火電廠中電機(jī)節(jié)能降耗途徑分析

王昆 孫廣鵬 張峰 張傳成 閆麗

摘 要：我國經(jīng)濟(jì)和人民生活水平不斷提高，對電力的需求也越來越大。這就使我國電網(wǎng)的總裝機(jī)容量不斷遞增。在火力發(fā)電廠，發(fā)電輔助設(shè)備均為大功率高耗能電動(dòng)機(jī)，也是電廠用電的消耗大戶，通過對電廠電機(jī)的節(jié)能降耗技術(shù)和方法進(jìn)行相關(guān)的探討和分析，促使火電廠節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：電機(jī)；節(jié)能；降耗；途徑

中圖分類號：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號：16723198（2015）23028801

隨著我國經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的不斷提高，對電力的需求也越來越大。這就使我國電網(wǎng)的總裝機(jī)容量不斷遞增。而在我國電網(wǎng)的總裝機(jī)容量中，火電廠占總裝機(jī)容量的80%左右。在火力發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)組機(jī)，送風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、引風(fēng)機(jī)、吸塵風(fēng)機(jī)、給水泵、排污泵等發(fā)電輔助設(shè)備，均為大功率高耗能電動(dòng)機(jī)，也是電廠用電的消耗大戶，因此，電動(dòng)機(jī)的節(jié)能降耗工作，對火電廠來說具有十分重工的意義。再者，我國目前80%的電動(dòng)機(jī)的效能都處于較低的水平，同高效能的電機(jī)相比較，效能要低5個(gè)百分點(diǎn)以上。因此，通過對電廠電機(jī)的節(jié)能降耗技術(shù)和方法進(jìn)行相關(guān)的探討和分析，對促時(shí)火電廠節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益都具有很重要的意義。本文結(jié)合工作實(shí)際情況，對在火電廠中電機(jī)節(jié)能降耗的途徑做如下分析和論述。

1 無功補(bǔ)償技術(shù)的運(yùn)用，提高電機(jī)的功率因數(shù)

通過分析可以知道，電機(jī)功率因數(shù)的降低主要由以下幾個(gè)方面造成的：（1）電壓問題：當(dāng)電機(jī)供電電壓過低過高時(shí)，電機(jī)在工作時(shí)，因轉(zhuǎn)差率升高，或者因空載電流增加，都會(huì)導(dǎo)致電機(jī)功率因數(shù)降低；（2）電機(jī)負(fù)荷與電機(jī)功率不匹配：在電機(jī)的工作過程中，不同的負(fù)荷負(fù)載，其功率因數(shù)變化較大。一般情況下，當(dāng)電機(jī)在額定負(fù)載下工作時(shí)，其功率因數(shù)達(dá)到最佳狀態(tài)。此時(shí)功率因數(shù)一般可以達(dá)到0.8～0.9左右，而在輕載狀態(tài)下，功率因數(shù)在0.3～0.7，在空載狀態(tài)下，功率因數(shù)在0.2～0.3；（3）電機(jī)的啟動(dòng)：電機(jī)在剛開始啟動(dòng)時(shí)，其啟動(dòng)電流為額定電流的3～7倍，而其功率因數(shù)僅為0.1～0.3；（4）電機(jī)的安裝中出現(xiàn)的問題：這主要體現(xiàn)在電機(jī)安裝時(shí)，中心定位誤差較大，導(dǎo)到電機(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生有磁場變化，致使工作電流增加，降低了功率因數(shù)。還有安裝中出現(xiàn)氣隙不均問題，也是引起功率因數(shù)降低的主要原因。

電機(jī)功率因數(shù)的降低，無疑增加了電能的消耗，對電廠的節(jié)能工作造成不利影響。因此，需要采取相應(yīng)的措施來提高電機(jī)工作時(shí)的功率因數(shù)。我們都知道在電機(jī)工作過程中，需要電網(wǎng)提供有功和無功電能才能工作。但在供電線路中，有功和無功率的產(chǎn)生，會(huì)對線路造成較大的損耗，而通過無功補(bǔ)償裝置，在設(shè)備終端對電機(jī)進(jìn)行無功補(bǔ)償，可以較好的提高電機(jī)功率因數(shù)。無功補(bǔ)償裝置，是由多個(gè)支路濾波器組成，根據(jù)無功功率的大小，自動(dòng)控制其投切。一方面，可以很好的為電機(jī)提供無功功率。另一方面，線路對無功功率傳輸?shù)臏p少，可以較好的降低供電線路產(chǎn)生的損耗。變壓器也可以提高其利用率，減少無功電能的變送。

