浅议大中型水泥厂中压配电系统的配置及节能措施

浅议大中型水泥厂中压配电系统的配置及节能措施摘要：本文以沙特NRCC6000t/d水泥生产线为例简述了水泥厂中压配电系统的架构情况，以及中压柜、变压器、中压断路器及电动机的选择，在节能减排方面的考虑措施。Abstract：Thearticledescribesframestructureofmedium-voltagesystem,selectionofmedium-voltagecabinet,transformer,medium-voltagebreakerandelectric-motoraswellasmeasureforenergesavingandemissionreducingforcementplantwithanexampleofSaudiArabiaNRCC6000t/d.关键字：中压配电系统中压柜真空断路器SF6断路器变压器变频器无功补偿节能减排引言NRCC6000t/d水泥生产线位于沙特阿拉伯北部，处于炎热干燥得的沙漠地带。本文主要结合NRCC6000t/d水泥生产线介绍大型水泥厂的中压配电系统，考虑实际需求，通过合理的选择变压器、中压柜、断路器以及使用变频器和动态无功补偿装置。实现生产达标和节省成本及能源的效果。中压配电系统2．1电压选择该项目电源引自业主自备的重油发电厂，电厂出线电压等级为13.8KV，60HZ，容量7*7000kW。由于中压进线电压已经确定为13.8KV（不可更改），在设计的时候我们选择中压配电电压为13.8KV，中压电机采用13.8KV供电。2．2接地方式电网中性点接地方式与电网的电压等级、单相接地故障电流、过电压水平以及保护配置等有密切关系。电网中性点接地方式直接影响电网的绝缘水平，电网供电的可靠性、连续性和运行的安全性，以及电网对通信线路及无线电的干扰。接地种类电力系统常用的接地方式有中性点有效接地系统、中性点非有效接地系统两大类。接地种类有中性点直接接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经电阻器接地、中性点不接地四种。下面主要介绍中性点经电阻接地：该系统中至少有一根导线或一点（通常是变压器或发电机的中性线或中性点）经过电阻器接地。（1）中性点经高电阻接地。高电阻接地方式以限制单相接地故障电流为目的，电阻阻值一般在数百~数千欧姆。采用高电阻接地的系统可以消除大部分谐振过电压，对单相间歇弧光接地过电压具有一定的限制作用。单相接地故障电流小于10A，系统可在接地故障条件下持续运行不中断供电。缺点系统绝缘水平要求较高。主要用于发电机回路。（2）中性点经低电阻接地。6~35KV主要由电缆线路构成的送、配电网络，单相接地故障电容电流较大时，可采用低电阻接地方式，电阻阻值一般在10~20Ω，单相接地故障电流为100~200A。低电阻接地的优点是快速切除故障，过电压水平低，可采用绝缘水平较低的电缆和设备。但应考虑供电可靠性要求、故障时瞬态电压、瞬态电流对电气设备的影响，对通信的影响和继电保护技术要求。该接地方式适用于电缆线路为主，不容易发生瞬时性单相接地故障且系统电容电流比较大的城市配电网、发电厂厂用电系统及工矿企业配电系统。中性点接地方式的选择中性点接地方式的选择是一个涉及电力系统许多方面的综合性技术问题，对于电力系统设计与电力系统运行有着多方面的影响。在选择中性点接地方式时应该考虑的主要因素：1供电可靠性与故障范围；2绝缘水平与绝缘配合；3对电力系统继电保护的影响；4对电力系统通信与信号系统的干扰；5对电力系统稳定的影响。该项目中性点接地方式选择的是中性点经低电阻接地系统，单相接地故障电流为200A，原因如下：1该项目采用自备电厂，容量为7*7000kW；2电厂到各中压配电站的线路采用的是电缆；3电网的接地电容电流比较大。2．3配电方式根据对供电可靠性的要求、变压器的容量及分布、地理环境等情况，高压配电系统宜采用放射式，其优点是供电可靠性高，故障发生后影响范围较小，切换操作方便，保护简单，偏于自动化，缺点是配电线路和高压开关柜数量多而造价较高。综合考虑各方面因素并经过反复论证后，该项目采用单回路放射式配电方式。2．4变压器的选择变压器的类型主要有：1油浸式变压器；2气体绝缘变压器；3干式变压器。油浸式配电变压器对于一般场合使用的配电变压器常选用油浸式配电变压器。国内，这种油浸式配电变压器在低损耗与低噪声、高可靠性方面已取得较好成果，尤其是节能降耗方面，下面是历年来13.8kV配电变压器的损耗降低对比表(见附表)。附表13.8kV配电变压器历年损耗水平对比(单位：W)

