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文檔簡介

淺議大中型水泥廠中壓配電系統的配置及節能措施摘要:本文以沙特NRCC6000t/d水泥生產線為例簡述了水泥廠中壓配電系統的架構情況,以及中壓柜、變壓器、中壓斷路器及電動機的選擇,在節能減排方面的考慮措施。Abstract:Thearticledescribesframestructureofmedium-voltagesystem,selectionofmedium-voltagecabinet,transformer,medium-voltagebreakerandelectric-motoraswellasmeasureforenergesavingandemissionreducingforcementplantwithanexampleofSaudiArabiaNRCC6000t/d.關鍵字:中壓配電系統中壓柜真空斷路器SF6斷路器變壓器變頻器無功補償節能減排引言NRCC6000t/d水泥生產線位于沙特阿拉伯北部,處于炎熱干燥得的沙漠地帶。本文主要結合NRCC6000t/d水泥生產線介紹大型水泥廠的中壓配電系統,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無功補償裝置。實現生產達標和節省成本及能源的效果。中壓配電系統2.1電壓選擇該項目電源引自業主自備的重油發電廠,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確定為13.8KV(不可更改),在設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接地方式電網中性點接地方式與電網的電壓等級、單相接地故障電流、過電壓水平以及保護配置等有密切關系。電網中性點接地方式直接影響電網的絕緣水平,電網供電的可靠性、連續性和運行的安全性,以及電網對通信線路及無線電的干擾。接地種類電力系統常用的接地方式有中性點有效接地系統、中性點非有效接地系統兩大類。接地種類有中性點直接接地、中性點經消弧線圈接地、中性點經電阻器接地、中性點不接地四種。下面主要介紹中性點經電阻接地:該系統中至少有一根導線或一點(通常是變壓器或發電機的中性線或中性點)經過電阻器接地。(1)中性點經高電阻接地。高電阻接地方式以限制單相接地故障電流為目的,電阻阻值一般在數百~數千歐姆。采用高電阻接地的系統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,系統可在接地故障條件下持續運行不中斷供電。缺點系統絕緣水平要求較高。主要用于發電機回路。(2)中性點經低電阻接地。6~35KV主要由電纜線路構成的送、配電網絡,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備。但應考慮供電可靠性要求、故障時瞬態電壓、瞬態電流對電氣設備的影響,對通信的影響和繼電保護技術要求。該接地方式適用于電纜線路為主,不容易發生瞬時性單相接地故障且系統電容電流比較大的城市配電網、發電廠廠用電系統及工礦企業配電系統。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許多方面的綜合性技術問題,對于電力系統設計與電力系統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對電力系統繼電保護的影響;4對電力系統通信與信號系統的干擾;5對電力系統穩定的影響。該項目中性點接地方式選擇的是中性點經低電阻接地系統,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電網的接地電容電流比較大。2.3配電方式根據對供電可靠性的要求、變壓器的容量及分布、地理環境等情況,高壓配電系統宜采用放射式,其優點是供電可靠性高,故障發生后影響范圍較小,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柜數量多而造價較高。綜合考慮各方面因素并經過反復論證后,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,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為冷卻與絕緣介質的配電變壓器。這種配電變壓器在環保上要求無泄漏,SF6氣體的年泄漏率要求在1%以下,因泄漏出SF6氣體會產生溫室效應,使周圍環境溫度提高。另外,這種變壓器的價格較貴,僅少數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13.8/0.5kV油浸式變壓器,負荷率均在70%~80%的經濟運行范圍。容量小的照明變壓器(<200kVA)采用干式變壓器。選擇理由:經濟性好、損耗小、維護簡單及維護費用低。5中壓開關柜的選用中壓開關柜分為半封閉式中壓開關柜、金屬封閉式中壓開關柜及絕緣封閉式中壓開關柜。3~35KV中壓配電裝置目前以選用金屬封閉式中壓開關柜為多數,金屬封閉式開關柜又分為鎧裝式、間隔式和箱式三種類型金屬封閉式開關柜仍以空氣絕緣為主,其型式分為固定式和移出式兩種。固定式中壓開關柜結構簡單,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。移出式開關柜采用組裝結構,產品尺寸精度高,外形美觀,且手車小型化,主開關可移至柜外,手車可互換,檢修維護方便。綜合考慮各方面因素并經過反復論證后,該項目采用MV-NEX金屬鎧裝中置式中壓開關柜,電壓等級為17.5KV。其特點為:可靠的供電連續性;簡便的安裝、操作與維護;運行人員的安全;模塊化結構;開關柜設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斷路器有許多優點,如開斷能力強,連續開斷次數多,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,多作為樞紐電站設備,集中地運行和管理。真空斷路器真空斷路器有很多優點:1不燃、不爆、不污染環境、安全衛生;2平常維護工作量小;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的EVOLIS斷路器,額定電壓為17.5KV,短路分斷能力為35KA.節能減排的措施隨著節能法的頒布與實施,節能作為企業增效降耗、降低經營成本的重要手段,已普遍被人們所認識和接受,在利國利民的同時,也有利于樹立企業社會形象,提高設備自動化水平。以本例來看,即使像沙特這樣的能源大國,對節能也有著很高的要求。3.1中壓開關站的設置配變電所宜靠近負荷中心,電能在13.8kV輸送過程中,高壓設備短距離有效應用而實現節能的效果。每個工業企業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置了中壓開關站,電源引自發電廠。從這四個中壓開關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。廠區配電電纜沿電纜廊道敷設,更進一步優化路徑,節約電纜,從而節省大量銅材。3.2電氣室的設置全廠共設置8個電氣室,每個電氣室到低壓用電設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過程中,電能消耗非常大,電費在水泥生產成本中占了很大的比例。在水泥廠的工藝設備配置中,生料和熟料段風機功率約占設備功率的30%~40%左右,所以風機的電耗直接影響到水泥企業的生產成本。能控制好風機的電耗,特別是大型風機的電耗,對降低水泥生產成本,提高企業的經濟效益是十分可觀的。由于工況、產量的變化,系統所需的風量也隨之變化,風量的調節對節能效果影響非常大。控制風機風量最優方式是采用變頻器。NRCC項目中壓風機(需要經常調節風量)電機全部采用中壓變頻電機,低壓需要經常調節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,在程序里面實現隨著篦冷機效率的變化風機風量自動調節。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的干擾。工程實踐證明采用變頻以后節能效果在30~50%。3.4動態無功補償無功功率不但增加線損和設備發熱,更主要的是功率因數的降低,降低了電網的有功功率,當COSφ≈1時。有功功率P≈S。動態功率因數補償功能可使無功功率近似為0,從而增加電網的有功功率,減少了無功損耗。另外,功率因數的改善還可節省很大一部分電網容量,直觀的體現在風機電機溫升降低、噪音降低,供電發電機機組溫升降低、噪音降低、耗油量大幅度降低,大大地延長設備維修周期及使用壽命。NRCC項目設計時對中壓定速電機采用了電容就地補償,在發電廠側采用集中自動投切補償,將功率因素補償到0.95,在變壓器低壓側也采用集中自動補償將功率因數補償到0.9,從而達到節能的目的。節能產品的選用:節能型變壓器:選用SRN節能耐高溫變壓器,采用杜邦NOMEX(r)紙為基礎的絕緣系統,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構,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標準設計,空載損耗比S9降低了30%,噪音低于46dB。節能型電機:小型電機選用Y系列節能電機,大型電機均采用國際品牌的高效節能電機,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。節能燈具:大量采用光效高的節能燈具,合理布置燈具。在中控樓、辦公室和電氣室采用熒光燈;

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