水冷变压器的余热再利用

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1、水冷变压器的余热再利用汪筝;黄磊;王斌;李宾皑【摘要】 Transformer in operation,annual produce considerable heat loss,need through the air-cooled or water-cooled heat in the atmosphere.The cooling water temperature water-cooled transformer,even in winter also maintained at about 3540,the residual heat can be recycled.Introduc

2、es the power loss,heat recovery water-cooled transformer for winter heating and summer air-conditioning refrigeration,and the relationship between the average load rate of transformer and the outlet water temperature.Analysis:to enhance the effi-ciency,waste heat utilization of water-cooled transfor

3、mer,promote energy-saving emission reduction work;either directly by transformer waste heat,or rehabilitation of transformer cooling system,used for civil build-ing heating and air conditioning,which saves the one-off investment cost,but also save operating costs.While the adsorption chiller advanta

4、ge is the use of waste heat and low grade heat source,using environmental pro-tection refrigerant.The disadvantage is the refrigeration efficiency and traditional vapor compression refrigera-tion (including absorption refrigeration)efficiency compared,there is a certain gap,the refrigeration capacit

5、y including energy recycled amount is very small,not mass production products.%水冷变压器在运行时产生的大量热损耗，通过水冷将热量 快速散发，在冬季冷却水温仍维持在35401，这部分余热可以再利用。介绍了 水冷变压器的功率损耗、余热用于冬季空调采暖和夏季空调制冷，以及变压器平均 负载率与出水水温的关系。分析认为：通过挖潜增效，可以利用水冷变压器的余热， 推进节能减排工作；无论是直接利用变压器余热，还是改造变压器冷却系统，用于 民用建筑采暖空调，既节约了一次投资费用，也节约了运行费用。吸附式制冷机组 的优势是利用废热及

6、低品位热源，采用环保制冷剂；劣势是制冷效率与传统蒸汽压 缩式制冷(包括吸收式制冷)效率相比，存在一定差距，其制冷量包括能源的可循 环利用量还很小，产品尚未量产。【期刊名称】电力与能源 【年(卷)，期】2014(000)003 【总页数】4页(P401-404) 【关键词】地下变电站;变压器;余热利用;节能 【作者】汪筝;黄磊;王斌;李宾皑【作者单位】上海电力设计院有限公司，上海200025;上海电力设计院有限公司， 上海200025;国网上海市电力公司，上海200122;国网上海市电力公司，上海 200122【正文语种】中文【中图分类】U451变压器是变换电压和传递功率的器件，在变换电压和传递

7、功率的过程中，自身将会 产生有功功率损耗和无功功率损耗，这些损耗与变压器本身的特性有关，并随着负 载的变化而产生非线性的变化，其功率损耗产生的热量通过绝缘油循环冷却，最终 散发到空气中，不仅消耗了大量的能量，也造成了空气热污染。余热回收一般采用 直接利用及间接利用的方法。就目前变电站的运行状况而言，直接利用变压器油进 行余热利用比较困难，但间接利用还是可行的。1水冷变压器的冷却水系统水冷变压器的冷却原理是变压器通过油循环冷却热损耗，而油循环通过油-水热 交换器”将热量传递给水，水通过封闭式冷却塔系统，将热量散发于大气。在变压 器满负荷状况下，该水冷系统进入“油-水交换器”的水温为50C,出水水

8、温为 60C,即进入封闭式冷却塔的水温为60C,出封闭式冷却塔的水温为50。所 以，可以充分利用60C的水温余热，作为热源或冷源，供变电站内部的监控室、 继保室、休息室、办公室等空凋制冷或者采暖，倘若结合变电站的上部建筑，也可 提供空凋的冷源或者采暖的热源。水冷变压器的冷却水系统为闭式系统。该冷却水系统包括变压器的油-水交换器、 封闭式冷却塔、循环水泵、膨胀水箱等。2利用冷却水余热的研究据文献1介绍，建筑最大的耗能是空调和采暖，约占建筑总能耗的55%。例如: 利用水冷变压器的余热，可供变电站内部的监控室、继保室、休息室、办公室等冬 季采暖，夏季空调及日常热水供应，还可结合建造的上部建筑（办公楼