时间铁心材质100kVA1000kVA空载损耗负载损耗空载损耗负载损耗

1964硅钢片7302400490015000

1973硅钢片5402100325013700

1986硅钢片3202000180011600

1995硅钢片2902000165011600

1995非晶合金85150045010300

2002硅钢片2001500115010300气体绝缘变压器以SF6为冷却与绝缘介质的配电变压器。这种配电变压器在环保上要求无泄漏，SF6气体的年泄漏率要求在1％以下，因泄漏出SF6气体会产生温室效应，使周围环境温度提高。另外，这种变压器的价格较贵，仅少数变电站或供电工程选用。干式配电变压器要求防火、防爆的场所，如商业中心、机场、地铁、高层建筑、水电站等，常选用干式配电变压器。选用综合上述情况，考虑价格因素，动力配电变压器采用SRN系列国产13.8/0.5kV油浸式变压器，负荷率均在70%~80%的经济运行范围。容量小的照明变压器（<200kVA）采用干式变压器。选择理由：经济性好、损耗小、维护简单及维护费用低。5中压开关柜的选用中压开关柜分为半封闭式中压开关柜、金属封闭式中压开关柜及绝缘封闭式中压开关柜。3~35KV中压配电装置目前以选用金属封闭式中压开关柜为多数，金属封闭式开关柜又分为铠装式、间隔式和箱式三种类型金属封闭式开关柜仍以空气绝缘为主，其型式分为固定式和移出式两种。固定式中压开关柜结构简单，易于制造，相对成本较低，但存在尺寸偏大和不偏于检修维护等因素。移出式开关柜采用组装结构，产品尺寸精度高，外形美观，且手车小型化，主开关可移至柜外，手车可互换，检修维护方便。综合考虑各方面因素并经过反复论证后，该项目采用MV-NEX金属铠装中置式中压开关柜，电压等级为17.5KV。其特点为：可靠的供电连续性；简便的安装、操作与维护；运行人员的安全；模块化结构；开关柜设计了一系列连锁防止操作人员误操作。2．6中压断路器的选择目前常见的中压断路器有两种：1SF6断路器；2真空断路器。SF6断路器SF6断路器有许多优点，如开断能力强，连续开断次数多，可频繁操作，操作操音小，无火灾危险等，是一种很好的无油化电气。但是SF6断路器对加工工艺、材料要求很高，产品价格高；防止SF6气体泄气要求高，还需一系列辅助补气措施；也不能完全排除爆炸的可能；经电弧燃烧后的低氯化合物生成物具有剧毒，威胁人身安全，也易造成环境污染。因此，SF6断路器主要用于63KV以上直至500KV的高压超高压等级中，多作为枢纽电站设备，集中地运行和管理。真空断路器真空断路器有很多优点：1不燃、不爆、不污染环境、安全卫生；2平常维护工作量小；3机械寿命长；真空断路器2000年已占全球中压断路器市场70％。中压真空断路器在日本几乎占100％，在美国和德国占70％以上。选用综合上述情况，同时考虑到电压等级的特殊性（电压为13.8KV），我们需用的是施耐德公司生产的EVOLIS断路器，额定电压为17.5KV，短路分断能力为35KA.节能减排的措施随着节能法的颁布与实施，节能作为企业增效降耗、降低经营成本的重要手段，已普遍被人们所认识和接受，在利国利民的同时，也有利于树立企业社会形象，提高设备自动化水平。