水泥厂电动机节能探讨

高俊 水泥生产技术 2023-11-06 07:00 发表于北京

摘要：提高电动机的效率已成为节能降耗、降低生产成本的重要手段，文章从分析电动机的选择、启动装置、调速方式等方面入手，介绍了葛洲坝水泥厂电动机在选择及使用过程中采用的各种节能降耗方法。

关键词：水泥厂；电动机；选用；节能

水泥企业的用电量约占水泥成本的1/3，而其中的电动机耗能占总负荷 90%以上，所以做好电动机运行的节能工作至关重要。不但可以减少电费开支，还可以挖掘配电系统的供电能力，有利于降低整个配电系统的电力损耗。

1 电动机的合理选型和节能改造

1.1 选用节能型电动机

Y系列电动机是全国统一设计的新系列产品，是国内目前较先进的三相异步电动机。20 世纪 80 年代中期即在全国推广应用。其优点是效率高、节能、启动性能好。而目前国内许多老水泥企业仍大量采用JO2 系列电动机，相比来说 Y系列比J02 系列电动机效率提高了 0.413%。因此用Y系列电动机取代旧式电动机势在必行，目前我厂85%电动机都已改为了新型号电动机。

1.2 合理选用电动机类型

选择电动机类型除了满足拖动功能外，还应考虑经济运行性能。对于年运行时间大于3000h，负载率大于 50%的场合，应选择YX系列高效率的三相异步电动机。与Y系列相比，其效率平均高 3%，损耗降低20%~30%，虽然价格高于Y系列电动机，但从长期运行考虑，经济性还是明显的。    

同步电动机能提高企业电网的功率因数，降低供电线路损耗，但控制系统繁杂，价格较高。随着异步电动机制造水平的提高，新设备已很少采用。

1.3合理选用电动机的额定容量

国家对三相异步电动机3个运行区域作了如下规定：负载率在70%~高之问为经济运行区；负载率在 40%~70%之间为一般运行区；负载率在40%以下为非经济运行区。若电动机容量选得过大，虽然能保证设备的正常运行，但不仅增加了投资，而且它的效率和功率因数也都很低，造成电力的浪费。因此考虑到既能满足水泥厂设备运行需要，又能使其尽可能地提高效率，水泥企业一般负载率保持在 60%~高较为理想。对于负载率小于40%的三角形接法电动机可改为星型接法，以提高其效率。

1.4 老式电动机的节能改造

(1)更换电动机的外风扇，将电动机的外风扇改为节能型，对于不同型号的电动机，有对应的节能型风扇产品可供选用。主要用于单方向运转的 2 极和4极电动机，改后可提高效率 1.35%~2.55%。

(2)采用磁性槽泥代替原来的槽楔，用磁性槽泥进行电动机节能改造后，可降低电动机的铁芯损耗和附加损耗，提高效率，虽然启动转矩会下降 10%~20%，但很适应空载或轻载启动的电动机改造。

2 电动机启动和运行形式的合理设计    

2.1 低压笼型大中型电动机

若采用全压直接启动方式，这要求电力系统有足够大的容量，而实际运行时，电力系统负载率很低，影响供电效率，并且用直接启动方式易烧毁开关、电动机，影响电网其他设备的运行，往往为了尽量减少电动机启动次数而宁愿让电动机空转而不停车，造成大量浪费。此类电动机可以用电动机软启动器启动。电动机软启动器是采用大功率晶闸管模块作为主回路的开关元件，通过控制它的导通角以实现软特性的电压爬升。它具有对电网无过大冲击，对机械传动系统(齿轮及轴连接器)震动小，启动转矩平滑稳定等诸多优点。启动电流在 2.5~3.5 倍额定电流之间可调，启动时间可调。我厂在 185、155kW 罗茨风机和55kW 排风机上应用，改造后具体情况见表 1，解决了改造前采用直接启动时，经常发生的变压器跳闸及开关、电动机烧毁的现象。

2.2 高压笼型电动机

传统的启动方式多选用电抗器、自耦变压器等，但这些启动设备都不能很好地满足启动要求，很难获得理想的启动参数。目前出品的热变电阻软启动装置能较好地满足启动要求。热变电阻器由具有负温度系数的电阻材料制成，电阻器串于电动机定子回路，当电动机启动、电阻体通过启动电流时，其温度升高，而阻值随之减小，从而使电动机端电压逐步升高，启动转矩逐步增加，以实现电动机的平稳启动。根据电动机参数和负载要求的启动转矩，能方便地配置适当的启动电阻值获得最佳的启动参数，即在较小的启动电流下，获得足够大的启动转矩。海螺集团回转窑风机上已有应用，启动电流为 2.92 /，与用电抗器相比，电流下降了 28%，电网压降由8%降到了 5%。这说明在启动过程中有一定的节能效果，延长了电动机的使用寿命，减少了对机械设备的冲击。由于启动装置热容量大，几乎无需维修，因此在水泥企业的相关电动机上有明显的推广价值。    

