淺議大中型水泥廠中壓配電系統(tǒng)的配置及節(jié)能措施

淺議大中型水泥廠中壓配電系統(tǒng)的配置及節(jié)能措施摘要：本文以沙特NRCC6000t/d水泥生產(chǎn)線為例簡述了水泥廠中壓配電系統(tǒng)的架構(gòu)情況，以及中壓柜、變壓器、中壓斷路器及電動機的選擇，在節(jié)能減排方面的考慮措施。Abstract：Thearticledescribesframestructureofmedium-voltagesystem,selectionofmedium-voltagecabinet,transformer,medium-voltagebreakerandelectric-motoraswellasmeasureforenergesavingandemissionreducingforcementplantwithanexampleofSaudiArabiaNRCC6000t/d.關(guān)鍵字：中壓配電系統(tǒng)中壓柜真空斷路器SF6斷路器變壓器變頻器無功補償節(jié)能減排引言NRCC6000t/d水泥生產(chǎn)線位于沙特阿拉伯北部，處于炎熱干燥得的沙漠地帶。本文主要結(jié)合NRCC6000t/d水泥生產(chǎn)線介紹大型水泥廠的中壓配電系統(tǒng)，考慮實際需求，通過合理的選擇變壓器、中壓柜、斷路器以及使用變頻器和動態(tài)無功補償裝置。實現(xiàn)生產(chǎn)達標和節(jié)省成本及能源的效果。中壓配電系統(tǒng)2．1電壓選擇該項目電源引自業(yè)主自備的重油發(fā)電廠，電廠出線電壓等級為13.8KV，60HZ，容量7*7000kW。由于中壓進線電壓已經(jīng)確定為13.8KV（不可更改），在設(shè)計的時候我們選擇中壓配電電壓為13.8KV，中壓電機采用13.8KV供電。2．2接地方式電網(wǎng)中性點接地方式與電網(wǎng)的電壓等級、單相接地故障電流、過電壓水平以及保護配置等有密切關(guān)系。電網(wǎng)中性點接地方式直接影響電網(wǎng)的絕緣水平，電網(wǎng)供電的可靠性、連續(xù)性和運行的安全性，以及電網(wǎng)對通信線路及無線電的干擾。接地種類電力系統(tǒng)常用的接地方式有中性點有效接地系統(tǒng)、中性點非有效接地系統(tǒng)兩大類。接地種類有中性點直接接地、中性點經(jīng)消弧線圈接地、中性點經(jīng)電阻器接地、中性點不接地四種。下面主要介紹中性點經(jīng)電阻接地：該系統(tǒng)中至少有一根導線或一點（通常是變壓器或發(fā)電機的中性線或中性點）經(jīng)過電阻器接地。（1）中性點經(jīng)高電阻接地。高電阻接地方式以限制單相接地故障電流為目的，電阻阻值一般在數(shù)百~數(shù)千歐姆。采用高電阻接地的系統(tǒng)可以消除大部分諧振過電壓，對單相間歇弧光接地過電壓具有一定的限制作用。單相接地故障電流小于10A，系統(tǒng)可在接地故障條件下持續(xù)運行不中斷供電。缺點系統(tǒng)絕緣水平要求較高。主要用于發(fā)電機回路。（2）中性點經(jīng)低電阻接地。6~35KV主要由電纜線路構(gòu)成的送、配電網(wǎng)絡(luò)，單相接地故障電容電流較大時，可采用低電阻接地方式，電阻阻值一般在10~20Ω，單相接地故障電流為100~200A。低電阻接地的優(yōu)點是快速切除故障，過電壓水平低，可采用絕緣水平較低的電纜和設(shè)備。但應考慮供電可靠性要求、故障時瞬態(tài)電壓、瞬態(tài)電流對電氣設(shè)備的影響，對通信的影響和繼電保護技術(shù)要求。該接地方式適用于電纜線路為主，不容易發(fā)生瞬時性單相接地故障且系統(tǒng)電容電流比較大的城市配電網(wǎng)、發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)及工礦企業(yè)配電系統(tǒng)。中性點接地方式的選擇中性點接地方式的選擇是一個涉及電力系統(tǒng)許多方面的綜合性技術(shù)問題，對于電力系統(tǒng)設(shè)計與電力系統(tǒng)運行有著多方面的影響。在選擇中性點接地方式時應該考慮的主要因素：1供電可靠性與故障范圍；2絕緣水平與絕緣配合；3對電力系統(tǒng)繼電保護的影響；4對電力系統(tǒng)通信與信號系統(tǒng)的干擾；5對電力系統(tǒng)穩(wěn)定的影響。該項目中性點接地方式選擇的是中性點經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)，單相接地故障電流為200A，原因如下：1該項目采用自備電廠，容量為7*7000kW；2電廠到各中壓配電站的線路采用的是電纜；3電網(wǎng)的接地電容電流比較大。2．3配電方式根據(jù)對供電可靠性的要求、變壓器的容量及分布、地理環(huán)境等情況，高壓配電系統(tǒng)宜采用放射式，其優(yōu)點是供電可靠性高，故障發(fā)生后影響范圍較小，切換操作方便，保護簡單，偏于自動化，缺點是配電線路和高壓開關(guān)柜數(shù)量多而造價較高。綜合考慮各方面因素并經(jīng)過反復論證后，該項目采用單回路放射式配電方式。2．4變壓器的選擇變壓器的類型主要有：1油浸式變壓器；2氣體絕緣變壓器；3干式變壓器。油浸式配電變壓器對于一般場合使用的配電變壓器常選用油浸式配電變壓器。國內(nèi)，這種油浸式配電變壓器在低損耗與低噪聲、高可靠性方面已取得較好成果，尤其是節(jié)能降耗方面，下面是歷年來13.8kV配電變壓器的損耗降低對比表(見附表)。附表13.8kV配電變壓器歷年損耗水平對比(單位：W)

