電動機變頻節(jié)能技術在火電項目中的應用分析

常繼偉　楊朔

摘? ?要：電動機節(jié)能以電廠壽命周期效益最大化為目標，從設計和設備選擇入手，研究火力發(fā)電廠電動機節(jié)電措施，并使采取節(jié)電措施的投入在合理的年限內得以回收，從而最大限度地提高電廠的經(jīng)濟效益和競爭能力。文章針對2×350 MW超臨界供熱機組，提出了電動機變頻節(jié)電措施，達到了降低該項目廠用電率的預期，積極響應了國家提出的相應節(jié)能減排政策。

關鍵詞：電動機;節(jié)能;變頻技術

1? ?概述

本工程為2×350 MW超臨界供熱機組，配兩臺蒸發(fā)量為1 145 t/h的超臨界煤粉爐，本工程熱負荷主要以供熱區(qū)的民用采暖及工業(yè)供熱為主。為滿足國家提出的環(huán)保要求，安裝了選擇性催化還原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）的脫硝裝置和應用石灰石—石膏技術濕法煙氣脫硫裝置。對本工程提出的電動機節(jié)電措施，達到了降低該項目廠用電率的預期，積極響應了國家提出的相應節(jié)能減排政策

2? ? 電動機的選擇

電動機應選用高效節(jié)能型產(chǎn)品，電動機的效率不小于98%[1]。異步電動機應采用Y型系列電動機，電動機的功率因數(shù)應大于0.85。電動機的鐵芯應采用優(yōu)質冷軋硅鋼片。

到目前為止，我國電廠已經(jīng)普遍應用Y系列節(jié)能電動機，該電動機是J系列的換代產(chǎn)品，較老款電動機其平均效率能夠提高0.5%左右[2]。不僅如此，功率因數(shù)和轉矩都有所提高。最新的YZ系列三相異步電動機，雖然在價格方面高20%左右，但是其加權平均效率比舊款電動機可以提高3%。對運行時間超過3 000 h/年時，節(jié)電費用在3年內可以回收多出的投資，應加以推廣。

眾所周知，電動機是主要耗能設備，應該根據(jù)泵、風機等設備的軸功率選擇合適的電機系數(shù)，在保證使用的前提下盡量減少裕量，達到降低能耗指標的目的。此外應該響應國家政策，優(yōu)先選用節(jié)能型電機。

3? ? 電動機負載系數(shù)的確定

負載系數(shù)在0.75～1.0時電機的效率最高，應盡量避免負載系數(shù)在0.5以下，此時效率下降特別明顯。

可將三角形接法的電動機改為星形接法，在輕載運行的電機中，節(jié)電效果非常明顯。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，改接后，負載系數(shù)為0.1～0.3的電動機效率可提高27%～40%[3]，系數(shù)越低越明顯。節(jié)能的主要原因是改接后，電機的許用功率為銘牌功率的40%左右，提高了電機的負載系數(shù)。

4? ? 變頻節(jié)能技術

為了提高運行的效率，對需要變速運行和負荷變化較大的電機經(jīng)濟技術比較可采用變頻調速或雙速電機。通過近幾年的電廠應用實踐，輔機采用高壓變頻調速技術是可行的，同時經(jīng)濟效益非常明顯，技術性能明顯高于其他方式。

在該工程的應用中，凝結水泵推薦為采用變頻器，節(jié)能效果顯著。其他低壓電機，當在較大范圍進行調節(jié)的時候，如供油泵、沖洗水泵等，應優(yōu)先采用變頻調節(jié)技術，可以顯著節(jié)能，達到較好的性能。

目前，國家節(jié)能降耗方面力度很大，有理由相信，變頻技術可以改善機組調節(jié)性能，同時大量節(jié)約能源，為電廠帶來較大的效益。

火力發(fā)電廠中使用了相當數(shù)量的風機和泵類機械，許多水泵、風機的流量隨運行工況和燃料種類而變化，某些情況下變化幅度相當大。根據(jù)水泵、風機的流量特性，應用變頻調速實現(xiàn)變速及變流量控制，是節(jié)能的有效措施。一般來講，泵類、風機具有以下特點：

式中：Q1，Q2為流量，m3/s;N1，N2為轉速，rad/min;P1，P2為功率，kW;H1，H2為揚程（壓頭），m（或Pa）。

即流量是與轉速成比例的;功率與轉速的3次方成比例;揚程卻與轉速的平方成比例。傳統(tǒng)的方式是：在降低流量時，將水泵或風機的出口調節(jié)閥（或擋板）開度調小，降低到相應流量，不過由于通流面積減小，使阻力即壓頭或揚程增大，造成能量的損失。

由圖1可知，當流量降到80%時的功率為：PB=HBQB= 1.2HA×0.8QA=0.96PA，也就是說流量下降20%，功率僅下降4%。

異步感應電動機的轉速n與轉差率s、電源頻率f，電機極對數(shù)p 3個參數(shù)有如下關系：

可見其轉速與電源頻率成正比。變頻器是通過改變電源頻率f從而實現(xiàn)改變電動機轉速的。采用變頻技術后，當降低流量時，只需降低變頻器的輸出頻率就能達到要求。

流量降低時，流通面積并沒有變化，系統(tǒng)阻力反而會減小。當流量下降到80%時，功率為PC=HCQC=0.7HA×0.8QA=0.56PA。也就是說流量下降20%，功率下降44%。

電動機轉速降低而引起的效率降低和變頻器的損耗合計約6%后，扣除后，功率仍可降低41%左右，可見采用變頻調速節(jié)電效果顯著。

變頻調速技術可以將功率因數(shù)提高到0.9以上，從而使變壓器和供電線路降低能耗。不過，使用變頻調速技術應注意以下幾點：適用于連續(xù)運行的電動機（年運行時間不小于3 000 h）;適用于流量變化幅度較大的電機，如空冷風機、凝結水泵等。

5? ? 結語

本工程電動機全部選用高效節(jié)能型產(chǎn)品，異步電動機應采用Y系列節(jié)能電動機，凝結水泵配高壓變頻器，從而使節(jié)能降耗的目的得以實現(xiàn)，將廠用電率盡可能降低，為火電廠競價上網(wǎng)提高響應的競爭能力。

[參考文獻]

[1]秦和.電動機的能效水平及其影響[J].中小型電機，2003（1）：1-13.

[2]李芳明.火力發(fā)電廠優(yōu)化與女性問題及策略研究[J].科技展望，2015（8）：97.

[3]JEFF F.Getting more from motor tests[J].Power Transmission Design，1997（1）：20-25.