淺析水泥行業供配電系統的節能技術

王 希

(黑龍江省節能技術服務中心，哈爾濱 150001)

淺析水泥行業供配電系統的節能技術

王 希

(黑龍江省節能技術服務中心，哈爾濱 150001)

文中介紹了智能變頻調速器及自動無功補償裝置應用的主要前景以及變頻器的主要技術原理。

智能變頻調速技術；自動無功補償技術

0 引 言

水泥生產的電機系統，一般情況下，電機的負載都是按照最大負荷的1.1～1.3倍來設計的，因為考慮到在極端不利情況下滿足系統正常工作的需要，比如電壓偏低、氣候惡劣、工質變化、設備老化等，這在實際運行中就造成了“大馬拉小車”的現象，這種情況下系統的效率是不高的，即對應于系統所做的有用功來說，消耗的電能要多一些，這是普遍存在的浪費電能的根源之一，約有55%的電機在低于設計額定負荷60%的狀態下運行，用電設備頻繁輕載運行和空載運行；許多風機采用機械節流方式調節，效率比調速方式約低30%；電氣設備低效率運行所帶來的電網損耗增加，電壓品質降低，設備老化加速。由于礦井地處偏僻，輸電距離長，區域變電站、變電所的長期功率因數偏低，據統計輸配電損失高達20%。上述因素造成大量的能源浪費，節能改造迫在眉睫。

智能變頻調速技術和自動無功補償技術已經成為現代水泥企業節能改造的一個主要發展方向，可有效改善現有設備的運行工況、提高系統的安全可靠性和設備利用效率、延長設備使用壽命，具有卓越的調速性能、顯著的節電效果。

大大減少溫室氣體排放，對維護我國能源安全、促進環境保護、實現我國電機系統節能的跨越式和可持續發展、提高我國電機系統節能的核心競爭力具有重要的意義。

1 節能潛力

截止2008年底，我國電動機總裝機容量為12億kW以上，其系統用電量約占全國用電量的60%，年耗電約2.06萬億kWh，折合標煤7.21億t。我國電機系統運行效率比國外先進水平低25%～30%，且在使用壽命、可靠性、材料消耗、噪聲及振動方面都有很大差距。如果能改造現有電機系統的一半，使之平均提高運行效率25%，綜合節能率至少可達到30%以上，年可節約用電2 575億ksWh，折合標煤9 012萬t，節能潛力巨大。

2 變頻器的主要原理

變頻器是利用交流異步電動機同步轉速n隨電源頻率變化而變化的特性，實現電動機調速運行的裝置。在交流異步電動機的眾多調速方法中,變頻調速的性能最好,調速范圍大,靜態特性好,運行效率高,使用方便,可靠性高且經濟效益好。

2.1 變頻調速的基本控制方式

異步電動機的同步轉速,即旋轉磁場的轉速為:

n1= 60f1/P

(1)

式中：n1為同步轉速；f1為定子頻率；P為磁極對數。

異步電動機的軸轉速為：

n=n1(1-S) = 60f1(1-S)/P

式中：S為異步電動機的轉差率。

由此可見,改變異步電動機的供電頻率,可以改變異步電動機的同步轉速,實現調速運行。變頻調速的特點是效率高，沒有因調速帶來的附加轉差損耗，調速的范圍大、精度高、無級調速。容易實現直接控制和閉環控制，它既保持了原電動機結構簡單、可靠耐用、維護方便的優點，又能達到節電的顯著效果，是節能的較理想的方法。

2.2 變頻器的基本結構

為減小變頻器的體積，現代變頻調速器普遍采用智能化功率模塊(IPM)。智能化功率模塊是將變頻器的三相主電路(包括整流器部分、逆變器部分和制動電路部分)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT) 驅動電路、部分檢測電路和保護電路(包括過電流、過電壓、過熱等)集成在一個模塊中。用戶使用時，只需設計相應的控制電路和電源，再配以適當的濾波電容，即可構成一臺變頻器。為了改善變頻調速器的控制性能，目前已廣泛采用了32位數字信號處理器(DSP) 集成芯片，縮短了變頻器的采樣時間、提高了控制性能。

圖1

2.3 其它調速方式的比較

串級調速：優點是可以回收轉差功率，所以調速效率比較高、但存在的問題也很多：不適合于鼠籠型異步電機，必須更換電機；不能實現軟起動，啟動過程非常復雜；啟動電流大；調速范圍有限；響應慢，不易實現閉環控制；功率因數和效率低，并隨轉速的調低急劇下降；很難實現同PLC、DCS等控制系統的配合，對提高裝置的整體自動化程度和實現優化控制無益；同時因控制裝置比較復雜、諧波污染大對電網有較大干擾；進一步限制了它的使用，屬落后技術。

液力耦合器調速：屬低效調速方式，調速范圍有限，高速丟轉約5%～10%，低速轉差損耗大,最高可達額定功率的15%,因效率與速度成正比，低速時效率極低，精度低、線性度差、響應慢，啟動電流大，裝置大，必須加裝在設備與電機之間，不適合改造；無法軟啟動，耦合器故障時，無法切換運行，維護復雜、費用大，不能滿足提高裝置整體自動化水平的需要。

3 智能變頻調速技術對風機等機械裝置的應用

目前所有通風系統節能技術中，采用智能變頻調速技術對風機等機械裝置進行調速來控制流量節電效果最為顯著，通過變頻調速，可根據風量的多少改變電機轉速，從而降低電機運行功率，達到節約電量的目的。同時可延長設備使用壽命，減少事故停機時間，提高通風能力。

試驗比選了不同風量調節方式的功率消耗情況。由圖可見，變頻調速法在現有的幾種風量調節方法中是最理想、最有效、最節能的調節方法，相對于現用的擋板法，節能空間較大。

1.擋板法；2.前導器法；3.液力耦合器；4.繞線電動機切換轉子電阻調速法；5.變頻調速法圖2 不同風量調節方法功率消耗曲線

4 結束語

水泥企業是重點用能單位，近年來突飛猛進的節能技術的為生產企業發掘了較大的節能空間。通過在對風機、水泵等電機及供配電系統進行系統上使用智能變頻調速器及自動無功補償裝置，可大大優化電機系統的運行和控制，提高電機系統運行效率，提高能源利用率，做到既保證現有的生產工藝，又大大改善現有工藝水平，同時實現節能經濟運行目的，不僅降低了產品成本、提高企業競爭力，還有助于企業履行節能環保的社會責任，提升企業品牌形象，獲得更為廣闊的發展空間。

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Energy Saving Technology for Power Supply and Distribution System in Cement Industry

WANG Xi

(Evergy Conservation Service Center of Heilongjiang Province, Harbin 150001, China.)

This article introduces the main principles of intelligent inverter and automatic reactive power compensation device applications and drive major prospects.

Intelligent frequency control technology; Automatic reactive power compensation

2015-06-21

2015-07-10

王希(1983-)，男，畢業黑龍江科技學院，計算機專業，現從事節能方面研究與測試工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.08.011

TM744

B

1009-3230(2015)08-0042-03