能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。我國是目前世界上第二大能源生產(chǎn)國和消費國，隨著我國經(jīng)濟的較快發(fā)展和工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進程的加快，能源需求還在不斷增長，而作為二次能源的電能供需矛盾近年來也越來越突出?！吨腥A人民共和國節(jié)約能源法》已于2008年4月1日起頒布施行，而剛剛盛大開幕的中國2010年上海世博會的理念也是“綠色世博”和“低碳世博”。在這里，我們作為電氣設(shè)計人員，針對水泥行業(yè)的特點，簡單談?wù)勗谶M行水泥廠電氣設(shè)計時需要考慮的節(jié)能問題和節(jié)能措施。

　　1 供配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計
　　廠區(qū)總降、配電站、電力室等應(yīng)盡量靠近負荷中心，以縮短供電半徑，減少線路損耗。各電力室應(yīng)根據(jù)所轄車間負荷情況，合理選擇變壓器的容量和臺數(shù)，以便由于淡、旺季及停窯檢修等原因造成負荷變化時，能夠靈活投入切除變壓器，實現(xiàn)經(jīng)濟運行，減少由于輕載運行造成的不必要電能損耗。另外，對于分期建設(shè)或配套余熱發(fā)電的項目，在選擇變壓器容量及臺數(shù)時，還要把當(dāng)前和終期目標(biāo)實現(xiàn)等各種因素考慮在內(nèi)，進行合理的選擇、搭配、預(yù)留等。

　　2 變壓器的節(jié)能設(shè)計
　　減少變壓器的有功損耗。變壓器的有功損耗按下式計算：  

　　ΔPT =P₀+β²P_K          (1)

　　式中：ΔP_T — 變壓器的有功損耗，kW；
　　　　　P₀ — 變壓器的空載損耗，kW；
　　　　　P_K — 變壓器的短路損耗，kW；
　　　　　Β— 變壓器的負荷率。

　　(1) P₀是變壓器的鐵損，其值與負荷大小無關(guān)，只與鐵芯材料及制造工藝有關(guān)．所以在選用變壓器時要選擇節(jié)能型變壓器如S11、SCBl0等。它們是采用了先進的生產(chǎn)工藝對變壓器鐵芯進行加工處理，減少了鐵芯的渦流損耗和漏磁損耗。

　　(2) P_K是變壓器線損，它取決于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小，并與負荷率平方成正比。因此在選擇變壓器時應(yīng)選用阻值較小的繞組．如銅芯變壓器。

　　雖然變壓器負荷率在50%時其線損最小，但其鐵損卻相對較大。一般來說，變壓器最經(jīng)濟節(jié)能運行的負荷率在75%～85%之間，這個數(shù)據(jù)也正是規(guī)范中所體現(xiàn)的。

　　3 減少線路損耗
　　線路損耗按下式計算：

　　ΔP_L =3I_L2R_L·10^-3      (2)

　　式中：ΔP_L — 三相輸電線路的功率損耗，kW；
　　　　　I_L — 線電流，A；
　　　　　R_L— 線路相電阻，Ω。

　　其中線路電阻RL在通過電流不變時，線路越長則電阻值越大。水泥廠中用電設(shè)備比較多，供電線路也相應(yīng)較多，比如一條5000t/d水泥生產(chǎn)線的電纜總長度大約為20～25萬m。這些線路造成的電能損耗是相當(dāng)可觀的，所以減少線路損耗必須引起設(shè)計人員的足夠重視。在水泥廠設(shè)計中。功率>200kW的電機采用10kV電機，這主要是為了通過減小線路電流來降低線路損耗；而對某一具體設(shè)備的供電線路而言，其線路上的電流基本是不變的，因此要減少線損，就必須減少線路電阻。

　　線路的電阻R_L = ρL/S，即與導(dǎo)線電阻率ρ、導(dǎo)線長度L成正比，與導(dǎo)線截面S成反比。因此要減少電阻值就要做到以下幾點。

　　(1) 選用電阻率ρ 較小的導(dǎo)線。如銅芯導(dǎo)線較佳，鋁線次之，這一點大家都有共識，各水泥廠鋁線基本上不用了，而是以銅線代替。

　　(2) 減小線纜長度 L。在設(shè)計中線路走向及布置應(yīng)盡量合理，少走彎路。各配電站、電力室應(yīng)靠近負荷中心，以減少供電半徑。

　　(3) 增大線纜截面積 S。對于較長的線路，在滿足載流量、熱穩(wěn)定、保護配合及電壓降要求的前提下，在選擇線纜時可適當(dāng)加大線纜截面。

　　4 提高供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)
　　功率因數(shù)越高則線路無功損耗越少。前面提到的輸電線路損耗ΔPL是線路傳輸有功功率的線損和線路傳輸無功功率的線損之和。傳輸有功功率是為了滿足用電設(shè)備正常運行所必須的，是不變的。而在供配電系統(tǒng)中的某些用電設(shè)備如變壓器、電動機、燈具的鎮(zhèn)流器以及一些實驗設(shè)備(如熒光分析儀)等都具有電感性，會產(chǎn)生滯后的無功電流，它要從系統(tǒng)中經(jīng)過高低壓線路傳輸?shù)接秒娫O(shè)備末端，這就產(chǎn)生了線路的無功功率損耗。要避免這部分損耗可采取如下措施：

