水泥廠電動機節能探討
高 俊
(葛洲壩水泥廠，湖北 荊門448032)
摘要：提高電動機的效率已成為節能降耗、降低生產成本的重要手段，文章從分析電動機的選擇、啟動裝置、調速方式等方面入手，介紹了葛洲壩水泥廠電動機在選擇及使用過程中采用的各種節能降耗方法。
關鍵詞：水泥廠；電動機；選用；節能
中圖分類號：TM32；TQl72 文獻標識碼：B 文章編號：1004-7948（2006）07-0039-03
作者簡介：高俊(1972—)，女，湖北荊門人，大專，助理工程師，從事電氣技術管理工作。
水泥企業的用電量約占水泥成本的l／3，而其中的電動機耗能占總負荷90％以上，所以做好電動機運行的節能工作至關重要。不但可以減少電費開支，還可以挖掘配電系統的供電能力，有利于降低整個配電系統的電力損耗。
1 電動機的合理選型和節能改造
1.1 選用節能型電動機
Y系列電動機是全國統一設計的新系列產品，是國內目前較先進的三相異步電動機。20世紀80年代中期即在全國推廣應用。其優點是效率高、節能、啟動性能好。而目前國內許多老水泥企業仍大量采用JO2系列電動機，相比來說Y系列比JO2系列電動機效率提高了0.413％。因此用Y系列電動機取代舊式電動機勢在必行，目前我廠85％電動機都已改為了新型號電動機。
1.2 合理選用電動機類型
選擇電動機類型除了滿足拖動功能外，還應考慮經濟運行性能。對于年運行時間大于3000h，負載率大于50％的場合，應選擇YX系列高效率的三相異步電動機。與Y系列相比，其效率平均高3％，損耗降低20％～30％，雖然價格高于Y系列電動機，但從長期運行考慮，經濟性還是明顯的。
同步電動機能提高企業電網的功率因數，降低供電線路損耗，但控制系統繁雜，價格較高。隨著異步電動機制造水平的提高，新設備已很少采用。
1.3 合理選用電動機的額定容量
國家對三相異步電動機3個運行區域作了如下規定：負載率在70％～100％之問為經濟運行區；負載率在40％～70%之間為一般運行區；負載率在40％以下為非經濟運行區。若電動機容量選得過大，雖然能保證設備的正常運行，但不僅增加了投資，而且它的效率和功率因數也都很低，造成電力的浪費。因此考慮到既能滿足水泥廠設備運行需要，又能使其盡可能地提高效率，水泥企業一般負載率保持在60％～l00％較為理想。對于負載率小于40％的三角形接法電動機可改為星型接法，以提高其效率。
1.4 老式電動機的節能改造
(1)更換電動機的外風扇，將電動機的外風扇改為節能型，對于不同型號的電動機，有對應的節能型風扇產品可供選用。主要用于單方向運轉的2極和4極電動機，改后可提高效率1.35％～2.55％。
(2)采用磁性槽泥代替原來的槽楔，用磁性槽泥進行電動機節能改造后，可降低電動機的鐵芯損耗和附加損耗，提高效率，雖然啟動轉矩會下降10％～20％，但很適應空載或輕載啟動的電動機改造。
2 電動機啟動和運行形式的合理設計
2.1 低壓籠型大中型電動機
若采用全壓直接啟動方式，這要求電力系統有足夠大的容量，而實際運行時，電力系統負載率很低，影響供電效率，并且用直接啟動方式易燒毀開關、電動機，影響電網其他設備的運行，往往為了盡量減少電動機啟動次數而寧愿讓電動機空轉而不停車，造成大量浪費。此類電動機可以用電動機軟啟動器啟動。電動機軟啟動器是采用大功率晶閘管模塊作為主回路的開關元件，通過控制它的導通角以實現軟特性的電壓爬升。它具有對電網無過大沖擊，對機械傳動系統(齒輪及軸連接器)震動小，啟動轉矩平滑穩定等諸多優點。啟動電流在2.5～3.5倍額定電流之間可調，啟動時間可調。我廠在185、155kW羅茨風機和55kW排風機上應用，改造后具體情況見表1，解決了改造前采用直接啟動時，經常發生的變壓器跳閘及開關、電動機燒毀的現象。
2.2 高壓籠型電動機
傳統的啟動方式多選用電抗器、自耦變壓器等，但這些啟動設備都不能很好地滿足啟動要求，很難獲得理想的啟動參數。目前出品的熱變電阻軟啟動裝置能較好地滿足啟動要求。熱變電阻器由具有負溫度系數的電阻材料制成，電阻器串于電動機定子回路，當電動機啟動、電阻體通過啟動電流時，其溫度升高，而阻值隨之減小，從而使電動機端電壓逐步升高，啟動轉矩逐步增加，以實現電動機的平穩啟動。根據電動機參數和負載要求的啟動轉矩，能方便地配置適當的啟動電阻值獲得最佳的啟動參數，即在較小的啟動電流下，獲得足夠大的啟動轉矩。海螺集團回轉窯風機上已有應用，啟動電流為2.92Ⅰe，與用電抗器相比，電流下降了28％，電網壓降由8％降到了5％。這說明在啟動過程中有一定的節能效果，延長了電動機的使用壽命，減少了對機械設備的沖擊。由于啟動裝置熱容量大，幾乎無需維修，因此在水泥企業的相關電動機上有明顯的推廣價值。