2 運(yùn)用過變頻調(diào)速技術(shù)，減少電能消耗

在火電廠的工況條件下，針對間歇性負(fù)載，運(yùn)用變頻技術(shù)，可以很少的達(dá)到減少電機(jī)電能消耗之目的。變頻技術(shù)是指通過根據(jù)負(fù)載工況的變化，通過對輸入電能的頻率變化的改變，對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)約用電的目的，提高電機(jī)的使用效率和壽命。比如，針對電廠風(fēng)機(jī)水泵類電機(jī)，以10kW功率為例，如果如果在其負(fù)載恒定的情況下，其工作輸出是10kW功率，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)變化后，只需要5kW功率就可以滿足其工作的條件下，如果不采取變頻措施，其輸出功率仍為10kW功率，浪費(fèi)了5kW功率。而采取變頻技術(shù)后，其可以通過對電能頻率的改變，使其只輸出5kW功率，既滿足了工作要求，又減小了功率的浪費(fèi)。而對于工作于穩(wěn)定負(fù)載狀態(tài)下的電機(jī)而言，采用變頻技術(shù)，不僅不會(huì)節(jié)約電能，反而因降低電機(jī)整體工作效率，增加用電量。變頻技術(shù)，對電機(jī)的節(jié)能效果，可達(dá)到30%以下，節(jié)能減耗效果明顯。也是目前電機(jī)廣泛使用的一種節(jié)能技術(shù)。以廣泛應(yīng)用的交-直-交變頻器為使，其具有小啟動(dòng)電流、平滑調(diào)速、高效率、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)。對于在火電廠中泵類負(fù)載電機(jī)、負(fù)載隨流量變化的離心式風(fēng)機(jī)等都具有良好的功率與轉(zhuǎn)速成正比、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速平方成正比的機(jī)械特性，但是由于在設(shè)計(jì)初期，通常留的功率富裕量很大，大馬來拉小車現(xiàn)象嚴(yán)重，造成能源較大的浪費(fèi)。而通過變頻調(diào)速技術(shù)的運(yùn)用，其節(jié)電效果尤為顯著，值得在電廠中做進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。

3 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，降低電機(jī)能耗

通過變轉(zhuǎn)差率對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速的方法主要有以下幾種。

3.1 變定子電壓調(diào)速

變定子電壓調(diào)速的方法，主要是依據(jù)在定子電壓與其機(jī)械特性的函數(shù)關(guān)系，即電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)亂矩與電壓的平方成正比，達(dá)到在改變電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速的目的。但是，因?yàn)檗D(zhuǎn)矩的變化較大時(shí)，對電機(jī)的轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)仍不明顯。因此，在一般籠型電動(dòng)機(jī)這種調(diào)速技術(shù)運(yùn)用較少。擴(kuò)大調(diào)速的范圍，可以在轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動(dòng)機(jī)或者是力矩電機(jī)上運(yùn)用變定子電壓調(diào)速技術(shù)，效率較好。此調(diào)速一般適用于電廠100kW以下的電壓，具有線路簡單，便于自動(dòng)化控制的特點(diǎn)為。主要采用串聯(lián)電抗器、晶閘管、自耦變壓器等常用的調(diào)壓技術(shù)。

3.2 串電阻調(diào)速

串電阻調(diào)速技術(shù)主要運(yùn)用于繞線式電動(dòng)機(jī)，通過在一只可變電阻器串接在其轉(zhuǎn)子回路，從而使其轉(zhuǎn)子電阻增加，減小了電機(jī)轉(zhuǎn)子電流，降低電機(jī)轉(zhuǎn)矩。通過串接不同阻值的電阻，達(dá)到改變轉(zhuǎn)差率，適應(yīng)于不同的調(diào)速要求。但此路方法，對電機(jī)而言，僅能達(dá)到降低其轉(zhuǎn)速的目的，但因電阻也要消耗一定能耗，適于用功耗不高，對轉(zhuǎn)速要求變化不大的電機(jī)，主要具有簡單易行、方便控制的特點(diǎn)。

