孔祥軍 柳興軍

摘 ? 要：300MW級(jí)火電機(jī)組是目前電力網(wǎng)中運(yùn)行的普遍機(jī)組，該型機(jī)組鍋爐燃燒系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)配備4臺(tái)電壓等級(jí)為6kV的磨煤機(jī)，是鍋爐輔機(jī)系統(tǒng)中高耗能廠用電設(shè)備，且系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行，故障頻繁，為降低能耗進(jìn)而達(dá)到降低廠用電率，將磨煤機(jī)電機(jī)進(jìn)行永磁同步電機(jī)改造，通過(guò)改造既達(dá)到了節(jié)能減排又降低了廠用電系統(tǒng)節(jié)電指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：火電 ?磨煤機(jī)電機(jī) ?節(jié)能

中圖分類號(hào)：TM62 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）11（b）-0074-02

1 ?項(xiàng)目背景及概述

某火電公司1、2號(hào)爐B、C、D磨煤機(jī)電機(jī)，為YMPS500-6型，額定功率：500kW、額定電流：66.5A、功率因數(shù)：0.78、轉(zhuǎn)數(shù)：980r/min、防護(hù)等級(jí)IP54、絕緣等級(jí)：F級(jí)絕緣、Y接的高壓異步電動(dòng)機(jī)。由于電機(jī)使用環(huán)境較差、頻繁啟動(dòng)、運(yùn)行周期長(zhǎng)等原因，造成設(shè)備維護(hù)成本逐年加大;同時(shí)因該電機(jī)功率因數(shù)和效率都很低，因此能耗較高，作為長(zhǎng)周期運(yùn)行的高能耗設(shè)備，不利于節(jié)能降耗，同時(shí)事故頻繁，也不利于安全生產(chǎn)。為保證設(shè)備長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，為降低能耗并進(jìn)一步降低300MW機(jī)組的廠用電率，計(jì)劃將1、2號(hào)爐B、C、D磨煤機(jī)電機(jī)進(jìn)行改造，改造為高效高壓永磁同步電機(jī)，達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。

2 ?當(dāng)前技術(shù)路線比較

將原異步電動(dòng)機(jī)改造為永磁同步電動(dòng)機(jī)，是當(dāng)前較多電廠廣泛采用的比較成熟的方案，成功案例表明，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，適合頻繁啟動(dòng)，節(jié)能效果顯著，故障率低的特點(diǎn)。其僅將電機(jī)整體進(jìn)行更換，不改變電氣連接方式，不擴(kuò)占空間，未增加其他如變頻器、高壓柜等設(shè)備，優(yōu)勢(shì)較為明顯，投資成本低、未額外增加維護(hù)量、適合較差的運(yùn)行條件及磨煤機(jī)頻繁啟動(dòng)的特點(diǎn)。

3 ?可行性方案及特點(diǎn)

可行性改造方案是將原異步電動(dòng)機(jī)改造為永磁同步電動(dòng)機(jī)，不改變?cè)械鼗A(chǔ)和電氣連接方式，直接替換原異步電機(jī)，操作方便、可行。替換永磁同步電機(jī)可以提高電機(jī)效率，提高功率因數(shù)，降低電機(jī)運(yùn)行電流、減少無(wú)功損耗，降低電機(jī)運(yùn)行溫度，運(yùn)行平穩(wěn)，減少電機(jī)維護(hù)量等特點(diǎn)。改造即可達(dá)到節(jié)能減排，降本增效的目的，同時(shí)還延長(zhǎng)了電氣開(kāi)關(guān)、電纜、控制柜等的壽命。

本項(xiàng)目涉及的高效高壓永磁同步電動(dòng)機(jī)，兼有感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)異步起動(dòng)同步運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)定子采用經(jīng)適配性改進(jìn)的三相異步電動(dòng)機(jī)定子，轉(zhuǎn)子采用內(nèi)嵌稀土永磁材料的實(shí)心結(jié)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)依靠定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與籠型轉(zhuǎn)子相互作用產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)起動(dòng)，運(yùn)行時(shí)由轉(zhuǎn)子內(nèi)嵌的永磁體提供磁場(chǎng)結(jié)合定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)維持電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行。

電機(jī)是以磁場(chǎng)為媒介進(jìn)行電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電力機(jī)械。磁場(chǎng)可以由電流勵(lì)磁產(chǎn)生，也可以由磁體產(chǎn)生。高性能稀土永磁材料的出現(xiàn)，特別是高性能釹鐵硼永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電流勵(lì)磁，因而可以制造出數(shù)千瓦的大中型電機(jī)。

稀土永磁電機(jī)最明顯的性能特點(diǎn)是輕型化、高性能化、高效節(jié)能。同時(shí)具有運(yùn)行噪聲小、平穩(wěn)性好、過(guò)載能力大等特點(diǎn)。平均節(jié)電率高達(dá)10%以上。