2.3 大型繞線型電動機
以前大多采用頻敏變阻器啟動，但其故障率太高。目前較為成熟的方式是采用液體變阻啟動器。它是利用兩極問的液體電阻，通過機械傳動裝置使極板的距離逐步接近，直至接觸，達到串人轉子回路中的電阻無級變小最后為零，實現電動機無沖擊的平滑啟動。其特點是啟動電流小，對電網無沖擊，熱容量大，可連續啟動5～10次，維護方便，使用可靠。目前我廠該類型電動機已全部采用液體變阻啟動器。
2.4 中、小型繞線電動機
以前主要采用頻敏電阻器和油浸電阻器啟動，由于有滑環、碳刷、短路環等零件與繼電器、交流接觸器、頻敏或油浸變阻器等電器元件組成的啟動系統都安裝在粉塵較大的生產現場，因此它具有故障率高、維修量大的缺點，經常影響設備的正常運行，而無刷無環啟動器較好地解決了上述問題，它是一種啟動平滑，不改變運行特性且不受粉塵干擾的啟動設備。其一次啟動電流限制在3.0～4.0Ⅰe之間，適合于11～600kW的高低壓繞線型電動機。該啟動器是利用頻敏變阻器的原理，利用鐵磁性材料的頻感特性研制而成，安裝在電動機轉軸原來裝集電環的位置，與轉子同步旋轉，省去了電動機的輔助啟動裝置。我廠已在5臺設備上使用，具體情況見表2。
3 電動機的調速節能
3.1 變頻調速
變頻調速結構簡單，穩定可靠，調速精度高，啟動轉矩大，調速范圍廣，節能顯著。我廠在回轉窯主傳動、選粉機、煤粉喂料、篦冷機篦床、料漿供給和排風機(除大功率的高壓排風機之外)等設備上，都采用了變頻調速，我廠電動機變頻器應用情況見表3。
經過近10年的應用說明，變頻調速確實穩定可靠，節能顯著，建議對直流調速、電磁滑差調速的設備進行變頻調速改造。
3.2 繞線式電動機液體調速
對于一些調速精度要求不高，調速范圍要求不寬，并且不頻繁調速的繞線式電動機，如風機、水泵等設備的大中型繞線式異步電動機采用液體調速效果顯著。與變頻調速、可控硅串級調速相比，該方式更經濟、可靠、實用，維護簡單，雖調速時效率稍低，但功率因數高，且全速時效率高于變頻調速，價格僅為變頻調速的幾分之一。該設備采用強制冷卻的方法由循環水裝置來降低在調速過程中液體電阻因通電發熱所升高的溫度，有效地解決了以前熱容量不夠容易引起開鍋的現象。我公司一分廠在l臺460kW噴槍泵上使用已有2年，投入前一次運行電流平均為42A，投入后平均電流降低為36A。運行功率由340kW降為286kW，節電達16％。廣東肇慶小湘水泥有限公司一分廠制成355kW排風機電動機使用了1臺YQT-500型液體調速器，投入前一次運行電流平均為36A，投入后平均電流為26A，節電率達28%。因此水泥企業的窯尾排風機高壓繞線電動機最適宜液體調速改造。
另外，傳統調速所采用的晶閘管串級調速、直流調速、電磁滑差調速、液力耦合器調速和異步電動機的變級調速等，有的逐漸被淘汰，有的在水泥企業應用較少，不再逐一介紹。
4 電動機的功率因數補償
4.1 原理及補償類型
籠型電動機通常采用并聯電容器就地補償的方法。我廠在35臺37kW以上的籠型低壓電動機上進行了并聯電容器補償，每年節電17萬kWh。繞線式電動機可采用進相機補償的方式。進相機補償分旋轉式和靜止式2種，由于旋轉式進相機結構上的缺陷，目前逐步被靜止式進相機所代替。我廠在原料磨1000kW電動機上采用了靜止式進相機補償，電動機溫升下降了16℃，功率因數升為0.98，一次電流降低16％，每年節約電費9.6萬元。
4.2 應注意的問題
經常停用的電動機，年利用率很低的電動機，多速電動機，經常反復開停、點動或堵轉的電動機和雙向轉動或反接制動的電動機，不宜進行就地補償。
5 結束語
目前，水泥行業的競爭非常激烈，但關鍵還是制造成本的競爭，而電動機電耗占成本30％，因此做好電動機的降耗增效工作就顯得極為重要。所以，我們要從電動機的選型、啟動方式和運行方案設計等每個環節開展細致的工作，同時要大力應用新技術新成果，促進企業的節能降耗。
資料來源：《節能》2006年第7期
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