王 希

(黑龙江省节能技术服务中心，哈尔滨 150001)

浅析水泥行业供配电系统的节能技术

王 希

(黑龙江省节能技术服务中心，哈尔滨 150001)

文中介绍了智能变频调速器及自动无功补偿装置应用的主要前景以及变频器的主要技术原理。

智能变频调速技术；自动无功补偿技术

0 引 言

水泥生产的电机系统，一般情况下，电机的负载都是按照最大负荷的1.1～1.3倍来设计的，因为考虑到在极端不利情况下满足系统正常工作的需要，比如电压偏低、气候恶劣、工质变化、设备老化等，这在实际运行中就造成了“大马拉小车”的现象，这种情况下系统的效率是不高的，即对应于系统所做的有用功来说，消耗的电能要多一些，这是普遍存在的浪费电能的根源之一，约有55%的电机在低于设计额定负荷60%的状态下运行，用电设备频繁轻载运行和空载运行；许多风机采用机械节流方式调节，效率比调速方式约低30%；电气设备低效率运行所带来的电网损耗增加，电压品质降低，设备老化加速。由于矿井地处偏僻，输电距离长，区域变电站、变电所的长期功率因数偏低，据统计输配电损失高达20%。上述因素造成大量的能源浪费，节能改造迫在眉睫。

智能变频调速技术和自动无功补偿技术已经成为现代水泥企业节能改造的一个主要发展方向，可有效改善现有设备的运行工况、提高系统的安全可靠性和设备利用效率、延长设备使用寿命，具有卓越的调速性能、显著的节电效果。

大大减少温室气体排放，对维护我国能源安全、促进环境保护、实现我国电机系统节能的跨越式和可持续发展、提高我国电机系统节能的核心竞争力具有重要的意义。

1 节能潜力

截止2008年底，我国电动机总装机容量为12亿kW以上，其系统用电量约占全国用电量的60%，年耗电约2.06万亿kWh，折合标煤7.21亿t。我国电机系统运行效率比国外先进水平低25%～30%，且在使用寿命、可靠性、材料消耗、噪声及振动方面都有很大差距。如果能改造现有电机系统的一半，使之平均提高运行效率25%，综合节能率至少可达到30%以上，年可节约用电2 575亿ksWh，折合标煤9 012万t，节能潜力巨大。

2 变频器的主要原理

变频器是利用交流异步电动机同步转速n随电源频率变化而变化的特性，实现电动机调速运行的装置。在交流异步电动机的众多调速方法中,变频调速的性能最好,调速范围大,静态特性好,运行效率高,使用方便,可靠性高且经济效益好。

2.1 变频调速的基本控制方式

异步电动机的同步转速,即旋转磁场的转速为:

n1= 60f1/P

(1)

式中：n1为同步转速；f1为定子频率；P为磁极对数。

异步电动机的轴转速为：

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

式中：S为异步电动机的转差率。

由此可见,改变异步电动机的供电频率,可以改变异步电动机的同步转速,实现调速运行。变频调速的特点是效率高，没有因调速带来的附加转差损耗，调速的范围大、精度高、无级调速。容易实现直接控制和闭环控制，它既保持了原电动机结构简单、可靠耐用、维护方便的优点，又能达到节电的显著效果，是节能的较理想的方法。

2.2 变频器的基本结构

为减小变频器的体积，现代变频调速器普遍采用智能化功率模块(IPM)。智能化功率模块是将变频器的三相主电路(包括整流器部分、逆变器部分和制动电路部分)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 驱动电路、部分检测电路和保护电路(包括过电流、过电压、过热等)集成在一个模块中。用户使用时，只需设计相应的控制电路和电源，再配以适当的滤波电容，即可构成一台变频器。为了改善变频调速器的控制性能，目前已广泛采用了32位数字信号处理器(DSP) 集成芯片，缩短了变频器的采样时间、提高了控制性能。

图1

2.3 其它调速方式的比较

串级调速：优点是可以回收转差功率，所以调速效率比较高、但存在的问题也很多：不适合于鼠笼型异步电机，必须更换电机；不能实现软起动，启动过程非常复杂；启动电流大；调速范围有限；响应慢，不易实现闭环控制；功率因数和效率低，并随转速的调低急剧下降；很难实现同PLC、DCS等控制系统的配合，对提高装置的整体自动化程度和实现优化控制无益；同时因控制装置比较复杂、谐波污染大对电网有较大干扰；进一步限制了它的使用，属落后技术。

液力耦合器调速：属低效调速方式，调速范围有限，高速丢转约5%～10%，低速转差损耗大,最高可达额定功率的15%,因效率与速度成正比，低速时效率极低，精度低、线性度差、响应慢，启动电流大，装置大，必须加装在设备与电机之间，不适合改造；无法软启动，耦合器故障时，无法切换运行，维护复杂、费用大，不能满足提高装置整体自动化水平的需要。

3 智能变频调速技术对风机等机械装置的应用

目前所有通风系统节能技术中，采用智能变频调速技术对风机等机械装置进行调速来控制流量节电效果最为显著，通过变频调速，可根据风量的多少改变电机转速，从而降低电机运行功率，达到节约电量的目的。同时可延长设备使用寿命，减少事故停机时间，提高通风能力。

试验比选了不同风量调节方式的功率消耗情况。由图可见，变频调速法在现有的几种风量调节方法中是最理想、最有效、最节能的调节方法，相对于现用的挡板法，节能空间较大。

1.挡板法；2.前导器法；3.液力耦合器；4.绕线电动机切换转子电阻调速法；5.变频调速法图2 不同风量调节方法功率消耗曲线

4 结束语

水泥企业是重点用能单位，近年来突飞猛进的节能技术的为生产企业发掘了较大的节能空间。通过在对风机、水泵等电机及供配电系统进行系统上使用智能变频调速器及自动无功补偿装置，可大大优化电机系统的运行和控制，提高电机系统运行效率，提高能源利用率，做到既保证现有的生产工艺，又大大改善现有工艺水平，同时实现节能经济运行目的，不仅降低了产品成本、提高企业竞争力，还有助于企业履行节能环保的社会责任，提升企业品牌形象，获得更为广阔的发展空间。

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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，毕业黑龙江科技学院，计算机专业，现从事节能方面研究与测试工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.08.011

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