9、或宿舍楼 等），提供空调冷源及采暖热源。2.1水冷变压器的功率损耗城市变电站中采用水冷变压器的一般都为地下变电站。这是因为：一是为了城市景 观，地下变电站的地面部分可以是绿地，也可以是办公楼等；二是为了满足环保要 求，地下变电站可以很好地解决变电站的电磁场和低频噪声污染问题。240 MVA变压器的功率损耗约为730 k W,假如地面办公建筑总建筑面积为1万 m2。以上海市气候估算，夏季空调冷负荷约为1 200 k W;冬季空调热负荷约为 700 k W。如果设计采用中央空调系统，夏季系统冷冻水供水温度为7C,回水温 度为12T;冬季热水供水温度为45C，回水温度为40OC。日常，变电站运行变

10、压器一般超过3台，以每台变压器功率损耗为730 k W计，3台为2 190 k W。 扣除变压器负载等因素，可以满足该办公建筑的冬季空调热源问题。2.2余热可用于冬季空调采暖以上海市气候估算，如设计采用中央空调系统，冬季热水供水温度为45C，回水 温度为40C。在水冷变压器水冷却系统中，再另外配置1套水-水板式换热器” 换热，作为空调热源。变压器采用油-水交换器”冷却，进入油-水交换器” 的水温为50C,出水水温为60C。而进入水-水交换器”的水温为40C，出 水水温为45C。水冷却系统可以直接向空调末端提供出水水温为45C、进水水温 为40C的空调水。此种余热利用方式，完全不影响水冷变压器的

11、正常运行，只是 间接地利用余热。图1为余热利用示意图。图1水冷变压器余热利用的冷却系统2.3余热可用于夏季空调制冷水冷变压器的余热可以用来制冷。上海世博会期间投运的110 k V蒙自地下变电 站，站内变压器为SF6变压器，冷却方式为水冷，排放的热量品位较低。变压器 运行负载低于50%时，冷却水温度低于60C;变压器运行负载大于50%时，冷 却水温度才超过60C。为此，采用上海交通大学研发的吸附式制冷机组，作为站 内空调冷源。上海交通大学自主研发的吸附式制冷机的主要性能指标：制冷量为5kW,冷冻水 出水温度为10 15C,冷冻水流量为1.5 t/h;冷却水进口温度为32C,冷却水 流量为5 t/

12、h;热水进口温度大于60C,热水流量为3.6 t/h。吸附式制冷机外 型如图2所示。图2吸附式制冷机外型吸附式制冷系统是一种以热源为直接驱动力的制冷机械，与传统空调制冷原理不一 样，所利用的能源，通常为废热或低品位的太阳能，使用的制冷剂是天然的，对臭 氧层无破坏。此外，吸附式制冷内部吸附、解吸过程，均为物理或化学过程，运行 平稳而且无噪声。吸附式制冷机组的优势，在于对废热以及低品位热源的再利用，对臭氧层无危害的 环保制冷剂，但制冷效率和传统蒸汽压缩式制冷，包括吸收式制冷都有很大的差距。 由于该产品尚未量产，所以应用范围受到很大限制。3平均负载率与出水水温变压器运行时，按电网运行模式，负荷通常在

13、50%左右，此时的出水水温低于 60C,由于热量品位较低，所以也是多年来余热利用没能开展起来的主要原因之 一。通过收集上海地区具有代表性的220 k V古北变电站2010年变压器全年运行 数据，按负载率划分得出：夏季日平均负荷率，最高是6月17日至9月21日， 总计97天，平均负载率为51.6% ;冬季日平均负载率，最高是1月1日至3 月12日，12月6日至31日，总计96天，最低负载率为28.28%，最高负载率 为52.09%，平均负载率为34.47% ；春秋季总计172天，平均负载率为 30.61%。由此得出变压器的日平均值：最低负载率为23.28%，最高负载率为70.28% ;负 载率小

14、于30%天数为70天；负载率30%40%天数为147天；负载率40 50% 天数为51天；负载率50% 60%天数为34天；负载率大于60%天数为19天。220 k V古北变电站2010年负荷曲线见如图3。图3 220 k V古北变电站2010年负荷曲线变压器负荷率与水温的数据没能收集到，由变压器制造厂提供的变压器负荷与油温 升曲线，可以大致估算出水水温。图4为变压器制造厂提供的变压器油温升曲线。 图4运行负荷与油顶层温升曲线由图4可以看出，变压器满载240 MVA运行时，顶层油温约为45 K ；运行负载 为160 MVA时，顶层油温约为29 K ；运行负载为150 MVA时，顶层油温约为 2

