宝钢热轧2050水处理电力系统经济运行策略研究

2022-02-25袁显能

冶金动力 2022年1期

关键词：单台投切主变

袁显能

（宝钢股份能环部，上海 200941）

引言

电力变压器、输电线路等作为供配电系统中电能变换及输送过程中的重要设备，在给负载传输电能的同时，会造成其自身发热，产生能源损耗。

一般来说，其损耗与设备的结构、材质、负载情况和因素等有关。以热轧2050 水处理电力系统为例，结合实际工况，分析通过优化系统运行方式，实现系统节能运行的途径。

1 热轧2050水处理电力系统现状

热轧2050 水处理电力系统为2050 热轧水处理设备供电，按电压等级可分为6 kV 高压系统和400 V 低压系统。高压6 kV 系统由1 台容量为20 MVA、电压为35/6.3 kV 主变及相关高压配电装置、一套3.51 MVar 无功补偿装置（滤波）、6 台动力变压器及2台照明变压器等设备组成，低压400 V配电装置分为三组，其中两组动力配电系统均采用单母线三分段方式，分段母线间设置有两只母联开关；一组照明配电系统采用单母线二分段的方式，设有一只母联开关。其系统图见图1所示。

图1 热轧2050水处理电力系统简图

基于以上电力系统，针对实际运行工况，围绕减少运行变压器数量、优化动力变负荷分配、优化无功补偿投切模式等方面进行分析，以减少系统中变压器运行总损耗为目标，探讨实现该系统经济运行途径。

2 动力及照明变压器经济运行模式分析

为了分析系统运行情况，正常生产中对该系统动力变及照明变低压侧电流数据进行了一次抄表，其数据见表1所列。

从表1数据可以看出，2台照明变压器负载率非常低，均低于5%，接近于空载运行。6 台动力变任意两台变压器负载之和均不超过单台的100%。故两组动力变和一组照明变均可退出1 台（共3 台）变压器运行，负载能力能满足日常生产的要求。

表1 运行中抄表数据

接下来分析动力配电系统每组在2台变压器运行模式下，其最佳经济运行模式。根据变压器损耗公式，其损耗ΔP 与空载损耗P0、短路损耗PK及负载率α有关[1]，如下式：

ΔP=P0+α2×PK

故2台变压器的总损耗可由以下方程组来进行描述：

式中，ΔP——两台变压器总损耗；

ΔP1、ΔP2——单台变压器损耗；

P01、P02——单台变压器空载损耗；

PK1、PK2——单台变压器短路损耗；

α、β——变压器短路负载率；

S——两台变压器总负载；

S1、S2——单台变压器负载。

为了求出使总损耗ΔP取最小值时负载分配情况，对总损耗ΔP关于一台变压器的负载S1求导，并令其值为0，即

解出上式，得

以上负荷分配模式即基于运行能耗最低的最优化动力变负荷分配策略，称之为经济运行点。在经济运行点，2台变压器负荷的分配与2台短路损耗及容量比的平方相关，当2台变压器参数相同时，上式可进一步简化为

S1＝S2＝0.5S

以上结论表明，当某工序负荷由2 台相同变压器供电时，通过调整运行设备，使2台变压器负荷尽可能均衡分布，能使2台变压器运行总损耗最低，达到经济运行目的。在工程设计阶段，应分析系统负载特点，使投运后2台变压器负荷尽量均衡。

3 无功补偿装置经济运行模式分析

无功补偿装置是电力系统常用的电气设备，通过补偿系统无功消耗，能提高系统电压、降低系统损耗，从而提高系统效率。同时，串联一定电抗率的电抗器，能够消除系统谐波，从而提高电源质量。但是，无功补偿装置投用不当，反而会加剧系统有功损耗。目前，无功补偿装置一般是利用电压、无功功率、功率因素或时间等条件进行投切[2]。

从降低系统（主变）损耗的角度，分析无功补偿装置基于有功功率的经济投切模式。

在无功补偿装置不投入时，设主变损耗为∇P1，在无功补偿装置投入时，设主变损耗为∇P2，则两种运行模式下，主变损耗分别表示为：

式中，∇P1、∇P2——主变在无功补偿装置投入前后变压器损耗；

P0——主变空载损耗；

PK——主变短路损耗（当线路比较长、损耗大时，可包括线路在主变额定负载时损耗）；

A——无功补偿装置未投入运行时，系统功率因素角；

P——主变有功负载；

QN——无功补偿装置容量；

SN——主变额定容量。

为了在投入无功补偿装置后，能产生降低系统损耗效果，则无功补偿投入的条件为

∇P2-∇P1<0

解以上不等式，得

上式即为基于能耗指标的无功补偿装置投切策略，满足上述条件的无功补偿装置投入，能够产生节能效益，反之会增加系统损耗。针对2050水处理6 kV 高压系统，在正常运行情况下，对部分运行参数进行了记录，见表2。

表2 6 kV系统运行中抄表数据

基于以上数据，计算了当无功补偿装置不投入时，系统相关运行数据见表3。

表3 无功补偿不投入时，计算数据

该作业线处于低负荷模式，如定修、年修、换辊等生产模式时，其有功负载大约1 600 kW，低于所计算的2 740 kW，按照以上结论，在此工况下，投运无功补偿装置，会造成系统有功损耗加大，故在该工况下，无功补偿装置应退出运行。该系统主要为异步电动机负载，在各种负荷工况下，其功率因素比较稳定，单纯按照功率因素条件进行投切是不合理的。