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(jiǎn)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(dòng)機(jī)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(wú)功補(bǔ)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(shí)際需求，通過(guò)合理的選擇變壓器、中壓柜、斷路器以及使用變頻器和動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)達(dá)標(biāo)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(xiàng)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(jí)為13.8KV，60HZ，容量7*7000kW。由于中壓進(jìn)線電壓已經(jīng)確定為13.8KV（不可更改），在設(shè)計(jì)的時(shí)候我們選擇中壓配電電壓為13.8KV，中壓電機(jī)采用13.8KV供電。2．2接地方式電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式與電網(wǎng)的電壓等級(jí)、單相接地故障電流、過(guò)電壓水平以及保護(hù)配置等有密切關(guān)系。電網(wǎng)中性點(diǎn)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(yùn)行的安全性，以及電網(wǎng)對(duì)通信線路及無(wú)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(diǎn)有效接地系統(tǒng)、中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)兩大類。接地種類有中性點(diǎn)直接接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地、中性點(diǎn)經(jīng)電阻器接地、中性點(diǎn)不接地四種。下面主要介紹中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地：該系統(tǒng)中至少有一根導(dǎo)線或一點(diǎn)（通常是變壓器或發(fā)電機(jī)的中性線或中性點(diǎn)）經(jīng)過(guò)電阻器接地。（1）中性點(diǎn)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(guò)電壓，對(duì)單相間歇弧光接地過(guò)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(yùn)行不中斷供電。缺點(diǎn)系統(tǒng)絕緣水平要求較高。主要用于發(fā)電機(jī)回路。（2）中性點(diǎn)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(shí)，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(diǎn)是快速切除故障，過(guò)電壓水平低，可采用絕緣水平較低的電纜和設(shè)備。但應(yīng)考慮供電可靠性要求、故障時(shí)瞬態(tài)電壓、瞬態(tài)電流對(duì)電氣設(shè)備的影響，對(duì)通信的影響和繼電保護(hù)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(shí)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(diǎn)接地方式的選擇中性點(diǎn)接地方式的選擇是一個(gè)涉及電力系統(tǒng)許多方面的綜合性技術(shù)問(wèn)題，對(duì)于電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與電力系統(tǒng)運(yùn)行有著多方面的影響。在選擇中性點(diǎn)接地方式時(shí)應(yīng)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(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的影響；4對(duì)電力系統(tǒng)通信與信號(hào)系統(tǒng)的干擾；5對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的影響。該項(xiàng)目中性點(diǎn)接地方式選擇的是中性點(diǎn)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(xiàng)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(duì)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(diǎn)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(hù)簡(jiǎn)單，偏于自動(dòng)化，缺點(diǎn)是配電線路和高壓開關(guān)柜數(shù)量多而造價(jià)較高。綜合考慮各方面因素并經(jīng)過(guò)反復(fù)論證后，該項(xiàng)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(duì)于一般場(chǎng)合使用的配電變壓器常選用油浸式配電變壓器。國(guó)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(lái)13.8kV配電變壓器的損耗降低對(duì)比表(見附表)。附表13.8kV配電變壓器歷年損耗水平對(duì)比(單位：W)

時(shí)間鐵心材質(zhì)100kVA1000kVA空載損耗負(fù)載損耗空載損耗負(fù)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(wú)泄漏，SF6氣體的年泄漏率要求在1％以下，因泄漏出SF6氣體會(huì)產(chǎn)生溫室效應(yīng)，使周圍環(huán)境溫度提高。另外，這種變壓器的價(jià)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(chǎng)所，如商業(yè)中心、機(jī)場(chǎng)、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(jià)格因素，動(dòng)力配電變壓器采用SRN系列國(guó)產(chǎn)13.8/0.5kV油浸式變壓器，負(fù)荷率均在70%~80%的經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(jì)性好、損耗小、維護(hù)簡(jiǎn)單及維護(hù)費(fèi)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(jiǎn)單，易于制造，相對(duì)成本較低，但存在尺寸偏大和不偏于檢修維護(hù)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(hù)方便。綜合考慮各方面因素并經(jīng)過(guò)反復(fù)論證后，該項(xiàng)目采用MV-NEX金屬鎧裝中置式中壓開關(guān)柜，電壓等級(jí)為17.5KV。