　　(1) 提高用電設(shè)備的功率因數(shù)。在設(shè)計中盡可能采用功率因數(shù)高的用電設(shè)備，如現(xiàn)在選用的熒光燈均采用電子式鎮(zhèn)流器。

　　(2) 用靜電電容器進行無功補償。電容器可產(chǎn)生超前無功電流抵消用電設(shè)備的滯后無功電流，在提高功率因數(shù)的同時還減少了整體無功電流。在水泥廠工程設(shè)計中．原料磨磨機、水泥磨磨機等大型高壓電動機裝設(shè)就地電容補償裝置，隨機投入和切除；各電力室0.4kV母線設(shè)置低壓功率因數(shù)自動補償裝置；總降10kV母線上設(shè)置高壓功率因數(shù)自動補償裝置。通過這些措施可使系統(tǒng)的功率因數(shù)達到0.92以上，減少了系統(tǒng)無功損耗。

　　5 電動機節(jié)能設(shè)計
　　減少電動機能耗的主要途徑是提高電動機的工作效率和功率因數(shù)。在工程設(shè)計中應(yīng)選用高效率的電動機，但是在水泥廠設(shè)計中電動機通常都是工藝及水暖等專業(yè)設(shè)備所配套的，由設(shè)備制造商統(tǒng)一供應(yīng)，所以對于電氣專業(yè)的電動機節(jié)能措施只能貫徹在運行過程中。除了就地電容器補償以減少線路損耗外，主要是減少電動機輕載和空載運行，因為在輕載運行下電動機效率是極低的，切實可行的辦法是采用變頻調(diào)速控制電動機，使其在負載率變化時自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，以提高電動機輕載時的效率，從而達到節(jié)約電能的目的。

　　6 照明的節(jié)能設(shè)計
　　照明節(jié)能設(shè)計就是在保證不降低作業(yè)面視覺要求、不降低照明質(zhì)量的前提下，力求減少照明系統(tǒng)中光能的損失，從而最大限度地利用光能，通常的節(jié)能措施有以下幾種：

　　(1) 充分利用自然光。在設(shè)計中電氣設(shè)計人員應(yīng)多與建筑專業(yè)配合，做到充分合理的利用自然光使之與室內(nèi)人工照明有機地結(jié)合，從而大大節(jié)約了人工照明電能。在水泥廠中，這部分主要涉及辦公樓、中控化驗樓、宿舍樓、招待所、食堂等。

　　(2) 照明設(shè)計規(guī)范及水泥廠設(shè)計規(guī)范中對各種場所的照度標(biāo)準(zhǔn)、視覺要求、照明功率密度等均有規(guī)定。照度標(biāo)準(zhǔn)是不可隨意降低的，也不宜隨便提高，要有效地控制單位面積燈具安裝功率，在滿足照明質(zhì)量的前提下．一般房間(場所)應(yīng)優(yōu)先采用高效發(fā)光的熒光燈(如T8、T9管)及緊湊型熒光燈，高大車間、廠房及廠區(qū)的室外照明等一般采用新型節(jié)能型高壓汞燈、高壓鈉燈等高效氣體放電光源。

　　(3) 使用低能耗性能優(yōu)的光源用電附件，如電子鎮(zhèn)流器、電子觸發(fā)器以及電子變壓器等。辦公樓、宿舍樓等場所內(nèi)的熒光燈應(yīng)選用電子鎮(zhèn)流器，氣體放電燈應(yīng)采用電子觸發(fā)器。另外，新型的LED高效節(jié)能燈也已逐步得到設(shè)計應(yīng)用。

　　(4) 改進燈具控制方式。采用各種節(jié)能型開關(guān)或節(jié)電裝置也是一種行之有效的節(jié)電方法。廠區(qū)道路及室外照明可采用程序控制或光電、聲控開關(guān)；辦公樓等公建走道、樓梯等人員短暫停留的場所可采用節(jié)能自熄開關(guān)(聲光控、觸摸延時等)；各車間燈具由照明配電箱集中控制，配電箱內(nèi)安裝照明專用節(jié)電器。

　　總之，水泥廠的電氣節(jié)能潛力是很大的。電氣設(shè)計不但要滿足各項技術(shù)指標(biāo)、功能使用及工藝要求， 還要充分考慮各項行之有效和切實可行的節(jié)能措施，從而為企業(yè)降低運行成本，帶來更大的效益。