YKK500-4 1 000 kW送風機電機換相法改極改造的實際應用

金健明 曹忠偉 史濟方

(1.上海上電電力工程有限公司，上海200090；2.上海外高橋發電有限責任公司，上海 200137）

YKK500-4 1 000 kW送風機電機換相法改極改造的實際應用

金健明1曹忠偉2史濟方1

(1.上海上電電力工程有限公司，上海200090；2.上海外高橋發電有限責任公司，上海 200137）

簡要分析了送風機4級電機改造的必要性和可行性，基于節能角度，闡述了送風機電機改極改造的原理，并以上海外高橋發電有限責任公司YKK500-4 1 000 kW、6 000 V送風機電機改4/6極為例，詳細分析了送風機電機換相法改極改造的措施，介紹了改造后的送風機電機在實際運行中取得的良好效果。該方案對于實現發電廠送風機電機變極和節能改造有著重要的借鑒意義。

送風機；電機；改極改造；節能

0 引言

在上海外高橋發電有限責任公司(以下簡為上海外高橋電廠），送風機電機作為送風機的驅動機，主要作用是通過空氣預熱器向爐膛輸送燃燒所需的熱空氣，一般是按夏、冬季發電負荷所需風量配套恒速電動機。由于季度不同，發電負荷也隨之變化，因此爐膛所需風量亦作相應變動，采用調節閥門擋板開度來調節風量，不能達到節能的目的。如將原驅動電機改造為近極單繞組雙速電動機，根據各季節氣象條件的改變來變更電機的轉速，以實現風量的調節，可達到節能的目的。

1 送風機電機改極改造方案

1.1 改造原理

由離心式風機相似定律可知，在一定范圍內改變風機的轉速，風機泵的效率近似不變，其性能近似關系為:

式中，n為轉速；Q為風量；P為功率。

根據上述定律關系，改變電機轉速、調節風量，獲得的節能效果為轉速比的三次方。

電機雙速改造的方法最初是在電機內設置高、低速2套繞組，這種方法不經濟。近年來，隨著技術的進步，異步電動機采用一套繞組，按所需設置2種轉速，僅改變接線即可滿足要求。如采用“反向法”改造，其具體方法是改變電機極對數，不改變各槽的屬相，而僅在每相所屬線圈，改變部分線圈中電流方向，達到變后極的轉速。但變后極的繞組是非正規接法，繞組系數、效率較低，電機的輸出功率及性能將大為下降，且還伴有較大的諧波分量?，F今均采用“換向法”改造，具體方法是電機改變極對數p1時，通過打破原來三相的界限，把各線圈重新組合分配給三相繞組，從而得到改變后的極對數p2。具體步驟是:首先畫出按p2對極的槽號相位圖，第二步在圖上按p2對極相位排列p1對級的三相所占槽號，第三步在三相槽號表上任意劃分三相互差120。的對稱軸線，把變前極p1繞組每相槽號劃分為3段，而用改變各段之間連接來改變極數，這樣就可以得到第一個對稱的變極方案。此后可移動3根對稱軸線，但移動時必須保持它們之間仍互差120。，每移動一次，各段所占槽號的相位分布發生變化，就獲得一個新的對稱方案，因此，能簡便地獲得許多不同的變極方案，再根據電磁計算校核功率、轉距、功率因數、啟動電流、溫升等各項性能，從中挑選最佳方案。由于變后極p2仍是正規接法，其繞組系數較高(一般均在0.86以上），雖然變后極轉速下降，電機冷卻風量減少，其輸出功率受到影響，但對送風機電機在變極后所需功率是完全能滿足的。這種變極電機引線接頭有27個，在切換時需停機并用手工來改接引線接頭，對于送風機運行方式的特點而言，是完全可以適用的。

根據同類電機改造經驗，這種變極方法能使電機在2種轉速下均獲得良好的運行性能。改造后的電機除增加一臺固定在電機上的改極箱外，不需添置任何設備，相對采用變頻調速裝置，在改造費用、運行方便性、安全可靠性等方面均有極大的優越性。

1.2 具體改造方案

1.2.1 原電機參數及改造后的參數要求

本次改造方案中原電機型號、參數如表1所示。

表1 原電機型號、參數

本次改極改造方案中，4極改造的參數基本不變；6極改造要求功率變為600 kW，轉速變為984 r/min。

1.2.2 改極改造的分析計算

1.2.2.1 槽相量分析

以電機槽數為48槽、6極時每極每相槽數為例，按照相關公式進行計算，繞組為三相非對稱排列。為此，必須對6極的每極每相線圈進行合理分配，使之盡可能地接近三相對稱。48槽、6極時，槽相量分析如圖1所示。