時間鐵心材質(zhì)100kVA1000kVA空載損耗負載損耗空載損耗負載損耗

1964硅鋼片7302400490015000

1973硅鋼片5402100325013700

1986硅鋼片3202000180011600

1995硅鋼片2902000165011600

1995非晶合金85150045010300

2002硅鋼片2001500115010300氣體絕緣變壓器以SF6為冷卻與絕緣介質(zhì)的配電變壓器。這種配電變壓器在環(huán)保上要求無泄漏，SF6氣體的年泄漏率要求在1％以下，因泄漏出SF6氣體會產(chǎn)生溫室效應，使周圍環(huán)境溫度提高。另外，這種變壓器的價格較貴，僅少數(shù)變電站或供電工程選用。干式配電變壓器要求防火、防爆的場所，如商業(yè)中心、機場、地鐵、高層建筑、水電站等，常選用干式配電變壓器。選用綜合上述情況，考慮價格因素，動力配電變壓器采用SRN系列國產(chǎn)13.8/0.5kV油浸式變壓器，負荷率均在70%~80%的經(jīng)濟運行范圍。容量小的照明變壓器（<200kVA）采用干式變壓器。選擇理由：經(jīng)濟性好、損耗小、維護簡單及維護費用低。5中壓開關(guān)柜的選用中壓開關(guān)柜分為半封閉式中壓開關(guān)柜、金屬封閉式中壓開關(guān)柜及絕緣封閉式中壓開關(guān)柜。3~35KV中壓配電裝置目前以選用金屬封閉式中壓開關(guān)柜為多數(shù)，金屬封閉式開關(guān)柜又分為鎧裝式、間隔式和箱式三種類型金屬封閉式開關(guān)柜仍以空氣絕緣為主，其型式分為固定式和移出式兩種。固定式中壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，相對成本較低，但存在尺寸偏大和不偏于檢修維護等因素。移出式開關(guān)柜采用組裝結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品尺寸精度高，外形美觀，且手車小型化，主開關(guān)可移至柜外，手車可互換，檢修維護方便。綜合考慮各方面因素并經(jīng)過反復論證后，該項目采用MV-NEX金屬鎧裝中置式中壓開關(guān)柜，電壓等級為17.5KV。其特點為：可靠的供電連續(xù)性；簡便的安裝、操作與維護；運行人員的安全；模塊化結(jié)構(gòu)；開關(guān)柜設(shè)計了一系列連鎖防止操作人員誤操作。2．6中壓斷路器的選擇目前常見的中壓斷路器有兩種：1SF6斷路器；2真空斷路器。SF6斷路器SF6斷路器有許多優(yōu)點，如開斷能力強，連續(xù)開斷次數(shù)多，可頻繁操作，操作操音小，無火災危險等，是一種很好的無油化電氣。但是SF6斷路器對加工工藝、材料要求很高，產(chǎn)品價格高；防止SF6氣體泄氣要求高，還需一系列輔助補氣措施；也不能完全排除爆炸的可能；經(jīng)電弧燃燒后的低氯化合物生成物具有劇毒，威脅人身安全，也易造成環(huán)境污染。因此，SF6斷路器主要用于63KV以上直至500KV的高壓超高壓等級中，多作為樞紐電站設(shè)備，集中地運行和管理。真空斷路器真空斷路器有很多優(yōu)點：1不燃、不爆、不污染環(huán)境、安全衛(wèi)生；2平常維護工作量??；3機械壽命長；真空斷路器2000年已占全球中壓斷路器市場70％。中壓真空斷路器在日本幾乎占100％，在美國和德國占70％以上。選用綜合上述情況，同時考慮到電壓等級的特殊性（電壓為13.8KV），我們需用的是施耐德公司生產(chǎn)的EVOLIS斷路器，額定電壓為17.5KV，短路分斷能力為35KA.節(jié)能減排的措施隨著節(jié)能法的頒布與實施，節(jié)能作為企業(yè)增效降耗、降低經(jīng)營成本的重要手段，已普遍被人們所認識和接受，在利國利民的同時，也有利于樹立企業(yè)社會形象，提高設(shè)備自動化水平。以本例來看，即使像沙特這樣的能源大國，對節(jié)能也有著很高的要求。