2.3大型绕线型电动机

以前大多采用频敏变阻器启动，但其故障率太高。目前较为成熟的方式是采用液体变阻启动器。它是利用两极间的液体电阻，通过机械传动装置使极板的距离逐步接近，直至接触，达到串人转子回路中的电阻无级变小最后为零，实现电动机无冲击的平滑启动。其特点是启动电流小，对电网无冲击，热容量大，可连续启动 5~10 次，维护方便，使用可靠。目前我厂该类型电动机已全部采用液体变阻启动器。

2.4中、小型绕线电动机

以前主要采用频敏电阻器和油浸电阻器启动，由于有滑环、碳刷、短路环等零件与继电器、交流接触器、频敏或油浸变阻器等电器元件组成的启动系统都安装在粉尘较大的生产现场，因此它具有故障率高、维修量大的缺点，经常影响设    

备的正常运行，而无刷无环启动器较好地解决了上述问题，它是一种启动平滑，不改变运行特性且不受粉尘干扰的启动设备。其一次启动电流限制在 3.0~4.0/e之间，适合于11~600kw的高低压绕线型电动机。该启动器是利用频敏变阻器的原理，利用铁磁性材料的频感特性研制而成，安装在电动机转轴原来装集电环的位置，与转子同步旋转，省去了电动机的辅助启动装置。我厂已在5 台设备上使用，具体情况见表 2。

3 电动机的调速节能

3.1 变频调速

变频调速结构简单，稳定可靠，调速精度高，启动转矩大，调速范围广，节能显著。我厂在回转窑主传动、选粉机、煤粉喂料、冷机筐床、料浆供给和排风机(除大功率的高压排风机之外)等设备上，都采用了变频调速，我厂电动机变频器应用情况见表 3。    

经过近 10年的应用说明，变频调速确实稳定可靠，节能显著，建议对直流调速、电磁滑差调速的设备进行变频调速改造

3.2绕线式电动机液体调速

对于一些调速精度要求不高，调速范围要求不宽，并且不频繁调速的绕线式电动机，如风机、水泵等设备的大中型绕线式异步电动机采用液体调速有效与变频调速、可控硅串级调速相比，该方式更经济、可靠、实用，维护简单，虽调速时效率稍低，但功率因数高，且全速时效率高于变频调速，价格仅为变频调速的几分之一。该设备采用强制冷却的方法由循环水装置来降低在调速过程中液体电阻因通电发热所升高的温度，有效地解决了以前热容量不够容易引起开锅的现象。我公司一分厂在1台 460kW 喷枪泵上使用已有2 年，投入前一次运行电流平均为 42A，投入后平均电流降低为 36A。运行功率由340kw 降为 286kw，节电达 16%。广东肇庆小湘水泥有限公司一分厂制成 355kw 排风机电动机使用了1台YQT-500 型液体调速器，投入前一次运行电流平均为 36A，投入后平均电流为 26A，节电率达 28%。因此水泥企业的窑尾排风机高压绕线电动机最适宜液体调速改造。    

另外，传统调速所采用的晶闸管串级调速、直流调速、电磁滑差调速、液力耦合器调速和异步电动机的变级调速等，有的逐渐被淘汰，有的在水泥企业应用较少，不再逐一介绍。

4 电动机的功率因数补偿

4.1 原理及补偿类型

笼型电动机通常采用并联电容器就地补偿的方法。我厂在35 台37kW 以上的笼型低压电动机上进行了并联电容器补偿，每年节电17万kWh。绕线式电动机可采用进相机补偿的方式。进相机补偿分旋转式和静止式2 种，由于旋转式进相机结构上的缺陷，目前逐步被静止式进相机所代替。我厂在原料磨 1000kW 电动机上采用了静止式进相机补偿，电动机温升下降了 16℃，功率因数升为0.98，一次电流降低 16%，每年节约电费 9.6 万元。

4.2应注意的问题

经常停用的电动机，年利用率很低的电动机，多速电动机，经常反复开停，点动或堵转的电动机和双向转动或反接制动的电动机，不宜进行就地补偿。

5 结束语

目前，水泥行业的竞争非常激烈，但关键还是制造成本的竞争，而电动机电耗占成本30%，因此做好电动机的降耗增效工作就显得极为重要。所以，我们要从电动机的选型、启动方式和运行方案设计等每个环节开展细致的工作，同时要大力应用新技术新成果，促进企业的节能降耗。    

作者：高俊

单位：葛洲坝水泥厂