水泥余熱電站廠用變壓器容量選擇及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析

康繼鋒劉帥

1中信重工工程技術(shù)中心有限責(zé)任公司（471039）

2礦山重型裝備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中信重工機(jī)械股份有限公司）（471000）

水泥余熱電站廠用變壓器容量選擇及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析

康繼鋒1，2劉帥1，2

1中信重工工程技術(shù)中心有限責(zé)任公司（471039）

2礦山重型裝備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中信重工機(jī)械股份有限公司）（471000）

在水泥余熱電站的電氣設(shè)計(jì)中，電氣設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算和變壓器容量的選擇是重要的一環(huán)。本文采用“換算系數(shù)法”對(duì)某水泥廠配套6 MW余熱電站的廠用電進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算負(fù)荷來確定合適的廠用電變壓器容量和變壓器組的運(yùn)行方式，從而使廠用電變壓器處在一個(gè)最佳的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，最終達(dá)到節(jié)能降耗的目的，為企業(yè)贏得最大的效益。

換算系數(shù)；廠用電變壓器；變壓器損耗；經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

在“十三五”期間，國家將會(huì)給余熱發(fā)電更多的政策支持，余熱發(fā)電技術(shù)將會(huì)在更廣闊的領(lǐng)域內(nèi)得到推廣應(yīng)用。在進(jìn)行余熱電站電氣設(shè)計(jì)的過程中，電氣設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算和廠用電變壓器容量的選擇是重要的一環(huán)。同時(shí)，如何使變壓器經(jīng)濟(jì)節(jié)能，也顯得日益重要。

1 余熱電站負(fù)荷計(jì)算的方法及容量確定

站用電的負(fù)荷采用“換算系數(shù)法”計(jì)算[1]。其公式為：

式中：K——換算系數(shù)；∑Pd——電動(dòng)機(jī)的計(jì)算容量之和，kW。

連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)取其額定容量作為Pd；短時(shí)經(jīng)常運(yùn)行及斷續(xù)經(jīng)常運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)Pd=0.5P，P——電動(dòng)機(jī)的額定容量，kW。照明負(fù)荷：

式中：KX——需要系數(shù)，一般為0.8～1；PA——安裝容量（kW）。變壓器負(fù)荷率：

其中：S為變壓器的實(shí)際視在功率，SN為變壓器的額定容量，β為變壓器的負(fù)荷率。

換算系數(shù)：給水泵、循環(huán)水泵、射水泵電動(dòng)機(jī)取K=1.0，其他電動(dòng)機(jī)取K=0.8。以某水泥廠3 200 t/d新型干法熟料生產(chǎn)線配套建設(shè)6 MW余熱電站工程為例，負(fù)荷統(tǒng)計(jì)如下：

鍋爐部分負(fù)荷統(tǒng)計(jì)P1=43.5 kw，K=0.8。汽機(jī)輔機(jī)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)P2=112.5 kW，K=1.0；P3=139 kW，K= 0.8。化水負(fù)荷統(tǒng)計(jì)P4=220 kW，K=1.0；P5=160 kW，K=0.8；照明負(fù)荷統(tǒng)計(jì)P2=47 kW，KX=1.0。

計(jì)算負(fù)荷Sjs=K×∑Pd=0.8×（P1+P3+P5+KX×P6）+ 1.0×（P2+P4）=644.1（kVA）

最終的計(jì)算負(fù)荷Sd=Kt·Sjs=0.9×644.1=579.69 kVA

選用800 kVA的變壓器，則負(fù)荷率β=579.69/ 800=72.5%，變壓器運(yùn)行負(fù)荷率比較合理。變壓器的容量選擇是變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提條件。如果容量選擇太小,稍微有電負(fù)荷增加，將會(huì)引起變壓器高負(fù)荷率或超負(fù)荷運(yùn)行;如果變壓器容量選擇大，變壓器空載損耗增加。因此選用800 kVA的干式變壓器比較合理。

2 余熱電站廠用電變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

2.1 變壓器損耗及效率的計(jì)算[2]

式中：P0為變壓器的空載損耗，PK為變壓器的短路損耗，ΔP為變壓器的有功功率損耗，η為變壓器的效率。

2.2 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析

為了能更好地討論變壓器在不同負(fù)荷下的最大運(yùn)行效率，需要引入變壓器的電單耗ΔPD（變壓器通過單位容量時(shí)的功率損耗）[3]。

由上面式（5）、式（6）可以看出，ΔPD最小時(shí)，變壓器的效率最高。

式中：β0為經(jīng)濟(jì)負(fù)荷系數(shù)，即變壓器在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷系數(shù)下運(yùn)行時(shí)，效率最高。

本文以SCB11-800 kVA干式變壓器為例，其中電壓等級(jí)為10 kV，空載損耗P0=1.33 kW，短路損耗PK=6.05 kW，單電耗單位為10-3kW，則根據(jù)公式（6）可得變壓器在不同負(fù)荷率下的單電耗（如圖1所示）。

從圖1看出，當(dāng)負(fù)荷率為0.3～0.7時(shí)，變壓器在這個(gè)區(qū)間的單電耗值相差較小，可以看作處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)負(fù)荷率為0.1～0.3和0.7～1.0時(shí)，變壓器的單電耗較明顯偏大，故變壓器運(yùn)行在非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。所以，變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)對(duì)于變壓器的節(jié)能是至關(guān)重要的因素。該工程存在兩臺(tái)變壓器同時(shí)工作的情況：

表1 變壓器在不同運(yùn)行方式下的單電耗表

圖1 SCB11-800 kVA變壓器單電耗圖

1）一臺(tái)變壓器運(yùn)行，另一臺(tái)變壓器冷備用

2）兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行

則SCB11-800 kVA干式變壓器在不同運(yùn)行方式下的單電耗如表1所示：

從表1可以看出，當(dāng)負(fù)荷率超過0.5時(shí)，兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)；在負(fù)荷率為0.5以下時(shí)，采用單臺(tái)變壓器運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)。對(duì)于該余熱電站負(fù)荷率β=579.69/800=72.5%，變壓器單臺(tái)運(yùn)行時(shí)為7.785×10-3kW。變壓器的單位功率電損耗為5.272× 10-3kW。經(jīng)過計(jì)算及變壓器實(shí)際運(yùn)行表明，在變壓器的壽命周期內(nèi)，當(dāng)變壓器處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)至少可以節(jié)約40萬千瓦時(shí)電。

3 結(jié)語

隨著新型節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，在選用變壓器的容量及其運(yùn)行方式時(shí)應(yīng)考慮如下：

采用“換算系數(shù)法”時(shí)，應(yīng)得到準(zhǔn)確的計(jì)算負(fù)荷，這是選擇變壓器合適容量的關(guān)鍵因素；根據(jù)實(shí)際負(fù)荷的運(yùn)行情況，認(rèn)真核定變壓器組采用的運(yùn)行方式，并具有最優(yōu)的單電耗值。

[1]鐘大文,徐家和.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)（電氣一次部分）[M].北京：中國電力出版社,1989：268-276.

[2]湯蘊(yùn)繆,史乃.電機(jī)學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2001：50-52.

[3]許長(zhǎng)志,王杰.變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行綜述[J].煤炭技術(shù),2010,29 (1)：70-72.