節(jié)能減排背景下高壓電動機通風節(jié)能的設計措施★

李德金

（甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心， 甘肅 白銀 730400）

1 節(jié)能減排背景下高壓電動機通風節(jié)能的設計意義

隨著科技的不斷發(fā)展，高壓電動機通風節(jié)能技術不斷優(yōu)化。例如采用節(jié)能減排的高壓電動機材料，采用新型高效節(jié)能的高壓電動機控制器，采用高效節(jié)能的變頻器，采用新型高效的高壓電動機冷卻方式等等。這些技術創(chuàng)新和革新可以不斷提高高壓電動機的能效水平，從而增強高壓電動機通風節(jié)能性能。在實際應用中，高壓電動機的效率取決于其額定功率、最大功率和負載能力。由于額定功率和空載損耗是固定的，高壓電動機的效率取決于負載能力。如果負載能力低，高壓電動機的效率就會降低。當負載率高時，高壓電動機將快速啟動。高壓電動機的效率直接受到負荷率的影響，即使在空載條件下，其功率因數(shù)也會很低，僅能達到0.2～0.3。但是，隨著負荷率的增加，高壓電動機的功率因數(shù)也會相應增加，從而提高其效率。將通風節(jié)能理念融入高壓電動機當中，可以減輕高壓電動機對環(huán)境造成的污染，推動高壓電動機逐步向節(jié)能減排方向發(fā)展。

節(jié)能減排背景下高壓電動機通風節(jié)能設計是一個綜合性的工程，需要多種節(jié)能減排和降本增效技術相互配合才能達到最佳通風節(jié)能效果。例如，通過加強高壓電動機的設計，可以提高高壓電動機的應用效率；通過改進高壓電動機控制系統(tǒng)，降低高壓電動機的負荷率；通過采用高效節(jié)能的設備，降低高壓電動機的能耗等。這些不同的技術手段可以相輔相成，形成一個完整的高壓電動機通風節(jié)能系統(tǒng)，從而達到最有效的降本增效效果。

2 節(jié)能減排背景下高壓電動機通風節(jié)能的設計方法

2.1 高壓電動機通風節(jié)能總體結構

高壓電動機的通風系統(tǒng)能把高壓電動機運行過程中產(chǎn)生的熱量（主要是鐵損和銅耗）帶走，以保證高壓電動機電氣活性材料運行在合適的溫度。高壓電動機通風系統(tǒng)是密閉、雙路、徑向強迫自循環(huán)風冷系統(tǒng)，每臺高壓電動機定子外圈均布設置10 臺空冷器，單臺冷卻容量850 kW，高壓電動機原設計冷卻風量為150 m3/s。為了有效地提高高壓電動機通風節(jié)能設計，工作人員需要首先繪制出一個完整的架構圖。本次設計高壓電動機的設計步驟為：

1）根據(jù)高壓電動機余熱量計算高壓電動機所需的通風量；

2）計算消除室內有害物所需送風量；

3）計算高壓電動機運行所需空氣量及局部排風量。

2.2 高壓電動機散熱量

高壓電動機散熱量計算公式如下：

式中：Ne為高壓電動機額定功率，取785.2 kW；B為高壓電動機的耗油率，取0.12；q為發(fā)熱值，柴油取35 261 kJ/kg；η1為高壓電動機散向周圍空氣的熱量系數(shù)，取5%。代入數(shù)值計算得Q1=231.6 kW。

2.3 主控芯片的選取

STM32，又稱STM32F103C8T6，已成為一款應用廣泛的高性能數(shù)據(jù)處理器，具有312 K 緩存，在保證數(shù)據(jù)安全性和效率的同時，可以滿足多行數(shù)據(jù)的高速傳輸。該微處理器具有大量的IO 口，其中有三個采用串行連接，可以承受-35～70 ℃的極低溫度，并且可以多次使用，以滿足各種應用場景的需求。RTC 具有自動定時功能，但其成本遠遠超過48 單片機。

