摘要：熟料綜合電耗是否≤52 kW·h/t熟料、水泥綜合電耗是否≤80 kW·h/t 水泥。有的企業早已達到這一水平，而水泥企業的節電，主要受益于工藝和裝備技術以及電氣技術上的進步。本文僅就電氣技術措施及其運用進行介紹。

  過去十年，我國水泥工業在新型干法水泥預熱預分解窯節能煅燒工藝、大型原料預均化、節能粉磨、自動控制和環境保護等方面從設計、裝備制造到工程總承包都接近或達到了世界先進水平，成套裝備和技術出口到包括歐美等50多個國家和地區，并已經得到業主的廣泛認同。但從目前水泥企業實際的熟料綜合電耗和水泥綜合電耗來看，企業仍有較大的節電空間。

  水泥企業的節電，主要受益于工藝和裝備技術以及電氣技術上的進步。本文僅就電氣技術措施及其運用進行介紹，僅供參考。

  1  三相負荷平衡的重要性

  在輸配電線路中，因三相負荷分配的不平衡，因而會造成三相電流或電壓不平衡，并將給系統帶來諸多危害，影響變壓器、電動機的安全經濟運行；對供配電系統的相線及低壓供電系統的中性線電能損耗加大； 影響計算機正常工作，電壓過高會引起照明燈具、家用電器、壽命縮短乃至損壞，電壓過低則影響家用電器使用效果，造成照度偏低； 對通訊系統干擾增大，影響通訊質量。

  為了減少三相負荷不平衡造成的能耗，在系統設計時應盡量使三相負荷平衡，并且在系統運行時，需根據負荷的變化，及時投切、合理地調整三相負荷，使三相負荷不平衡度符合以下規程規定：“ 要求配電變壓器出口處的電流不平衡度小于10%，干線及支線首端的不平衡度小于20%，中性線的電流不超過額定電流的25%”，以及“三相配電干線的各項負荷宜分配平衡，最大相負荷不宜超過三相負荷平均值的115%，最小相負荷大于三相負荷平均值的85%”（見《GB50034-2004建筑照明設計標準》。

  2 合理選擇變壓器

  科學、合理地選擇配電變壓器，是企業節能的重要環節。

  2.1 合理選擇容量和臺數

  在選擇配電變壓器容量和臺數時，應根據負荷性質、運行情況綜合考慮一次。

  根據投資和年運行費用，對負荷進行合理分配，選用容量與實際負荷最接近的變壓器，使變壓器工作在最佳高效區：當負荷低于30%時，應調整或更換；當負荷超過80%，并經過計算不利于經濟運行時，可放大一級容量選擇變壓器。

  2.2 選用節能型變壓器

  當前應選擇S10-M以上系列的新型低損耗節能型變壓器，并可選用干式節能型變壓器，老企業在進行技改時，應采用新型低損耗節能型變壓器，替換老式高能耗變壓器，改造后能達到國家相應的能耗標準值：空載損耗為4.5%～6.5%；空載電流在7%以下； 短路損耗達到國家標準；阻抗電壓為4%～4.9%。而空載損耗與變壓器容量有關。

  2.3  推廣應用干式變壓器

  目前，工業企業使用變壓器的發展趨勢為干式變壓器，干式變壓器具有高效節電、安全可靠、綠色環保等優點。

  我國的配電變壓器由20世紀50年代的SJ1系列開始，平均每1 kVA空載損耗5.2 W，負載損耗17.8 W。上世紀90年代，S9系列，平均每1 kVA空載損耗1.82 W，負載損耗10.4 W。兩卷鐵芯式的S11系列變壓器平均每1 kVA空載損耗1.08 W，負載損耗9.6 W。如果全部使用S11系列變壓器，以目前發電裝機容量計算，每年將節約空載損耗40.71億千瓦時。若占全部配電變壓器15%的數量采用S11系列干式變壓器，每年將節約6億千瓦時的電能，社會效益、經濟效益十分顯著。

  3 合理設計，減少線路損耗

  3.1 優化線路敷設

  在工程設計中合理布局配電點，盡量靠近負荷中心。在生料磨、窯尾、窯頭、水泥磨等負荷集中的區域設電氣室。合理調配變壓器的負荷率，使其運行在經濟的區間段。低壓線路的供電半徑不宜超過200 m，負荷密集地區不宜超過100 m，負荷中等密集地區不宜超過150 m，少負荷地區不宜超過250 m。根據這個常規，在設計及施工中應優化線路敷設，盡量少走彎路，禁止迂回敷設管線，以縮短電纜路徑，降低線路損耗。

  3.2 加大導線截面積

  對于較長的線路，在滿足載流量、熱穩定、保護配合及電壓降要求的前提下，在加大導線截面積時，應結合計算負載電流及電壓降兩個因素而定，這種措施，雖然增加了線路投資，但卻節約了電能。據測算，在2～3年內即可收回因加大導線截面所增加的費用。

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  4 設無功補償，提高功率因數

  對于企業的供配電系統進行必要的無功補償，可改善電能質量，節能降耗，提高供電能力。數據表明：當功率因數由0.7提高到0.9時，線路損耗可減少約40%，功率因數值的大小既要滿足當地供電部門的要求，同時要為本企業節約線損考慮。目前，無功補償有以下三種方法：

  （1） 總降中壓側，采用固定電容補償裝置，主要是補償高壓線路及主變壓器所需要的無功。

  （2） 在中壓電機集中的電氣室（如：窯尾及生料磨電氣室、水泥磨電氣室），采用中壓分組投切電容自動補償裝置；對分散的中壓電機，可根據電機功率采用單機就地電容補償方式；車間變壓器低壓側，采用低壓分組投切自動補償裝置。

