永磁調(diào)速技術(shù)在某1?000?MW機(jī)組閉式水泵電機(jī)的應(yīng)用研究

胡賢軍

摘 要：永磁調(diào)速技術(shù)是一種先進(jìn)、可靠的電動(dòng)機(jī)調(diào)速節(jié)能技術(shù)。該文介紹了永磁調(diào)速的節(jié)能原理，通過對(duì)比某1 000 MW機(jī)組閉式水泵在不同負(fù)荷下的運(yùn)行工況，量化分析了在閉式水泵電機(jī)上應(yīng)用永磁調(diào)速技術(shù)節(jié)能量的大小及經(jīng)濟(jì)上的可行性，總結(jié)了在電廠運(yùn)行工況變化較大的輔機(jī)上應(yīng)用永磁調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，是離心式風(fēng)機(jī)或泵類負(fù)荷調(diào)速節(jié)能的一種新選擇。

關(guān)鍵詞：永磁調(diào)速 1 000 MW機(jī)組 閉式水泵 節(jié)能

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（c）-0073-02

1 永磁調(diào)速裝置介紹

其工作原理是通過氣隙將扭力從電機(jī)端傳向負(fù)載端，設(shè)備傳動(dòng)側(cè)與負(fù)載側(cè)之間無連接。位于傳動(dòng)裝置一側(cè)的強(qiáng)力稀土磁和位于另一側(cè)的導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電流在交互作用下產(chǎn)生扭力。通過改變氣隙間距可以實(shí)現(xiàn)扭力的精確控制，從而達(dá)到速度控制。

永磁調(diào)速裝置由四個(gè)部分組成：（1）永磁轉(zhuǎn)子組件內(nèi)含稀土磁，與負(fù)載連接。（2）導(dǎo)體轉(zhuǎn)子組件與電機(jī)連接。（3）執(zhí)行組件用于控制永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間的氣隙間距。

輪轂和縮緊盤高強(qiáng)度縮緊盤將耦合器輪轂固定在電機(jī)軸和負(fù)載軸上。

2 永磁調(diào)速技術(shù)節(jié)能原理

在實(shí)際工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用中，為了保證負(fù)荷最大時(shí)風(fēng)機(jī)或水泵系統(tǒng)滿足輸出要求，通常需要按系統(tǒng)的最大輸出能力配備風(fēng)機(jī)水泵系統(tǒng)，而真正實(shí)用中，絕大多數(shù)情況下并非需要系統(tǒng)在滿負(fù)荷下使用，而是根據(jù)負(fù)載的實(shí)際需要，通過流量控制元件如閥門或風(fēng)門擋板等實(shí)現(xiàn)流量和/或壓力控制，以滿足生產(chǎn)過程的需要，但在閥門或擋板開度減小時(shí)，電機(jī)輸入功率不會(huì)顯著減小，很多能量由此浪費(fèi)掉。

采用永磁調(diào)速器技術(shù)，可以通過調(diào)節(jié)氣隙實(shí)現(xiàn)流量和/或壓力的連續(xù)控制，取代原系統(tǒng)中控制流量和/或壓力的閥門或風(fēng)門擋板，在電機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)或水泵的轉(zhuǎn)速。

風(fēng)機(jī)水泵等離心負(fù)載符合相似定律：

Q1/Q2=n1/n2 （流量變化與轉(zhuǎn)速變化成正比）

H1/H2=（n1/n2）2 （壓力變化與轉(zhuǎn)速變化的平方成正比）

P1/P2=（n1/n2）3 （負(fù)載功率變化與轉(zhuǎn)速變化的立方成正比）

T1/T2=（n1/n2）2 （負(fù)載扭矩變化與轉(zhuǎn)速變化的平方成正比）

電機(jī)輸出功率P=T×ω （功率=扭矩×轉(zhuǎn)速）

所以電機(jī)輸出功率P1/P2=（n1/n2）2

從公式及圖表可以看出，當(dāng)輸出流量和/或壓力減少時(shí)，按照離心負(fù)載的相似定律，電機(jī)功率急劇下降，減少了能源需求，從而大大節(jié)約了能源。

3 永磁調(diào)速技術(shù)在某1 000 MW機(jī)組閉式水泵電機(jī)上應(yīng)用研究

永磁調(diào)速技術(shù)在現(xiàn)有已應(yīng)用的案例中，用于電廠鍋爐風(fēng)機(jī)或泵類的基本屬于離心式，依靠出口或入口擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量，節(jié)流損失較大，風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率較低，故主要是應(yīng)用在離心式風(fēng)機(jī)或水泵類負(fù)荷上較多，以下是某1 000 MW機(jī)組閉式水泵電機(jī)采用永磁調(diào)速技術(shù)的節(jié)能量化分析。