2.4 加強采集模塊的設計

為了在節(jié)能減排的背景下實現(xiàn)高壓電機的節(jié)能通風效果，工作人員需要實時監(jiān)控其運行速度，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄鼙O(jiān)控平臺。在節(jié)能減排的大背景下，高壓電機的通風節(jié)能設計工作一般分為兩個階段。第一階段在原制造單位的協(xié)助下實施，主要措施是改變風量分布，提高風量利用率。目前，它們都在六個單元上實施。第二階段改進是在2 號機組定子改造期間實施的，主要措施是減少供熱，提高冷卻效率，優(yōu)化氣流組織。兩個方案的改進都達到了預期的效果。

2.4.1 第一方案

1）密封轉子支撐臂回風出口35%。原設備制造單位于2005 年對5 號機組轉子支撐臂孔上回風口密封進行了50%和35%的對比試驗。試驗表明，當上回風出口段的密封性為35%時，效果最佳。在此狀態(tài)下，總風量從165 m3/s 下降到145 m3/s，隨著總風量的增加，總風量略有下降。當下回風量由23 m3/s 增加到50 m3/s，占總風量的35%左右，達到了原設計預期。

2）增加本地設備風量。根據(jù)原設計集電環(huán)室風管的對稱布局，在集電環(huán)室額外增加一個風管。在原有設計的基礎上，集熱器環(huán)室通風量增加一倍。

3）提高風能利用效率。調整轉子上下導風板間隙，在動態(tài)轉動下將密封間隙控制在5 mm 以內，消除漏風壁對通風流通的阻礙。將集熱器環(huán)室上下導風板之間的密封間隙調整到5 mm 以內，密封兩個刷座之間的間隙，減少漏風，使冷卻空氣集中在加熱部件表面，從而提高冷卻效率。

2.4.2 第二方案

利用高壓電動機通風節(jié)能改造工作，對高壓電動機通風系統(tǒng)進行重新設計，減少定子發(fā)熱，提高冷卻效率，改變風量分布。具體措施和方法如下：在高壓電動機通風節(jié)能設計階段，優(yōu)化電磁參數(shù)，在滿足性能參數(shù)的條件下選擇較低的磁通密度。定子齒處的最大磁通密度為1.88 T，以降低定子棒的整體溫度水平。定子鐵芯采用優(yōu)質硅鋼片，采用B50A250 材料制成。原設計通風溝共50 層，每層高度為4 mm。為滿足通風降溫要求，在保持通風截面的前提下，將每層風管高度增加至5 mm，將風管層數(shù)減少至55 層。

原子結構為小齒壓板結構，后張緊螺釘處有較大的漏氣間隙。定子改造時采用大齒狀壓板結構，壓螺通過鐵芯沖孔板預留孔，因此此部分不再有漏氣間隙。

3 節(jié)能減排背景下高壓電動機通風節(jié)能的設計措施

3.1 加強高壓電動機通風節(jié)能減排設計

通過加強對高壓電動機的優(yōu)化設計，可以提高高壓電動機的應用效率，從而增強高壓電動機通風節(jié)能減排。例如，使用節(jié)能減排的高壓電動機材料，優(yōu)化高壓電動機通風節(jié)能結構，降低高壓電動機損耗問題。通過改變負載的大小和類型，高壓電動機可以更穩(wěn)定地運行并降低其能耗。高壓電動機的控制系統(tǒng)對高壓電動機的能耗有重要的影響。通過改進高壓電動機的控制系統(tǒng)，可以降低高壓電動機的負荷率，從而降低高壓電動機的能耗。例如，采用高效節(jié)能的高壓電動機控制器，使用高效節(jié)能的變頻器，采用改進的高壓電動機控制策略。此外，通過優(yōu)化高壓電動機的啟?？刂品椒ǎ梢越档透邏弘妱訖C的啟停次數(shù)，降低高壓電動機的能耗。在高壓電動機的使用過程中，還可以使用高效節(jié)能的設備來降低高壓電動機的能耗。例如，使用高效節(jié)能的傳動裝置，使用高效節(jié)能的軸承，以及使用高效節(jié)能的散熱方法。此外，通過選擇合適的高壓電動機規(guī)格和型號，可以避免高壓電動機過大或過小，從而降低高壓電動機的能耗。