1.2.2.2 矢量值計算

繞組分布系數為:A相15.26/16≈0.954；B相15.26/16≈0.954；C相15.10/16≈0.944。

1.2.2.3 矢量角度計算

圖1 槽相量分析圖

A、B相位差:149.12-30.88=118.24。；B、C相位差:270-149.12=120.88。；C、A相位差:90+30.88=120.88。。1.2.2.4 矢量值與矢量角分析

矢量值誤差:(量大值-最小值）/最小值×100%=[(15.26-15.10）/15.10]×100%≈1.0%；

矢量角分析:(最大值-最小值）/最小值×100%=[(120.88-118.24）/118.24]×100%≈2.2%。

1.2.3 4/6極2種轉速下的線圈參數調節及電機性能計算參數

考慮到要求電機6極時的功率為600 k W，故確定電機2種極數下4/6極的接法為2Y/△。6極時，電機即使在△接法運行，磁通密度變化也相當大，因此盡可能調整節距，提高短距系數，以增加有效匝數。同時節距調整后，電機在4極時短距系數降低了，有效匝數就減少，因此必須增加匝數來保證4極性能基本不變，同時增加匝數后，又能增加6極時的有效匝數，降低6極運行時的磁通密度，改善6極運行時的性能。實際計算結果為:匝數由16圈增加到18圈，繞組節距調整為8，即4極時為短距，6極時為整距，2種極數下的氣隙磁通密度分別為0.757 2 T/0.838 1 T。

1.2.4 電機的熱負荷控制

由于電機6極時功率為600 kW，所以熱負荷不作分析計算。電機4極運行時，原電機熱負荷為2 100 kW，通過調整電機電磁線尺寸，提高槽滿率，改造后4極運行時熱負荷2 133 kW，接近原數值。

1.2.5 電機主要參數

本方案中電機改造前后的主要參數對比如表2所示。

1.2.6 電機內、外部接線方案

YKK500-4 1 000 k W、6 000 V送風機電機改4/6極方案中，送風機電機內部和外部接線圖如圖2、圖3所示。

表2 電機主要參數對比表

圖2 電機內部接線圖

圖3 電機外部接線圖

2 電機改造后的實際運行狀況

2014年5月上海外高橋電廠1A、1B送風機改造后，每年用電低谷可以實現低速運轉，用電高峰月份倒接線端子，保持在高速(即原轉速）。投運3個月后，得出如下結論:

(1）該電機改雙速后，無論高速(即原轉速）運行或是低速運行，各項性能指標(振動、繞組溫升、噪聲、輸出功率）均能達到國家標準；

(2）送風機在低速運行時，能夠滿足爐膛內的正壓力，保證鍋爐的正常運行；

(3）送風機電機在低速運行時，耗電量大大降低，電機電流由原先的113 A降低到75.4 A，日節電量約7 380 kW·h。

實際運行證明，改造計算正確，電機的各項性能正常，改造獲得成功。

3 結語

送風機改造后，該廠就可以根據季節條件來改變驅動轉速，達到調節風量、節約廠用電的目的。根據該廠實際情況，送風機的運行方式為:春秋季5個月(10、11、12、3、4月）均可采用低速運行方式，其余月份仍為原轉速運行方式?？紤]設備需要定期切換或調停，該風機至少每年低速運行近90天，年節電量約為664 200 kW·h，折合人民幣約13.3萬元，基本上2年即可收回成本。變極調速運行可靠、技改資金投入低是送風機電機改雙速電機的最大優勢。根據氣溫變化采用4/6極組合運行方式，合理調節風量，能使機組在最合理的負荷下運行。因此，選擇變極調速電機，是目前送風機電機節能改造中最經濟、最實用的方案。

[1]胡虔生.電機學[M].北京:中國電力出版社，2005

[2]劉景峰.電機檢修[M].北京:中國電力出版社，2005

[3]譚金鵬.電動機繞組維修實用技術數據手冊[M].北京:科學出版社，2011

2014-10-16

金健明(1964—），男，上海人，高級工程師，研究方向:電機檢修。