水泥余热电站厂用变压器容量选择及经济运行分析

康继锋刘帅

1中信重工工程技术中心有限责任公司（471039）

2矿山重型装备国家重点实验室（中信重工机械股份有限公司）（471000）

水泥余热电站厂用变压器容量选择及经济运行分析

康继锋1，2刘帅1，2

1中信重工工程技术中心有限责任公司（471039）

2矿山重型装备国家重点实验室（中信重工机械股份有限公司）（471000）

在水泥余热电站的电气设计中，电气设备的负荷计算和变压器容量的选择是重要的一环。本文采用“换算系数法”对某水泥厂配套6 MW余热电站的厂用电进行负荷计算，并根据计算负荷来确定合适的厂用电变压器容量和变压器组的运行方式，从而使厂用电变压器处在一个最佳的经济运行状态，最终达到节能降耗的目的，为企业赢得最大的效益。

换算系数；厂用电变压器；变压器损耗；经济运行

在“十三五”期间，国家将会给余热发电更多的政策支持，余热发电技术将会在更广阔的领域内得到推广应用。在进行余热电站电气设计的过程中，电气设备的负荷计算和厂用电变压器容量的选择是重要的一环。同时，如何使变压器经济节能，也显得日益重要。

1 余热电站负荷计算的方法及容量确定

站用电的负荷采用“换算系数法”计算[1]。其公式为：

式中：K——换算系数；∑Pd——电动机的计算容量之和，kW。

连续运行的电动机取其额定容量作为Pd；短时经常运行及断续经常运行的电动机Pd=0.5P，P——电动机的额定容量，kW。照明负荷：

式中：KX——需要系数，一般为0.8～1；PA——安装容量（kW）。变压器负荷率：

其中：S为变压器的实际视在功率，SN为变压器的额定容量，β为变压器的负荷率。

换算系数：给水泵、循环水泵、射水泵电动机取K=1.0，其他电动机取K=0.8。以某水泥厂3 200 t/d新型干法熟料生产线配套建设6 MW余热电站工程为例，负荷统计如下：

锅炉部分负荷统计P1=43.5 kw，K=0.8。汽机辅机负荷统计P2=112.5 kW，K=1.0；P3=139 kW，K= 0.8。化水负荷统计P4=220 kW，K=1.0；P5=160 kW，K=0.8；照明负荷统计P2=47 kW，KX=1.0。

计算负荷Sjs=K×∑Pd=0.8×（P1+P3+P5+KX×P6）+ 1.0×（P2+P4）=644.1（kVA）

最终的计算负荷Sd=Kt·Sjs=0.9×644.1=579.69 kVA

选用800 kVA的变压器，则负荷率β=579.69/ 800=72.5%，变压器运行负荷率比较合理。变压器的容量选择是变压器经济运行的前提条件。如果容量选择太小,稍微有电负荷增加，将会引起变压器高负荷率或超负荷运行;如果变压器容量选择大，变压器空载损耗增加。因此选用800 kVA的干式变压器比较合理。

2 余热电站厂用电变压器的经济运行

2.1 变压器损耗及效率的计算[2]

式中：P0为变压器的空载损耗，PK为变压器的短路损耗，ΔP为变压器的有功功率损耗，η为变压器的效率。

2.2 变压器经济运行分析

为了能更好地讨论变压器在不同负荷下的最大运行效率，需要引入变压器的电单耗ΔPD（变压器通过单位容量时的功率损耗）[3]。

由上面式（5）、式（6）可以看出，ΔPD最小时，变压器的效率最高。

式中：β0为经济负荷系数，即变压器在经济负荷系数下运行时，效率最高。

本文以SCB11-800 kVA干式变压器为例，其中电压等级为10 kV，空载损耗P0=1.33 kW，短路损耗PK=6.05 kW，单电耗单位为10-3kW，则根据公式（6）可得变压器在不同负荷率下的单电耗（如图1所示）。

从图1看出，当负荷率为0.3～0.7时，变压器在这个区间的单电耗值相差较小，可以看作处于经济运行状态。当负荷率为0.1～0.3和0.7～1.0时，变压器的单电耗较明显偏大，故变压器运行在非经济运行状态。所以，变压器的经济运行状态对于变压器的节能是至关重要的因素。该工程存在两台变压器同时工作的情况：

表1 变压器在不同运行方式下的单电耗表

图1 SCB11-800 kVA变压器单电耗图

1）一台变压器运行，另一台变压器冷备用

2）两台变压器分列运行

则SCB11-800 kVA干式变压器在不同运行方式下的单电耗如表1所示：

从表1可以看出，当负荷率超过0.5时，两台变压器分列运行比较经济；在负荷率为0.5以下时，采用单台变压器运行比较经济。对于该余热电站负荷率β=579.69/800=72.5%，变压器单台运行时为7.785×10-3kW。变压器的单位功率电损耗为5.272× 10-3kW。经过计算及变压器实际运行表明，在变压器的寿命周期内，当变压器处于经济运行状态时至少可以节约40万千瓦时电。

3 结语

随着新型节能技术的发展，在选用变压器的容量及其运行方式时应考虑如下：

采用“换算系数法”时，应得到准确的计算负荷，这是选择变压器合适容量的关键因素；根据实际负荷的运行情况，认真核定变压器组采用的运行方式，并具有最优的单电耗值。

[1]钟大文,徐家和.电力工程电气设计手册（电气一次部分）[M].北京：中国电力出版社,1989：268-276.

[2]汤蕴缪,史乃.电机学[M].北京：机械工业出版社,2001：50-52.

[3]许长志,王杰.变压器经济运行综述[J].煤炭技术,2010,29 (1)：70-72.