电解铝厂电气设备节能技术应用分析

[摘 要]本文通过对450kt/a电解铝厂进行分析，对其主要电气设备的节能技术进行应用研究和节能效果分析，并提出解决方案，更符合节能降耗的能源政策，在新建项目和节能改造项目中具有十分明显的应用优势。

[关键词]电解铝厂； 电气设备； 节能技术

中图分类号：TF821；TF808 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）22-0355-01

在我国“十二五”规划纲要中，节能指标已成为约束性指标，我国已对化工、建材、铁合金、纺织、造纸、冶金等高能耗企业下达了节能限耗指标，今后随着节能工作的逐步深入，相关限额指标还会增多。对超过限额指标的企业，国家将通过电价上涨、限产停产等惩罚性措施，来调节和限制发展。电解铝生产是典型的高耗能行业，亦被下达了节能限耗指标。按照铝行业规范条件要求新建和改造的电解铝项目铝锭综合交流电耗必须低于13200千瓦时/吨铝，因此，对其电气设备进行节能降耗方面的研究，符合国家能源政策，有利于企业进一步降低生产成本，增强市场竞争力。

一、电气设施现状

目前，现有电解铝厂的单系列产能在10～50万吨，供电系统电压等级通常为220kV，少数企业采用110kV或330kV电压等级。对于一个电解铝生产系统，直流负荷约占全厂总用电负荷的95%左右，其余5%为动力用电负荷。

直流负荷的供电由整流机组负责提供，整流机组一次电压通常为供电系统电压，调压整流变压器的调压方案采用递降或自藕式连续调压方式，冷却方式为强油风冷，整流元件采用二极管或晶闸管，整流机组调压方式采用有载调压开关粗调配自饱和电抗器或晶闸管细调。

动力负荷的供电由全厂动力变压器负责提供，动力负荷供电通常采用10kV电压等级，全厂设置一座10kV中心配电所、2～3座10kV分配电所。按照负荷分布情况在负荷集中处设置10kV配电所或10/0.38kV车间变电所，10/0.38kV车间变压器采用S9或S10型油浸式变压器； 低压电动机采用低效电机，对应能效等级为eff3及以下。

二、 电气设备能耗问题

现有电解铝厂内的电气设备虽然采用的是成熟可靠的技术，但随着电气设备制造水平和技术的不断发展，在能耗方面存在以下几方面的问题：

目前采用的递降式连续调压整流变压器，其结构容量约是电气容量的2倍，使用时必须设置角形稳定绕组并兼做补偿绕组； 全部自藕连续调压整流变压器，其结构容量约是电气容量的1.5倍，但考虑到主变绝缘等级提高的结构因素以及粗调绕组实际结构容量大的因素后，该容量系数可达到1.75以上，使用时同样需要设置角形稳定绕组并兼做补偿绕组。以上两种调压整流变压器均存在容量系数较大、使用时必须设置角形稳定绕组，导致自身损耗增加的问题。

低压电动机采用低效电机，对应原标准GB18613-2006 能效等级为eff3及以下，能效限定值与新颁布标准GB18613-2012《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》相比存在一定差距，导致运行损耗增加。

三、节能降耗研究

调压整流变压器节能降耗方面，可通过优化其调压接线形式来实现。如采用新型双卷降压二次角型接线取消独立角型补偿绕组结构的调压整流变压器，其二次侧五段粗调线圈接成延边三角型线路，三角型内的两段粗调线圈兼做补偿线圈，即取消了大型整流变中的独立补偿绕组，将补偿绕组和粗调绕组合二为一，从而降低了变压器的损耗； 又或采用第三绕组调压整流变压器，因其结构容量仅是电气容量的1.5倍，有载调压采用第三绕组进行调压，取消了大型整流变中的独立补偿绕组，将补偿绕组和粗调绕组合二为一，同样可以达到降低变压器损耗的目的。以上两种方案均可使变压器损耗降低6%以上。在进行节能效果分析时，其节能功率根据已实施的项目情况，按照固定数值进行取值分析计算。

调压整流变压器辅机节能降耗方面，可将调压整流变压器的冷却方式由强油风冷改为自冷方式，以此取消油风冷却器中循环油泵和冷却风扇等用电设备，从而实现调压整流变压器冷却器用电零消耗，以此达到节能降耗的目的。在进行节能效果分析时，其节能功率根据已实施的同等规模项目情况，按照固定数值进行取值分析计算。

10/0.38kV车间变压器节能降耗方面，可通过采用能效 1 级产品替代来实现，能效1级产品中S15型配电变压器与现有配电变压器相比，在空载损耗方面可以降低70%左右、负载损耗方面可降低10% 左右。在进行节能效果分析计算时，车间变压器有功功率损耗计算时，按简化公式（1） 进行计算。

式中： Pb―――压器有功功率损耗，kW；

Pk―――变压器空载损耗，kW；

Pd―――变压器负载损耗，kW；

Sjs―――变压器二次侧（ 输出侧） 的计算负荷，kVA；

Se―――变压器额定容量，kVA。

车间变压器年电能损耗计算时，按简化公式（2） 进行计算。

式中： Wb―――变压器的年电能损耗，kWh；

t―――变压器全年投入运行的小时，h；

τ―――变压器最大负荷小时，h；

其余符号的含义见式（1） 。

低压电动机节能降耗方面，可通过采用能效 1级产品替代来实现，能效 1 级的低压电动机与能效3 级的低压电动机相比，可使电动机效率提高 3% 左右。在进行节能效果分析时，低压电动机有功功率损耗计算时，按公式（ 3） 进行计算。

式中： Wb―――电动机的年电能损耗，kWh；

PN―――电动机的额定功率，kW；

η1―――高效电动机的效率；

η2―――普通电动机的效率；

t―――电动机一年连续运行的时间，h；

K―――负载率，K =P2/PN

P2―――电动机实际输出功率，kW。

四、结语

通过对电解铝厂调压整流变压器、10/0. 38kV车间变压器、低压电动机和全厂照明系统等电气设备自身能耗方面的研究，结合电气设备节能技术的开发应用情况，提出一套最优化的电解铝厂电气设备节能降耗解决方案，有助于电解铝企业进一步降低吨铝综合电耗，更符合节能降耗的能源政策，在新建项目和节能改造项目中具有十分明显的应用优势。

参考文献

[1] 孙干.浅谈电气设备与节能技术应用[J].电子制作，2013，（10）：253+250.

[2] 任方辉，张付占，李育.电解铝厂10KV配电一次设备选型设计[J].中国新技术新产品，2010，（16）：118.