15、5 K。按上述推算，夏季平均负载率为51.6%时，顶层油温约为25K ；平均负载 率为33.3%时，顶层油温约为19 K ；冬季平均负载为34.47%，顶层油温约为19 K。由于缺少变压器油温曲线，所以按油温=温升+室内环境温度计算，估算冬季 平均油温在39C左右，冷却水的出水水温约为37C;夏季平均油温预估在59C, 冷却水的出水水温约为57C。4变压器余热采暖应用实例4.1东京电力公司日本东京电力公司的275 k V东新宿地下变电站，1995年5月投入运行，地上8 层建筑，为东京电力公司的西支店和新宿支社，地下4层为变电站，主变为275 k V/66 k V,300 MVA , SF6气体

16、绝缘。主变冷却塔位于整个建筑物的屋面。东新宿地下变电站的特点之一，是利用变电站产生的热量，供该建筑室内取暖，以 节约能源。1997年投运的东内幸町变电站，也采用了同样技术的节能方式。需要 指出的是，利用变电站排出的热量用于地面建筑物暖气设备方面，由于效果不太理 想，现已放弃了这一方案。4.2天津电力公司国内对变压器余热的利用，虽没有投运实例，但也有论文涉及。例如：1993年沈 阳建筑工程学报变压器余热利用的分析与探讨一文，以天津某变电站为例，2 台50 MVA变压器，每台空载损耗为63.9 k W，变电所内值班室及辅助房间所需 采暖负荷为31.6 k W。用变压器循环油加热空气，对所需采暖的房

17、间进行热风采 暖。按进入热交换器的油温为50C计算，需要散热面积为78 m2强油循环风冷却 器1台，可将回风（混合10%的新风）加热到35C，完全满足采暖需求。5挖潜增效的节能分析按上海地区有代表性的变压器运行负荷及变压器油温曲线推算，夏季变压器的运行 负载约50%，冷却水的出水水温约57C;冬季平均运行负载为34%，冷却水的 出水水温约为37C，由于变压器的余热品质不高，如果直接应用，需要加装辅助 电加热设备。例如：用于夏季空调，此时变压器冷却水的出口水温为57C，经过 水-水交换器水温约降2C,在55C左右，需将55C水温加热至60C，才能用 于吸附式制冷机组的热源。冬季采暖，此时变压器冷

18、却水的出口水温为37C，经过水-水交换器水温约降 2C,在35C左右，需将35C水温加热至45C,才能用于采暖。如此直接应用， 无疑增加以后的运行费用，但对变压器本身不需要做任何改动。还有一个方法，需在订货时向变压器制造厂提出要求，提高变压器冷却水的出水水 温。即在变压器冷却水出口设置温度控制阀，当水温小于60C时，返回变压器的 油-水换热器继续加温，当水温大于等于60C时，送至冷却水系统，提高变压器 余热的品质，用于采暖和空调制冷，同时也省去了今后的运行费用，只是对变压器 水冷却系统增加了水温控制装置。6结论1）变压器损耗是一种潜力很大的余热。应该充分利用，推进节能减排工作。2）无论变压器余

19、热是直接利用，还是变压器冷却系统稍加改造，用于民用建筑采 暖空调，既节约了一次投资费用，也节约了运行费用。3）吸附式制冷机组的优势：对废热、低品位热源的利用，采用对臭氧层无危害的 环保制冷剂。吸附式制冷机组的劣势：制冷效率和传统蒸汽压缩式制冷，包括吸收 式制冷还存在较大的差距，而且吸附式制冷机组的制冷量，包括能源的可循环利用 量还很小，产品也尚未量产，其利用范围受到很大的限制。参考文献：1 刘亚芳.集各种先进技术于一身的275 k W东京宿地下变电所J.华北电 力技术，1998 （ 12 ）： 20-21.- J J .咨swHffls延削掘乎 1993 二 6264 + 83- jM身S善、一985 (一 二586PO【4 - (潜湖)*椅闹潜回W斗游回丑【J J迷形、2。5、(1 二 81&W【5 J - J J 、2。9、35 ( 2 )8。&2