以本例来看，即使像沙特这样的能源大国，对节能也有着很高的要求。3.1中压开关站的设置配变电所宜靠近负荷中心，电能在13.8kV输送过程中，高压设备短距离有效应用而实现节能的效果。每个工业企业都有其自身的工艺特点，水泥厂也一样有其自身的工艺特点，一条水泥生产线可以分为四个工艺段：1原料破碎；2生料粉磨和预热；3窑头烧成；4水泥制备。水泥厂的中压设备也集中在这四个工艺段，因此分别在原料配料、生料磨、窑头和水泥磨这四处设置了中压开关站，电源引自发电厂。从这四个中压开关站到中压电机的最长距离不超过100米，从而有效的降低电能损耗。厂区配电电缆沿电缆廊道敷设，更进一步优化路径，节约电缆，从而节省大量铜材。3.2电气室的设置全厂共设置8个电气室，每个电气室到低压用电设备的距离最长不超过200米，对于长度超过100米的电缆我们在设计的时候增大了电缆截面以减少电压降和电能损耗。3.3中压变频器的应用在水泥生产过程中，电能消耗非常大，电费在水泥生产成本中占了很大的比例。在水泥厂的工艺设备配置中，生料和熟料段风机功率约占设备功率的30%~40%左右，所以风机的电耗直接影响到水泥企业的生产成本。能控制好风机的电耗,特别是大型风机的电耗，对降低水泥生产成本,提高企业的经济效益是十分可观的。由于工况、产量的变化,系统所需的风量也随之变化,风量的调节对节能效果影响非常大。控制风机风量最优方式是采用变频器。NRCC项目中压风机（需要经常调节风量）电机全部采用中压变频电机，低压需要经常调节风量的电机均采用变频电机，如篦冷机冷却风机全部采用变频电机，在程序里面实现随着篦冷机效率的变化风机风量自动调节。中压变频器我们选用的是12脉冲的变频器以减少谐波对电网的干扰。工程实践证明采用变频以后节能效果在３０～５０％。3.4动态无功补偿无功功率不但增加线损和设备发热，更主要的是功率因数的降低，降低了电网的有功功率，当COSφ≈1时。有功功率P≈S。动态功率因数补偿功能可使无功功率近似为0，从而增加电网的有功功率，减少了无功损耗。另外，功率因数的改善还可节省很大一部分电网容量，直观的体现在风机电机温升降低、噪音降低，供电发电机机组温升降低、噪音降低、耗油量大幅度降低，大大地延长设备维修周期及使用寿命。NRCC项目设计时对中压定速电机采用了电容就地补偿，在发电厂侧采用集中自动投切补偿，将功率因素补偿到0.95，在变压器低压侧也采用集中自动补偿将功率因数补偿到0.9，从而达到节能的目的。节能产品的选用：节能型变压器：选用SRN节能耐高温变压器，采用杜邦NOMEX(r)纸为基础的绝缘系统，在变压器严重过载的情况下，线圈绝缘不会老化、热击穿，在使用期间内保持极佳的电气性能和机械性能。以及高、低压套管井均采用全绝缘结构，不仅使得外形尺寸缩小，而且能可靠保证人身安全，免维护，过载能力强，可在120%负载下长期安全运行。变压器的器身按S11标准设计，空载损耗比S9降低了30%，噪音低于46dB。节能型电机：小型电机选用Y系列节能电机，大型电机均采用国际品牌的高效节能电机，满载效率在95%以上。电机均满足“F”级绝缘，“B”级温升，防护等级IP55。节能灯具：大量采用光效高的节能灯具，合理布置灯具。在中控楼、办公室和电气室采用荧光灯；