水泥厂配电变压器经济节能运行分析

王静

（北京凯盛建材工程有限公司，北京 100024）

现如今，我国提倡能源资源的可持续利用，低碳、绿色、环保理念的应用。而水泥厂作为高消耗、高污染产业，怎样顺应可持续建设，科学用电成为重要研究内容，为了更好地建设高效节能环保的水泥工业，其首要条件是要对配电变压器进行科学的选择，综合对比多个变压器变化参数与水泥厂用电需求，选择适合的配电变压器，该文以某水泥厂节能环保改造为例，来对变压器选择以及耗能进行对比分析。

1 配电变压器损耗分析

变压器的损耗主要有空载损耗、负载损耗、介质损耗和杂散损耗。其中介质损耗和杂散损耗相对比较小，基本可忽略不计。

（1）变压器的空载损耗主要是铁芯损耗，也被称为铁损，变压器的额定空载有功损耗和空载无功损耗分别为P0和Q0，其中Q0=×SRt与挂网时间有关，不会随负载变化而变化。

（2）变压器的负载损耗主要为负载通过电流绕组时的损耗，也称为铜损，负载损耗同时还受变压器的温度影响。变压器额定负载有功损耗和无功损耗分别为Pk与Qk，其中，Qk=×SRt。

（3）计算负荷下的有功损耗和无功损耗分别为P 与Q，其中

Q0：变压器空载时的无功损耗，kvar

I0%：变压器空载电流百分数

SRt：变压器的额定容量，kVA

Pk：：变压器额定负载有功功率，kW

Qk：变压器额定负载无功功率，kvar

Uk%：变压器额定短路阻抗电压百分数

P：计算负荷下的有功损耗，kW

Q：计算负荷下的无功损耗，kvar

β：变压器负荷率。

2 水泥厂配电变压器经济运行的措施

2.1 选用节能型变压器

目前，油浸式变压器S9 型依然在市场上被广泛使用，但是随着变压器新技术的不断发展，像卷心铁结构的S11 就成功取代了S9，通过比较分析可知，S11 系列变压器比S9系列的变压器空载损耗降低了近30%左右，拥有显著的节能效果，对于水泥行业这种高耗能的工业来说，选择S11 这种非晶合金的变压器其兼具经济性和节能性，更加符合国家产业政策和节能降耗的要求。

2.2 对变压器进行适当的无功补偿

变压器所产生的无功损耗是在变压器空载或者轻载的情况下产生的，为了减少功率消耗，提高功率因数，可以通过无功补偿的方式充分发挥变压器的功率输送能力。无功补偿的具体方式是将容性负荷和感性负荷装置并联，能量就会在两种负荷间进行转化，容性负荷装置输出的功率就会补偿到感性负荷装置中损失的功率。在水泥工业中常用的无功补偿有以下三种方式。

第一集中补偿。在变压器的二次侧安装低压电容器做好随时补偿的准备，这样就可以利用集中补偿的方式来提高变压器的利用率，降低损耗。集中补偿只需利用低压开关，就可以将变压器低压母线侧连接到低压电容器上，再通过无功补偿投切装置加以保护即可。

第二分组补偿。在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器。

第三就地补偿。若有功率较大的单台电机，则需要在该电机处就地安装并联补偿装置，来对电机进行无功补偿。

2.3 变压器容量的合理选择

由于变压器是一种静止的工业设备，它的效率没有机械方面的损耗，其基本可以到达额定容量的96%以上，这种效率是在用电量大小处于最佳运行区域才能达到的效率，所以变压器实际负载在合适的区域内才能使损耗降到最低。传统变压器容量的选择多重视怎样有效应用变压器过负荷能力，容量的选择一般偏小一些，但在实际应用中就会出现电能消耗过大，与现在水泥厂经济性目标不相符。正常情况下，当变压器的负载系数在0.3～0.75 时是最佳区运行区属于第一区，当变压器负载系数在0.15～1.0 时是经济运行区属于第二区，当变压器负载系数在0.1～0.2 时是最劣运行区属于第三区，三个区域的效率逐渐降低，其中第一区是变压器最好运行区，第二区也可以使用，第三区是效率最低区，不建议使用。同时当负载恒定不变时，功率因数越高，变压器的效率也越高。

例如：某水泥厂节能环保改造项目，该改造项目涉及此水泥厂三处电气室内的变压器更换升级，分别为窑尾及废气处理电气室的变压器改造该变压器供电范围为窑尾、窑中、循环水泵房、废气处理；生料磨电气室的变压器改造该变压器的供电范围为生料配料仓、生料磨、空压站、生料入库；窑头电气室的变压器改造该变压器的供电范围为窑头和煤磨车间。这三处电气室内的变压器都要重新更换成节能经济的变压器产品。在该项目改造设计的初期阶段时，对变压器的更换系列做了两种方案对照比较。

该水泥厂改造的这三个电气室内一共有四台变压器，分别为在窑尾及废气处理电气室的一台6/0.4kV 1600KVA变压器，生料磨电气室即废气处理收尘器底部的一台6/0.4KV 1250KVA 变压器，窑头电气室的两台6/0.4kV 1250KVA 变压器。

根据变压器年综合电能损耗计算公式WP=HPY(P0+KQ×SRt)+τβ2(Pk+KQ×SRt)(3),其中KQ=0.1，该水泥厂生产线的这四台变压器年最大负载损耗均为6200h，变压器年带电最大均为7300h，窑尾变压器的负载率为0.7，窑头和生料磨的负载率均为0.75，已知当年的综合电价为0.7 元/kWh。

WP：变压器年综合电能损耗，kWh

HPY：变压器年带电小时数，h

τ：变压器年最大负载损耗小时数，h

KQ：无功经济当量(无功经济当量是变压器的无功损耗对网络造成的有功损耗系数，按变压器在电网中的位置取值，此三处电气室中的四个变压器为三次变此时KQ按0.1取值)。

将表1 中的两种方案数据带入到公式(3)中通过查表以及计算得到表2 数据分析值。

通过表2 得出的数据可以对比出S11 系列比S9 系列的四台变压器一年累计下来大约可以节约18469 度电，节约的电费近1.3 万元。现阶段，随着电价不断增长、分时收费制度逐渐的普及，S9 系列变压器已经很难以适应现在水泥厂的发展需求。最后选择S11 系列的变压器对该项目节能改造，虽然S11 系列变压器比S9 系列变压器的造价要高一些，前期投入会多一些，但是通过综合计算比较后，四台变压器S11 系列比四台S9 系列的变压器多了近三万块钱，但是后期通过大约两年多点运行即可把增加的这三万投资成本补偿回来。

表1 变压器选择两种方案

表2 两种方案指标对比

3 结语

现如今，变压器的经济运行与降低损耗得到了越来越多的水泥企业的重视，怎样优化变压器选择，以及使变压器一直处于最佳经济运行状态，成为重要的研究内容。基于经济运行角度的分析，企业不仅要重视一次性的投资，还应立足于企业长远发展的角度分析，选择适合的负载率和经济运行点。只有这样，才有助于企业长久的发展，实现经济效益的最大化。笔者分别从配电变压器消耗类型、基于经济运行的水泥厂配电变压器的选择两方面进行变压器的选择，希望对水泥厂变压器选择起到帮助性作用，最终实现节能减排的良好效果。