與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁電機(jī)相比，省掉了易損壞的集電環(huán)和電刷、且沒(méi)有勵(lì)磁損耗，稀土永磁電機(jī)具有損耗少、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、溫升低、噪聲小、節(jié)電效果明顯、運(yùn)行可靠性高、體積功率密度大、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，由于降低了近99%無(wú)功功率，大大降低了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和損害。按照國(guó)家電機(jī)能效提升計(jì)劃，每年節(jié)電量可達(dá)2～3個(gè)三峽電站年發(fā)電量，因此它的推廣應(yīng)用將帶來(lái)巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述，永磁同步電動(dòng)機(jī)具有如下特點(diǎn)：（1）高效率及電機(jī)的綜合損耗低。（2）功率因數(shù)高。（3）穩(wěn)定工作時(shí)運(yùn)行電流低。（4）經(jīng)濟(jì)運(yùn)行頻帶寬。（5）溫升低，可靠性高。（6）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、起動(dòng)性能好。

4 ?工程規(guī)模和主要內(nèi)容

本工程主體為將1、2號(hào)爐B、C、D磨煤機(jī)異步電機(jī)共六臺(tái)更換為高效高壓永磁同步電動(dòng)機(jī)。

在相同工況下與原異步電機(jī)相比有很大的節(jié)能效果，可滿足工況要求，并且更換電機(jī)時(shí)無(wú)需改變?cè)姍C(jī)的工位、地基基礎(chǔ)和控制操作系統(tǒng)，不影響原電機(jī)負(fù)載的工作運(yùn)行狀態(tài)，所以不會(huì)影響正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。因此本方案可行，不存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

5 ?項(xiàng)目投資估算/概算

設(shè)備費(fèi)：永磁同步電動(dòng)機(jī)6臺(tái)（合計(jì)2940000元）

施工費(fèi)：原電動(dòng)機(jī)拆除6臺(tái)（合計(jì)：12000元）

永磁同步電動(dòng)機(jī)安裝、調(diào)試：6臺(tái)（合計(jì)：48000元）

總計(jì)：300萬(wàn)元

6 ?項(xiàng)目總體預(yù)期效果

以單臺(tái)磨煤機(jī)異步電機(jī)改造實(shí)例分析：改造為TYCKK500-6 ?功率500kW的永磁同步電機(jī)，更換后電機(jī)運(yùn)行效率96.6%，功率因數(shù)達(dá)到0.99，運(yùn)行電流為20A，原異步電機(jī)運(yùn)行電流為41A，電流降低48.8%，降低了電機(jī)運(yùn)行溫度，減少電機(jī)故障率和維護(hù)量，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，達(dá)到了節(jié)能減排，降低廠用電的目的。

本機(jī)組B、C、D磨煤機(jī)電機(jī)運(yùn)行電流在41A左右，運(yùn)行工況基本相同。

節(jié)能效果估算

（1）節(jié)能技改節(jié)電量計(jì)算方式：

①有功功率計(jì)算公式為：P有=√3UIcosφ

注：P有1為技改前有功功率 ? ? P有2為技改后有功功率

②無(wú)功功率的計(jì)算公式為：PQ=√3UIsinφ

注：PQ1為技改前的無(wú)功功率 ? ?PQ2為技改后的無(wú)功功率

③無(wú)功功率引起電網(wǎng)有功功率損耗的計(jì)算公式為：

P無(wú)=PQ×KQ（KQ系數(shù)取 0.06）

注：P無(wú)1為技改前的功率損耗 ? P無(wú)2技改后的功率損耗

④綜合年節(jié)電量：

△P={（P有1-P有2）+（P無(wú)1-P無(wú)2）}×年運(yùn)行時(shí)間（按5000h計(jì)算）。

⑤年節(jié)電費(fèi)（元）P總=△P×電價(jià)

（2）按技改前、后磨煤機(jī)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算：

技改前的異步電機(jī)有功功率：P有1=332.34kW

技改前的異步電機(jī)無(wú)功功率：PQ1=268.43kvar

技改前無(wú)功功率引起電網(wǎng)有功損耗：P無(wú)1=268.43×0.06=16.1kW

技改后的永磁電機(jī)有功功率： ?P有1=205.8kW

技改后的永磁電機(jī)無(wú)功功率： ?PQ1=29Kvar

技改后無(wú)功功率引起電網(wǎng)有功損耗：P無(wú)1=29×0.06=1.74kW

年綜合節(jié)電量：△P={（332.34-205.7）+（16.1-1.74）×5000/h=705000kW

電費(fèi)按照1kWh=0.3749元計(jì)算，節(jié)電費(fèi)705000×0.3749=264304.5元

由此永磁電機(jī)改造投資回收期為1.9年。

綜上，由于高壓永磁同步電機(jī)具有較高的功率因數(shù)和效率以及相對(duì)低的運(yùn)行電流，改造后預(yù)計(jì)電機(jī)運(yùn)行效率96.6%，功率因數(shù)達(dá)到0.99，運(yùn)行電流降低48.8%以上，降低85%以上無(wú)功損耗，降低電機(jī)運(yùn)行溫度，減少電機(jī)故障率和維護(hù)量，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，以達(dá)到節(jié)能降低廠用電，降本增效的目的。

7 ?結(jié)語(yǔ)

此改造項(xiàng)目操作簡(jiǎn)單，風(fēng)險(xiǎn)性低，效果顯著，能夠達(dá)到節(jié)能減排的目的。高效高壓永磁同步電動(dòng)機(jī)的廣泛應(yīng)用，可以提高能效水平，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

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