其特點(diǎn)為：可靠的供電連續(xù)性；簡(jiǎn)便的安裝、操作與維護(hù)；運(yùn)行人員的安全；模塊化結(jié)構(gòu)；開關(guān)柜設(shè)計(jì)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(diǎn)，如開斷能力強(qiáng)，連續(xù)開斷次數(shù)多，可頻繁操作，操作操音小，無(wú)火災(zāi)危險(xiǎn)等，是一種很好的無(wú)油化電氣。但是SF6斷路器對(duì)加工工藝、材料要求很高，產(chǎn)品價(jià)格高；防止SF6氣體泄氣要求高，還需一系列輔助補(bǔ)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(jí)中，多作為樞紐電站設(shè)備，集中地運(yùn)行和管理。真空斷路器真空斷路器有很多優(yōu)點(diǎn)：1不燃、不爆、不污染環(huán)境、安全衛(wèi)生；2平常維護(hù)工作量??；3機(jī)械壽命長(zhǎng)；真空斷路器2000年已占全球中壓斷路器市場(chǎng)70％。中壓真空斷路器在日本幾乎占100％，在美國(guó)和德國(guó)占70％以上。選用綜合上述情況，同時(shí)考慮到電壓等級(jí)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?jǐn)嗄芰?5KA.節(jié)能減排的措施隨著節(jié)能法的頒布與實(shí)施，節(jié)能作為企業(yè)增效降耗、降低經(jīng)營(yíng)成本的重要手段，已普遍被人們所認(rèn)識(shí)和接受，在利國(guó)利民的同時(shí)，也有利于樹立企業(yè)社會(huì)形象，提高設(shè)備自動(dòng)化水平。以本例來(lái)看，即使像沙特這樣的能源大國(guó)，對(duì)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(fù)荷中心，電能在13.8kV輸送過(guò)程中，高壓設(shè)備短距離有效應(yīng)用而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果。每個(gè)工業(yè)企業(yè)都有其自身的工藝特點(diǎn)，水泥廠也一樣有其自身的工藝特點(diǎn)，一條水泥生產(chǎn)線可以分為四個(gè)工藝段：1原料破碎；2生料粉磨和預(yù)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(gè)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(gè)中壓開關(guān)站到中壓電機(jī)的最長(zhǎng)距離不超過(guò)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(jìn)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(gè)電氣室，每個(gè)電氣室到低壓用電設(shè)備的距離最長(zhǎng)不超過(guò)200米，對(duì)于長(zhǎng)度超過(guò)100米的電纜我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)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(yīng)用在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，電能消耗非常大，電費(fèi)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(fēng)機(jī)功率約占設(shè)備功率的30%~40%左右，所以風(fēng)機(jī)的電耗直接影響到水泥企業(yè)的生產(chǎn)成本。能控制好風(fēng)機(jī)的電耗,特別是大型風(fēng)機(jī)的電耗，對(duì)降低水泥生產(chǎn)成本,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)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(fēng)量也隨之變化,風(fēng)量的調(diào)節(jié)對(duì)節(jié)能效果影響非常大?？刂骑L(fēng)機(jī)風(fēng)量最優(yōu)方式是采用變頻器。NRCC項(xiàng)目中壓風(fēng)機(jī)（需要經(jīng)常調(diào)節(jié)風(fēng)量）電機(jī)全部采用中壓變頻電機(jī)，低壓需要經(jīng)常調(diào)節(jié)風(fēng)量的電機(jī)均采用變頻電機(jī)，如篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)全部采用變頻電機(jī)，在程序里面實(shí)現(xiàn)隨著篦冷機(jī)效率的變化風(fēng)機(jī)風(fēng)量自動(dòng)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(duì)電網(wǎng)的干擾。工程實(shí)踐證明采用變頻以后節(jié)能效果在３０～５０％。3.4動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償無(wú)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(dāng)COSφ≈1時(shí)。有功功率P≈S。動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償功能可使無(wú)功功率近似為0，從而增加電網(wǎng)的有功功率，減少了無(wú)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(fēng)機(jī)電機(jī)溫升降低、噪音降低，供電發(fā)電機(jī)機(jī)組溫升降低、噪音降低、耗油量大幅度降低，大大地延長(zhǎng)設(shè)備維修周期及使用壽命。NRCC項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)中壓定速電機(jī)采用了電容就地補(bǔ)償，在發(fā)電廠側(cè)采用集中自動(dòng)投切補(bǔ)償，將功率因素補(bǔ)償?shù)?.95，在變壓器低壓側(cè)也采用集中自動(dòng)補(bǔ)償將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.9，從而達(dá)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(yán)重過(guò)載的情況下，線圈絕緣不會(huì)老化、熱擊穿，在使用期間內(nèi)保持極佳的電氣性能和機(jī)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(hù)，過(guò)載能力強(qiáng)，可在120%負(fù)載下長(zhǎng)期安全運(yùn)行。變壓器的器身按S11標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，空載損耗比S9降低了30%，噪音低于46dB。節(jié)能型電機(jī)：小型電機(jī)選用Y系列節(jié)能電機(jī)，大型電機(jī)均采用國(guó)際品牌的高效節(jié)能電機(jī)，滿載效率在95%以上。電機(jī)均滿足“F”級(jí)絕緣，“B”級(jí)溫升，防護(hù)等級(jí)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；