1 000 MW工況時(shí)：

閉式水泵有效功率：

1×9.8×2 127×62/3 600=359（kW）

式中：為水密度，g為重力速度，g=9.8 N/kg，Q為水泵流量，m3/s，H為水泵揚(yáng)程，m。

閉式水泵電機(jī)功率：

（kW）

500 MW工況時(shí)：

閉式水泵有效功率：

×9.8×1 887×64/3 600=329（kW）

閉式水泵電機(jī)功率：

（kW）

通過以上計(jì)算看出，機(jī)組負(fù)荷1 000 MW降至500 MW時(shí)，閉式水泵有效功率減少30 kW，而電機(jī)輸入功率僅減少12 kW，30 kW-12 kW=18 kW，因水泵與電機(jī)效率下降而損耗掉。無論是1 000 MW還是500 MW工況下，閉式水系統(tǒng)均存在一定節(jié)流損失，若采用永磁調(diào)速裝置，改變閉式水泵轉(zhuǎn)速，合理設(shè)置閉式水泵運(yùn)行工作點(diǎn)，使之在較高效率下運(yùn)行，進(jìn)一步減少系統(tǒng)閥門的節(jié)流損失，節(jié)能量是可觀的。當(dāng)然閉式水泵運(yùn)行時(shí)，出口壓力考慮各種裕量后應(yīng)≮0.55MPa。

1 000 MW工況下，為滿足閉式水系統(tǒng)冷卻需要，設(shè)定流量仍為2 127 t/h，出口壓力≮0.55 MPa（即設(shè)定泵的運(yùn)行工作點(diǎn)為出口壓力0.55 MPa，流量2 127 t/h）時(shí)，設(shè)定最理想工況及不計(jì)永磁調(diào)速裝置本身功率損耗，采用永磁調(diào)速后，閉式水泵于額定效率η電機(jī)=0.945、η泵=0.898下運(yùn)行，此時(shí)

閉式水泵有效功率：

×9.8×2 127×55×3 600=318（kW）

閉式水泵電機(jī)功率：

（kW）

節(jié)約功率：

（kW）

節(jié)電率：

在500 MW工況下，為滿足閉式水系統(tǒng)冷卻需要，設(shè)定流量仍為1 887 t/h，出口壓力≮0.55 MPa（即設(shè)定泵的運(yùn)行工作點(diǎn)為出口壓力0.55 MPa，流量1 887 t/h）時(shí)，設(shè)定最理想工況及不計(jì)永磁調(diào)速裝置本身功率損耗，采用永磁調(diào)速后，閉式水泵仍于額定效率η電機(jī)=0.945、η泵=0.898下運(yùn)行，此時(shí)

閉式水泵有效功率：

×98×1 887×55/3 600=283（kW）

閉式水泵電機(jī)功率：

（kW）

節(jié)約功率：

（kW）

節(jié)電率：

因此，考慮總體工況，采用永磁調(diào)速后，設(shè)定最理想工況及不計(jì)永磁調(diào)速裝置本身功率損耗情況下，

平均節(jié)約功率：

（kW）

平均節(jié)電率：

考慮閉式水泵通常為雙泵互換運(yùn)行，機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)按8 000 h計(jì)算，單泵運(yùn)行時(shí)間為4 000 h，節(jié)省出的廠用電量用于多發(fā)電量，上網(wǎng)電價(jià)按當(dāng)?shù)?.46元/kW·h計(jì)算，目前市場上500 kW電機(jī)配套的永磁調(diào)速裝置價(jià)格約為100萬元，理論上：

年節(jié)約電費(fèi)：

（萬元）

投資回收年限：

（年）

4 結(jié)語

通過上述應(yīng)用分析，在 1000 MW機(jī)組類似閉式水泵電機(jī)等隨機(jī)組運(yùn)行方式變化較大的高壓輔機(jī)上采用永磁調(diào)速技術(shù)具有較好的節(jié)能經(jīng)濟(jì)性，且具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、投資回收快等優(yōu)點(diǎn)，是離心式風(fēng)機(jī)或泵類負(fù)荷調(diào)速節(jié)能的一種新選擇。

參考文獻(xiàn)

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