孔祥军 柳兴军
摘 要：300MW级火电机组是目前电力网中运行的普遍机组，该型机组锅炉燃烧系统通常设计配备4台电压等级为6kV的磨煤机，是锅炉辅机系统中高耗能厂用电设备，且系统长期运行，故障频繁，为降低能耗进而达到降低厂用电率，将磨煤机电机进行永磁同步电机改造，通过改造既达到了节能减排又降低了厂用电系统节电指标。
关键词：火电 磨煤机电机 节能
中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）11（b）-0074-02
1 项目背景及概述
某火电公司1、2号炉B、C、D磨煤机电机，为YMPS500-6型，额定功率：500kW、额定电流：66.5A、功率因数：0.78、转数：980r/min、防护等级IP54、绝缘等级：F级绝缘、Y接的高压异步电动机。由于电机使用环境较差、频繁启动、运行周期长等原因，造成设备维护成本逐年加大;同时因该电机功率因数和效率都很低，因此能耗较高，作为长周期运行的高能耗设备，不利于节能降耗，同时事故频繁，也不利于安全生产。为保证设备长周期安全稳定运行，为降低能耗并进一步降低300MW机组的厂用电率，计划将1、2号炉B、C、D磨煤机电机进行改造，改造为高效高压永磁同步电机，达到节能减排的目标。
2 当前技术路线比较
将原异步电动机改造为永磁同步电动机，是当前较多电厂广泛采用的比较成熟的方案，成功案例表明，设备运行稳定，适合频繁启动，节能效果显著，故障率低的特点。其仅将电机整体进行更换，不改变电气连接方式，不扩占空间，未增加其他如变频器、高压柜等设备，优势较为明显，投资成本低、未额外增加维护量、适合较差的运行条件及磨煤机频繁启动的特点。
3 可行性方案及特点
可行性改造方案是将原异步电动机改造为永磁同步电动机，不改变原有地基基础和电气连接方式，直接替换原异步电机，操作方便、可行。替换永磁同步电机可以提高电机效率，提高功率因数，降低电机运行电流、减少无功损耗，降低电机运行温度，运行平稳，减少电机维护量等特点。改造即可达到节能减排，降本增效的目的，同时还延长了电气开关、电缆、控制柜等的寿命。
本项目涉及的高效高压永磁同步电动机，兼有感应电动机和电励磁同步电动机的特点，采用具有自主知识产权的新型转子结构实现异步起动同步运行。电动机定子采用经适配性改进的三相异步电动机定子，转子采用内嵌稀土永磁材料的实心结构。电动机起动时依靠定子旋转磁场与笼型转子相互作用产生的异步转矩实现起动，运行时由转子内嵌的永磁体提供磁场结合定子旋转磁场维持电动机同步运行。
电机是以磁场为媒介进行电能与机械能相互转换的电力机械。磁场可以由电流励磁产生，也可以由磁体产生。高性能稀土永磁材料的出现，特别是高性能钕铁硼永磁体产生的磁场，远远超过电流励磁，因而可以制造出数千瓦的大中型电机。
稀土永磁电机最明显的性能特点是轻型化、高性能化、高效节能。同时具有运行噪声小、平稳性好、过载能力大等特点。平均节电率高达10%以上。
与传统的电励磁电机相比，省掉了易损坏的集电环和电刷、且没有励磁损耗，稀土永磁电机具有损耗少、效率高、结构简单、温升低、噪声小、节电效果明显、运行可靠性高、体积功率密度大、易于维护等优点，同时，由于降低了近99%无功功率，大大降低了对电网的冲击和损害。按照国家电机能效提升计划，每年节电量可达2～3个三峡电站年发电量，因此它的推广应用将带来巨大的社会效益和经济效益。
综上所述，永磁同步电动机具有如下特点：（1）高效率及电机的综合损耗低。（2）功率因数高。（3）稳定工作时运行电流低。（4）经济运行频带宽。（5）温升低，可靠性高。（6）起动转矩大、起动性能好。
4 工程规模和主要内容
本工程主体为将1、2号炉B、C、D磨煤机异步电机共六台更换为高效高压永磁同步电动机。
在相同工况下与原异步电机相比有很大的节能效果，可满足工况要求，并且更换电机时无需改变原电机的工位、地基基础和控制操作系统，不影响原电机负载的工作运行状态，所以不会影响正常生产运营。因此本方案可行，不存在安全风险。
5 项目投资估算/概算
设备费：永磁同步电动机6台（合计2940000元）
施工费：原电动机拆除6台（合计：12000元）
永磁同步电动机安装、调试：6台（合计：48000元）
總计：300万元
6 项目总体预期效果
以单台磨煤机异步电机改造实例分析：改造为TYCKK500-6 功率500kW的永磁同步电机，更换后电机运行效率96.6%，功率因数达到0.99，运行电流为20A，原异步电机运行电流为41A，电流降低48.8%，降低了电机运行温度，减少电机故障率和维护量，运行稳定可靠，达到了节能减排，降低厂用电的目的。
本机组B、C、D磨煤机电机运行电流在41A左右，运行工况基本相同。
节能效果估算
（1）节能技改节电量计算方式：
①有功功率计算公式为：P有=√3UIcosφ
注：P有1为技改前有功功率 P有2为技改后有功功率
②无功功率的计算公式为：PQ=√3UIsinφ
注：PQ1为技改前的无功功率 PQ2为技改后的无功功率
③无功功率引起电网有功功率损耗的计算公式为：
P无=PQ×KQ（KQ系数取 0.06）
注：P无1为技改前的功率损耗 P无2技改后的功率损耗
④综合年节电量：
△P={（P有1-P有2）+（P无1-P无2）}×年运行时间（按5000h计算）。
⑤年节电费（元）P总=△P×电价
（2）按技改前、后磨煤机电机实际运行参数为依据进行计算：
技改前的异步电机有功功率：P有1=332.34kW
技改前的异步电机无功功率：PQ1=268.43kvar
技改前无功功率引起电网有功损耗：P无1=268.43×0.06=16.1kW
技改后的永磁电机有功功率： P有1=205.8kW
技改后的永磁电机无功功率： PQ1=29Kvar
技改后无功功率引起电网有功损耗：P无1=29×0.06=1.74kW
年综合节电量：△P={（332.34-205.7）+（16.1-1.74）×5000/h=705000kW
电费按照1kWh=0.3749元计算，节电费705000×0.3749=264304.5元
由此永磁电机改造投资回收期为1.9年。
综上，由于高压永磁同步电机具有较高的功率因数和效率以及相对低的运行电流，改造后预计电机运行效率96.6%，功率因数达到0.99，運行电流降低48.8%以上，降低85%以上无功损耗，降低电机运行温度，减少电机故障率和维护量，运行稳定可靠，以达到节能降低厂用电，降本增效的目的。
7 结语
此改造项目操作简单，风险性低，效果显著，能够达到节能减排的目的。高效高压永磁同步电动机的广泛应用，可以提高能效水平，具有良好的经济和社会效益。
参考文献
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