3.2 加強高壓電動機維護和檢修

高壓電動機應具備穩(wěn)定運行、低故障率等特點。穩(wěn)定運行是指高壓電動機在長時間運行過程中能夠保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，不會出現(xiàn)頻繁的停機或故障。低故障率則是指高壓電動機的故障發(fā)生概率較低，能夠減少維修和更換的頻率。為了提高高壓電動機的可靠性，可以采用優(yōu)質的材料和零部件，進行嚴格的質量控制和檢測，以及定期的維護和保養(yǎng)。為了達到最佳的能效，高壓電動機必須具有較大的負荷率。如果負荷率大于70%，可以獲得很好的性能，達到80%以上的最優(yōu)狀態(tài)；相反，如果負荷率小于70%，則可以獲得較差的性能，并且達到較差的成本效益。通過采取措施防止高壓電動機過載，達到通風節(jié)能的目的。由于高壓電動機的高溫特性，應盡可能降低所需的額外功耗，以保證其正常工作狀態(tài)。定期維護和檢修高壓電動機也是提供高壓電動機通風節(jié)能減排和降本增效的重要部分。通過定期清洗高壓電動機、更換高壓電動機的磨損部件、調整高壓電動機的運行參數(shù)等，可以保證高壓電動機的正常運行，降低高壓電動機的能耗。此外，還可以通過對高壓電動機進行定期檢測和診斷，及時發(fā)現(xiàn)高壓電動機的故障和問題，避免故障擴大化，降低高壓電動機的能耗。

3.3 提升工作人員的管理水平

高壓電動機使用過程中人員的操作和管理對高壓電動機通風節(jié)能設計也有重要影響。因此，通過培訓人員，提高管理技能，可以降低高壓電動機的誤操作和不當使用，從而降低高壓電動機的能耗。例如，提高人員的安全意識，加強高壓電動機的管理和維護等。加強高壓電動機的定期保養(yǎng)工作，可以延長高壓電動機的使用壽命。工作人員應建立以電機應用為基礎的設備管理制度，嚴格落實電機維修管理職責，加強對電機使用和維修記錄的科學記錄。工作人員應定期關注電機運行的環(huán)境，檢查和清潔電機內部的系統(tǒng)設備，保持通風的環(huán)境。這樣可以有效避免有害氣體對電機的影響。同時，工作人員需要嚴格按照相關操作和要求進行操作，減少因操作不當造成的故障損壞。

3.4 合理選擇高壓電動機起動裝置

高壓電動機應具備高效率、低能耗等特點。高效率是指高壓電動機在轉換電能為機械能時的能量損失較低，能夠更有效地利用電能。低能耗則是指高壓電動機在運行過程中消耗的能量較少，能夠減少對能源的需求。高壓電動機的高效性能可以通過優(yōu)化設計、采用高效的材料和制造工藝等方式來實現(xiàn)。無刷無環(huán)起動器可有效啟動11～60 kW 的高低壓繞線電機。它的優(yōu)點是啟動過程不需要任何外力，不需要更換啟動環(huán)，也不用擔心粉塵污染。啟動器采用頻率敏感變阻器技術，應用于電機軸上，無需額外啟動裝置即可實現(xiàn)自動啟動。通過對液體變阻器起動器的改進，可以更精確地控制大繞線電機的運行。該裝置通過調節(jié)兩極之間的液阻，使兩極板之間的距離保持一定的差異，從而使整個電機的運行更加平穩(wěn)。

4 結語

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，節(jié)能減排背景下高壓電動機通風節(jié)能的設計工作的高效開展，需要有科學合理的工作方案作指導，因此工作人員需要在此基礎上對高壓電動機內外部的環(huán)境進行充分考慮，使得高壓電動機的通風節(jié)能工作在具體的實施過程中能夠與節(jié)能減排的發(fā)展相適應，進而讓企業(yè)經(jīng)營管理水平得到有效提高。高壓電動機應長時間運轉，此過程會產(chǎn)生巨大能耗，若想達到節(jié)能減排的設計效果，應對節(jié)能減排的通風節(jié)能設計展開科學的分析，結合高壓電動機運行情況來確定通風節(jié)能控制方法，進而滿足節(jié)能減排與降本增效的工作目標。