3.3 電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速

電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速主要針對籠型電動(dòng)機(jī)調(diào)速，通過直流勵(lì)磁電源（控制器）、電磁轉(zhuǎn)差離合器來達(dá)到調(diào)速的目的。其中直流勵(lì)磁電源主要部件是單相全波或半波晶閘管整流器，通過晶閘管的導(dǎo)通角的變化，對勵(lì)磁電流進(jìn)行控制，從而使輸出的直流電壓被改變，進(jìn)而控制電磁轉(zhuǎn)差離合器的電流，達(dá)到對電機(jī)調(diào)速的目標(biāo)。其主要針對電廠中小功率的電機(jī)。此方法的控制線路簡單，改造方便易行，運(yùn)行平滑，對電網(wǎng)不間生諧波影響，可以達(dá)到無級調(diào)速。

3.4 串級調(diào)速

對電機(jī)進(jìn)行串級調(diào)速，長期以來已經(jīng)有很多此方面的研究和應(yīng)用，也是被廣泛應(yīng)用和證明是異步電機(jī)的經(jīng)常使用的一種調(diào)速方法。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，串級調(diào)速技術(shù)也有了很大的改進(jìn)，應(yīng)用也更為廣泛。在傳統(tǒng)的電機(jī)串級調(diào)速技術(shù)中，主要是通過對電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中串接調(diào)速裝置和逆變壓器，通過對逆變角的調(diào)整，達(dá)到調(diào)節(jié)等效反電動(dòng)勢來進(jìn)行調(diào)速。但這種方法在實(shí)際應(yīng)用中，可靠性較差，也導(dǎo)致電機(jī)功率因數(shù)降低。而改造后的現(xiàn)代串級調(diào)速，將逆變角固定一個(gè)最小值。再通過對斬波器的周期比率及導(dǎo)通時(shí)間，來對串入轉(zhuǎn)子回路的等效電勢的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)?，F(xiàn)代的串級調(diào)速方法，避免了傳統(tǒng)方法中功率因數(shù)降低、運(yùn)行可靠性差等不足，具有自身功耗小、控制電壓低、節(jié)電效果明顯、調(diào)速范圍廣、調(diào)速平滑等優(yōu)點(diǎn)，可以在火電廠中對高壓大中型電動(dòng)機(jī)調(diào)速改造中應(yīng)用此種技術(shù)。

4 使用高效電機(jī)，降低能耗

電機(jī)未來的發(fā)展方向是更高的效率，更強(qiáng)的可靠性和更廣的應(yīng)用范圍。我國高效電機(jī)的進(jìn)一步普及是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。高效電機(jī)的普及應(yīng)用是電機(jī)能效提升計(jì)劃的核心手段和根本解決途徑。電機(jī)是用電量最大的終端用能設(shè)備，目前我國電機(jī)保有量約17億千瓦，總耗電量約3萬億千瓦時(shí)，電機(jī)耗電占全社會(huì)總用電量的64%、工業(yè)用電的75%。與此同時(shí)，我國電機(jī)系統(tǒng)（電機(jī)與拖動(dòng)設(shè)備）運(yùn)行效率比國外低10%～20%。據(jù)估算，電機(jī)能效每提高1%，每年可節(jié)約用電260多能億千瓦時(shí)。高效電機(jī)是是通過采用新工藝、新材料、新技術(shù)，降低能耗，提高效率輸出。電機(jī)作為火電廠生產(chǎn)中的能耗消耗大的設(shè)備，對生產(chǎn)過程有著至關(guān)重要的作用。采用高效電機(jī)不僅可以提高生產(chǎn)率和降低電機(jī)生命周期成本，對節(jié)能降耗也具有十分好的作用。因此，有條件的情況下，更換高效電機(jī)，無疑是火電廠節(jié)能降耗的重要途徑之一。

5 結(jié)束語

在我國，電機(jī)起步和發(fā)展相對其他國家來說較晚，但是發(fā)展比較迅速，大功率電機(jī)在火電廠生產(chǎn)中使用廣泛。在國家對節(jié)能降耗工作的高度重視前提下，采取科學(xué)的手段，降低電機(jī)能耗，無疑對減少能源消耗并降低二氧化碳的排放量具要的意義。

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