孔祥軍 柳興軍

摘 ? 要：300MW級火電機組是目前電力網(wǎng)中運行的普遍機組，該型機組鍋爐燃燒系統(tǒng)通常設計配備4臺電壓等級為6kV的磨煤機，是鍋爐輔機系統(tǒng)中高耗能廠用電設備，且系統(tǒng)長期運行，故障頻繁，為降低能耗進而達到降低廠用電率，將磨煤機電機進行永磁同步電機改造，通過改造既達到了節(jié)能減排又降低了廠用電系統(tǒng)節(jié)電指標。

關(guān)鍵詞：火電 ?磨煤機電機 ?節(jié)能

中圖分類號：TM62 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）11（b）-0074-02

1 ?項目背景及概述

某火電公司1、2號爐B、C、D磨煤機電機，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、防護等級IP54、絕緣等級：F級絕緣、Y接的高壓異步電動機。由于電機使用環(huán)境較差、頻繁啟動、運行周期長等原因，造成設備維護成本逐年加大;同時因該電機功率因數(shù)和效率都很低，因此能耗較高，作為長周期運行的高能耗設備，不利于節(jié)能降耗，同時事故頻繁，也不利于安全生產(chǎn)。為保證設備長周期安全穩(wěn)定運行，為降低能耗并進一步降低300MW機組的廠用電率，計劃將1、2號爐B、C、D磨煤機電機進行改造，改造為高效高壓永磁同步電機，達到節(jié)能減排的目標。

2 ?當前技術(shù)路線比較

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

3 ?可行性方案及特點

可行性改造方案是將原異步電動機改造為永磁同步電動機，不改變原有地基基礎和電氣連接方式，直接替換原異步電機，操作方便、可行。替換永磁同步電機可以提高電機效率，提高功率因數(shù)，降低電機運行電流、減少無功損耗，降低電機運行溫度，運行平穩(wěn)，減少電機維護量等特點。改造即可達到節(jié)能減排，降本增效的目的，同時還延長了電氣開關(guān)、電纜、控制柜等的壽命。

本項目涉及的高效高壓永磁同步電動機，兼有感應電動機和電勵磁同步電動機的特點，采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)實現(xiàn)異步起動同步運行。電動機定子采用經(jīng)適配性改進的三相異步電動機定子，轉(zhuǎn)子采用內(nèi)嵌稀土永磁材料的實心結(jié)構(gòu)。電動機起動時依靠定子旋轉(zhuǎn)磁場與籠型轉(zhuǎn)子相互作用產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)起動，運行時由轉(zhuǎn)子內(nèi)嵌的永磁體提供磁場結(jié)合定子旋轉(zhuǎn)磁場維持電動機同步運行。

電機是以磁場為媒介進行電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的電力機械。磁場可以由電流勵磁產(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，遠遠超過電流勵磁，因而可以制造出數(shù)千瓦的大中型電機。

稀土永磁電機最明顯的性能特點是輕型化、高性能化、高效節(jié)能。同時具有運行噪聲小、平穩(wěn)性好、過載能力大等特點。平均節(jié)電率高達10%以上。

與傳統(tǒng)的電勵磁電機相比，省掉了易損壞的集電環(huán)和電刷、且沒有勵磁損耗，稀土永磁電機具有損耗少、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、溫升低、噪聲小、節(jié)電效果明顯、運行可靠性高、體積功率密度大、易于維護等優(yōu)點，同時，由于降低了近99%無功功率，大大降低了對電網(wǎng)的沖擊和損害。按照國家電機能效提升計劃，每年節(jié)電量可達2～3個三峽電站年發(fā)電量，因此它的推廣應用將帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

綜上所述，永磁同步電動機具有如下特點：（1）高效率及電機的綜合損耗低。（2）功率因數(shù)高。（3）穩(wěn)定工作時運行電流低。（4）經(jīng)濟運行頻帶寬。（5）溫升低，可靠性高。（6）起動轉(zhuǎn)矩大、起動性能好。

4 ?工程規(guī)模和主要內(nèi)容

本工程主體為將1、2號爐B、C、D磨煤機異步電機共六臺更換為高效高壓永磁同步電動機。

在相同工況下與原異步電機相比有很大的節(jié)能效果，可滿足工況要求，并且更換電機時無需改變原電機的工位、地基基礎和控制操作系統(tǒng)，不影響原電機負載的工作運行狀態(tài)，所以不會影響正常生產(chǎn)運營。因此本方案可行，不存在安全風險。

5 ?項目投資估算/概算

設備費：永磁同步電動機6臺（合計2940000元）

施工費：原電動機拆除6臺（合計：12000元）

永磁同步電動機安裝、調(diào)試：6臺（合計：48000元）

總計：300萬元

6 ?項目總體預期效果

以單臺磨煤機異步電機改造實例分析：改造為TYCKK500-6 ?功率500kW的永磁同步電機，更換后電機運行效率96.6%，功率因數(shù)達到0.99，運行電流為20A，原異步電機運行電流為41A，電流降低48.8%，降低了電機運行溫度，減少電機故障率和維護量，運行穩(wěn)定可靠，達到了節(jié)能減排，降低廠用電的目的。

本機組B、C、D磨煤機電機運行電流在41A左右，運行工況基本相同。

節(jié)能效果估算

（1）節(jié)能技改節(jié)電量計算方式：

①有功功率計算公式為：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無功功率的計算公式為：PQ=√3UIsinφ

注：PQ1為技改前的無功功率 ? ?PQ2為技改后的無功功率

③無功功率引起電網(wǎng)有功功率損耗的計算公式為：

P無=PQ×KQ（KQ系數(shù)取 0.06）

注：P無1為技改前的功率損耗 ? P無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1-P無2）}×年運行時間（按5000h計算）。

⑤年節(jié)電費（元）P總=△P×電價

（2）按技改前、后磨煤機電機實際運行參數(shù)為依據(jù)進行計算：

技改前的異步電機有功功率：P有1=332.34kW

技改前的異步電機無功功率：PQ1=268.43kvar

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

技改后的永磁電機有功功率： ?P有1=205.8kW

技改后的永磁電機無功功率： ?PQ1=29Kvar

技改后無功功率引起電網(wǎng)有功損耗：P無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

電費按照1kWh=0.3749元計算，節(jié)電費705000×0.3749=264304.5元

由此永磁電機改造投資回收期為1.9年。

綜上，由于高壓永磁同步電機具有較高的功率因數(shù)和效率以及相對低的運行電流，改造后預計電機運行效率96.6%，功率因數(shù)達到0.99，運行電流降低48.8%以上，降低85%以上無功損耗，降低電機運行溫度，減少電機故障率和維護量，運行穩(wěn)定可靠，以達到節(jié)能降低廠用電，降本增效的目的。

7 ?結(jié)語

此改造項目操作簡單，風險性低，效果顯著，能夠達到節(jié)能減排的目的。高效高壓永磁同步電動機的廣泛應用，可以提高能效水平，具有良好的經(jīng)濟和社會效益。

參考文獻

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