  （3）設計中盡可能采用功率因數較高的用電設備，如拖動用同步電機，照明用配有內設補償電容器的電子式熒光燈、節能電感整流器熒光燈，廠區道路照明采用LED新型節能燈具等。

  5 中壓變頻器的應用

  變頻器的推廣應用，不僅為水泥生產控制帶來了方便，也為水泥企業帶來了更大的節電空間。

  我院在廣英水泥公司4 000 t/d熟料生產線技改項目，共有四臺中壓電機采用中壓變頻器調速裝置，分別為：窯尾高溫風機：YPTQ800-6，2 800 kW；窯頭煤磨排風機：YPTZ450-4，400 kW；水泥磨循環風機：YPT560-8，630 kW兩臺，按業主建設計劃進度實施，原料及燒成系統已成投運一年多，即窯尾、窯頭兩臺變頻器同時投運（水泥磨系統一臺磨已在試生產，另一臺磨電氣設備正在調式階段），熟料線投運的中壓變頻器總功率為：2 800 kW+400 kW=3 200 kW，窯系統工作制度:每天3班制，每班24小時，每周7天，電機平均每天按照運行24小時計算：功率按3 200 kW計算。兩臺電機一天總功率為：24小時/天×3 200 kW=76 800 kW。 采用中壓變頻器，投運一年多來設備運轉正常，節電效果明顯，隨風機負荷變化，節電率在10%～13%之間，在此取平均值按11.5%計算，每天節約用電：76 800 kW×11.5%=8 832 kW。

  按照當地工業用電每度電價0.6元計算：每天直接為工廠節約電費：8 832 kW×0.6元/kW=5 299.2元/天；每月按照25天計算，節省電費25天/月×5 299.2元/天=132 480元/月；每年按照10個月計算，節省電費132 480元/月×10月/年=1 324 800元/年。

  以上數據表明，在現代水泥生產線的窯尾、窯頭、水泥磨系統的中壓風機，推廣使用中壓變頻器調速，具有保障生產線可靠運行、提高設備運轉率、節省電耗、降低企業生產成本、提高企業經濟效益等諸多優勢。

  6 采用新型高效節電裝置

  工程中采用高效節電裝置，能有效地抑制電網諧波，改善電能質量，減少電能損耗。

  6.1 抑制諧波危害

  諧波電流的存在不僅增加了供配電系統的電能損耗，而且對供配電線路及用電設備產生危害。

  為了抑制諧波，提高供電質量，降低電能損耗，需在變壓器低壓側或用電設備處設置有源濾波器、無源濾波器，或采用高效節電裝置。

  6.2 高效節電裝置

  在供配電系統中，電壓不穩定、三相電壓不平衡、電動機沖擊電流過大和高次諧波干擾等原因，造成了較大的電能損耗，縮短了電氣設備使用壽命。為解決這些問題，近年來，人們研制出了一種新型高效節電裝置。 該裝置具有以下功能和特點：

  （1）調節諧波電壓幅值及穩壓。該裝置采用了最新的電磁平衡原理來調整用電設備電壓的平衡度和穩定性，在裝置內部并聯了一個自藕固定式調壓器，調壓器具有調節電壓幅值的功能，將較高的電壓值調整到合理的范圍內，使其三相電壓保持平衡。給企業的生產動力設備和照明系統用電提供了優質、可靠的電源，并具有明顯的節電效果。

  （2）平衡三相電壓。通過裝置調節其內部的電感量，利用磁電交換、磁勢再分配有效減少三相電壓的不平衡度，使線電壓、線電流的不平衡度減少至2% 以下，從而使三相電壓基本平衡。

  （3）降低電動機的啟動電流。通過磁力作用及節電裝置內部串聯電抗器，可對電動機的啟動電流起到一定的抑制作用，可將啟動電流減少到2~3倍的額定電流。如果群控多臺小型電動機，其節電效果更為明顯。

  （4）抑制高次諧波。電源中的高次諧波一部分由市電產生，近年來水泥企業在窯系統采用了不少數量的中壓變頻器和低壓變頻器, 是高次諧波的引發源。這些諧波的存在不僅破壞電能質量，引起電能浪費，而且造成變壓器因渦流及損耗的加大而過熱、電動機過熱及轉矩下降，并會造成低壓電容器過熱、中性線電流增大等嚴重后果。為抑制高次諧波，該裝置內部并聯了一個消除線圈，它可以阻止諧波源的高次諧波，同時能抑制低壓電氣設備及電子設備發出的諧波電流，以獲得較好的節電效果。

  （5）降低電氣設備銅損。諧波頻率上升，電流逐步加大，導致交流電阻增大，線損增加，由于該裝置平衡三相電壓，抑制了高次諧波，可以降低線路、變壓器、電動機繞組的銅耗。按公式P=I2R來計算，減少電流值及電阻值對銅耗有明顯的降低。

  （6）改善功率因數。節電裝置依靠線圈移相，調整組別結線方式，調整各相輸出電流與電壓相位，從而提高了功率因數，降低了用戶的電氣損耗。

  7 結束語

  水泥企業節電，最直接的是以指標來認定，熟料綜合電耗是否≤52 kW?h/t熟料、水泥綜合電耗是否≤80 kW?h/t 水泥。有的企業早已達到這一水平，這主要受益于其先進的工藝和裝備，受益于科學的電氣設計和電氣節能設備的運用，受益于其科學的企業管理水平。本文所論述的，僅是電氣設計和電氣節能設備方面的實踐經驗，生產企業可從多方面入手，選擇、使用先進的行之有效的綠色環保的節能技術和產品，以確保實現增收節支、節能減排的目標。