此三處電氣室中的四個變壓器為三次變此時KQ按0.1取值)。

將表1 中的兩種方案數據帶入到公式(3)中通過查表以及計算得到表2 數據分析值。

通過表2 得出的數據可以對比出S11 系列比S9 系列的四臺變壓器一年累計下來大約可以節約18469 度電，節約的電費近1.3 萬元?，F階段，隨著電價不斷增長、分時收費制度逐漸的普及，S9 系列變壓器已經很難以適應現在水泥廠的發展需求。最后選擇S11 系列的變壓器對該項目節能改造，雖然S11 系列變壓器比S9 系列變壓器的造價要高一些，前期投入會多一些，但是通過綜合計算比較后，四臺變壓器S11 系列比四臺S9 系列的變壓器多了近三萬塊錢，但是后期通過大約兩年多點運行即可把增加的這三萬投資成本補償回來。

表1 變壓器選擇兩種方案

表2 兩種方案指標對比

3 結語

現如今，變壓器的經濟運行與降低損耗得到了越來越多的水泥企業的重視，怎樣優化變壓器選擇，以及使變壓器一直處于最佳經濟運行狀態，成為重要的研究內容。基于經濟運行角度的分析，企業不僅要重視一次性的投資，還應立足于企業長遠發展的角度分析，選擇適合的負載率和經濟運行點。只有這樣，才有助于企業長久的發展，實現經濟效益的最大化。筆者分別從配電變壓器消耗類型、基于經濟運行的水泥廠配電變壓器的選擇兩方面進行變壓器的選擇，希望對水泥廠變壓器選擇起到幫助性作用，最終實現節能減排的良好效果。