3.1中壓開關(guān)站的設(shè)置配變電所宜靠近負荷中心，電能在13.8kV輸送過程中，高壓設(shè)備短距離有效應用而實現(xiàn)節(jié)能的效果。每個工業(yè)企業(yè)都有其自身的工藝特點，水泥廠也一樣有其自身的工藝特點，一條水泥生產(chǎn)線可以分為四個工藝段：1原料破碎；2生料粉磨和預熱；3窯頭燒成；4水泥制備。水泥廠的中壓設(shè)備也集中在這四個工藝段，因此分別在原料配料、生料磨、窯頭和水泥磨這四處設(shè)置了中壓開關(guān)站，電源引自發(fā)電廠。從這四個中壓開關(guān)站到中壓電機的最長距離不超過100米，從而有效的降低電能損耗。廠區(qū)配電電纜沿電纜廊道敷設(shè)，更進一步優(yōu)化路徑，節(jié)約電纜，從而節(jié)省大量銅材。3.2電氣室的設(shè)置全廠共設(shè)置8個電氣室，每個電氣室到低壓用電設(shè)備的距離最長不超過200米，對于長度超過100米的電纜我們在設(shè)計的時候增大了電纜截面以減少電壓降和電能損耗。3.3中壓變頻器的應用在水泥生產(chǎn)過程中，電能消耗非常大，電費在水泥生產(chǎn)成本中占了很大的比例。在水泥廠的工藝設(shè)備配置中，生料和熟料段風機功率約占設(shè)備功率的30%~40%左右，所以風機的電耗直接影響到水泥企業(yè)的生產(chǎn)成本。能控制好風機的電耗,特別是大型風機的電耗，對降低水泥生產(chǎn)成本,提高企業(yè)的經(jīng)濟效益是十分可觀的。由于工況、產(chǎn)量的變化,系統(tǒng)所需的風量也隨之變化,風量的調(diào)節(jié)對節(jié)能效果影響非常大?？刂骑L機風量最優(yōu)方式是采用變頻器。NRCC項目中壓風機（需要經(jīng)常調(diào)節(jié)風量）電機全部采用中壓變頻電機，低壓需要經(jīng)常調(diào)節(jié)風量的電機均采用變頻電機，如篦冷機冷卻風機全部采用變頻電機，在程序里面實現(xiàn)隨著篦冷機效率的變化風機風量自動調(diào)節(jié)。中壓變頻器我們選用的是12脈沖的變頻器以減少諧波對電網(wǎng)的干擾。工程實踐證明采用變頻以后節(jié)能效果在３０～５０％。3.4動態(tài)無功補償無功功率不但增加線損和設(shè)備發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低，降低了電網(wǎng)的有功功率，當COSφ≈1時。有功功率P≈S。動態(tài)功率因數(shù)補償功能可使無功功率近似為0，從而增加電網(wǎng)的有功功率，減少了無功損耗。另外，功率因數(shù)的改善還可節(jié)省很大一部分電網(wǎng)容量，直觀的體現(xiàn)在風機電機溫升降低、噪音降低，供電發(fā)電機機組溫升降低、噪音降低、耗油量大幅度降低，大大地延長設(shè)備維修周期及使用壽命。NRCC項目設(shè)計時對中壓定速電機采用了電容就地補償，在發(fā)電廠側(cè)采用集中自動投切補償，將功率因素補償?shù)?.95，在變壓器低壓側(cè)也采用集中自動補償將功率因數(shù)補償?shù)?.9，從而達到節(jié)能的目的。節(jié)能產(chǎn)品的選用：節(jié)能型變壓器：選用SRN節(jié)能耐高溫變壓器，采用杜邦NOMEX(r)紙為基礎(chǔ)的絕緣系統(tǒng)，在變壓器嚴重過載的情況下，線圈絕緣不會老化、熱擊穿，在使用期間內(nèi)保持極佳的電氣性能和機械性能。以及高、低壓套管井均采用全絕緣結(jié)構(gòu)，不僅使得外形尺寸縮小，而且能可靠保證人身安全，免維護，過載能力強，可在120%負載下長期安全運行。變壓器的器身按S11標準設(shè)計，空載損耗比S9降低了30%，噪音低于46dB。節(jié)能型電機：小型電機選用Y系列節(jié)能電機，大型電機均采用國際品牌的高效節(jié)能電機，滿載效率在95%以上。電機均滿足“F”級絕緣，“B”級溫升，防護等級IP55。節(jié)能燈具：大量采用光效高的節(jié)能燈具，合理布置燈具。在中控樓、辦公室和電氣室采用熒光燈；