水泥厂电气设计节能措施

    能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。我国是目前世界上第二大能源生产国和消费国，随着我国经济的较快发展和工业化、城镇化进程的加快，能源需求还在不断增长，而作为二次能源的电能供需矛盾近年来也越来越突出。《中华人民共和国节约能源法》已于2008年4月1日起颁布施行，而刚刚盛大开幕的中国2010年上海世博会的理念也是“绿色世博”和“低碳世博”。在这里，我们作为电气设计人员，针对水泥行业的特点，简单谈谈在进行水泥厂电气设计时需要考虑的节能问题和节能措施。

1 供配电系统的节能设计

    厂区总降、配电站、电力室等应尽量靠近负荷中心，以缩短供电半径，减少线路损耗。各电力室应根据所辖车间负荷情况，合理选择变压器的容量和台数，以便由于淡、旺季及停窑检修等原因造成负荷变化时，能够灵活投入切除变压器，实现经济运行，减少由于轻载运行造成的不必要电能损耗。另外，对于分期建设或配套余热发电的项目，在选择变压器容量及台数时，还要把当前和终期目标实现等各种因素考虑在内，进行合理的选择、搭配、预留等。

2 变压器的节能设计

    减少变压器的有功损耗。变压器的有功损耗按下式计算：  

ΔP_T =P₀+β²P_K          (1)

式中：ΔP_T — 变压器的有功损耗，kW；

       P₀ — 变压器的空载损耗，kW；

       P_K — 变压器的短路损耗，kW；

Β— 变压器的负荷率。

    (1) P₀是变压器的铁损，其值与负荷大小无关，只与铁芯材料及制造工艺有关．所以在选用变压器时要选择节能型变压器如S11、SCBl0等。它们是采用了先进的生产工艺对变压器铁芯进行加工处理，减少了铁芯的涡流损耗和漏磁损耗。

    (2) P_K是变压器线损，它取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，并与负荷率平方成正比。因此在选择变压器时应选用阻值较小的绕组．如铜芯变压器。

    虽然变压器负荷率在50％时其线损最小，但其铁损却相对较大。一般来说，变压器最经济节能运行的负荷率在75％～85％之间，这个数据也正是规范中所体现的。

3 减少线路损耗

    线路损耗按下式计算：

ΔP_L =3I_L²R_L·10^-3      (2)

式中：ΔP_L — 三相输电线路的功率损耗，kW；

        I_L — 线电流，A；

        R_L— 线路相电阻，Ω。

    其中线路电阻R_L在通过电流不变时，线路越长则电阻值越大。水泥厂中用电设备比较多，供电线路也相应较多，比如一条5000t/d水泥生产线的电缆总长度大约为20～25万m。这些线路造成的电能损耗是相当可观的，所以减少线路损耗必须引起设计人员的足够重视。在水泥厂设计中。功率>200kW的电机采用10kV电机，这主要是为了通过减小线路电流来降低线路损耗；而对某一具体设备的供电线路而言，其线路上的电流基本是不变的，因此要减少线损，就必须减少线路电阻。

    线路的电阻R_L = ρL/S，即与导线电阻率ρ、导线长度L成正比，与导线截面S成反比。因此要减少电阻值就要做到以下几点。

    (1) 选用电阻率ρ 较小的导线。如铜芯导线较佳，铝线次之，这一点大家都有共识，各水泥厂铝线基本上不用了，而是以铜线代替。

(2) 减小线缆长度 L。在设计中线路走向及布置应尽量合理，少走弯路。各配电站、电力室应靠近负荷中心，以减少供电半径。

(3) 增大线缆截面积 S。对于较长的线路，在满足载流量、热稳定、保护配合及电压降要求的前提下，在选择线缆时可适当加大线缆截面。

4 提高供配电系统的功率因数

    功率因数越高则线路无功损耗越少。前面提到的输电线路损耗ΔP_L是线路传输有功功率的线损和线路传输无功功率的线损之和。传输有功功率是为了满足用电设备正常运行所必须的，是不变的。而在供配电系统中的某些用电设备如变压器、电动机、灯具的镇流器以及一些实验设备(如荧光分析仪)等都具有电感性，会产生滞后的无功电流，它要从系统中经过

高低压线路传输到用电设备末端，这就产生了线路的无功功率损耗。要避免这部分损耗可采取如下措施：

    (1) 提高用电设备的功率因数。在设计中尽可能采用功率因数高的用电设备，如现在选用的荧光灯均采用电子式镇流器。

    (2) 用静电电容器进行无功补偿。电容器可产生超前无功电流抵消用电设备的滞后无功电流，在提高功率因数的同时还减少了整体无功电流。在水泥厂工程设计中．原料磨磨机、水泥磨磨机等大型高压电动机装设就地电容补偿装置，随机投入和切除；各电力室0.4kV母线设置低压功率因数自动补偿装置；总降10kV母线上设置高压功率因数自动补偿装置。通过这些措施可使系统的功率因数达到0.92以上，减少了系统无功损耗。

5 电动机节能设计

减少电动机能耗的主要途径是提高电动机的工作效率和功率因数。在工程设计中应选用高效率的电动机，但是在水泥厂设计中电动机通常都是工艺及水暖等专业设备所配套的，由设备制造商统一供应，所以对于电气专业的电动机节能措施只能贯彻在运行过程中。除了就地电容器补偿以减少线路损耗外，主要是减少电动机轻载和空载运行，因为在轻载运行下电动机效率是极低的，切实可行的办法是采用变频调速控制电动机，使其在负载率变化时自动调节转速，以提高电动机轻载时的效率，从而达到节约电能的目的。

6 照明的节能设计

    照明节能设计就是在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下，力求减少照明系统中光能的损失，从而最大限度地利用光能，通常的节能措施有以下几种：

    (1) 充分利用自然光。在设计中电气设计人员应多与建筑专业配合，做到充分合理的利用自然光使之与室内人工照明有机地结合，从而大大节约了人工照明电能。在水泥厂中，这部分主要涉及办公楼、中控化验楼、宿舍楼、招待所、食堂等。

    (2) 照明设计规范及水泥厂设计规范中对各种场所的照度标准、视觉要求、照明功率密度等均有规定。照度标准是不可随意降低的，也不宜随便提高，要有效地控制单位面积灯具安装功率，在满足照明质量的前提下．一般房间(场所)应优先采用高效发光的荧光灯(如T8、T9管)及紧凑型荧光灯，高大车间、厂房及厂区的室外照明等一般采用新型节能型高压汞灯、高压钠灯等高效气体放电光源。

    (3) 使用低能耗性能优的光源用电附件，如电子镇流器、电子触发器以及电子变压器等。办公楼、宿舍楼等场所内的荧光灯应选用电子镇流器，气体放电灯应采用电子触发器。另外，新型的LED高效节能灯也已逐步得到设计应用。

    (4) 改进灯具控制方式。采用各种节能型开关或节电装置也是一种行之有效的节电方法。厂区道路及室外照明可采用程序控制或光电、声控开关；办公楼等公建走道、楼梯等人员短暂停留的场所可采用节能自熄开关(声光控、触摸延时等)；各车间灯具由照明配电箱集中控制，配电箱内安装照明专用节电器。

    总之，水泥厂的电气节能潜力是很大的。电气设计不但要满足各项技术指标、功能使用及工艺要求， 还要充分考虑各项行之有效和切实可行的节能措施，从而为企业降低运行成本，带来更大的效益。