永磁調速技術在某1?000?MW機組閉式水泵電機的應用研究

胡賢軍

摘 要：永磁調速技術是一種先進、可靠的電動機調速節能技術。該文介紹了永磁調速的節能原理，通過對比某1 000 MW機組閉式水泵在不同負荷下的運行工況，量化分析了在閉式水泵電機上應用永磁調速技術節能量的大小及經濟上的可行性，總結了在電廠運行工況變化較大的輔機上應用永磁調速技術的優點，是離心式風機或泵類負荷調速節能的一種新選擇。

關鍵詞：永磁調速 1 000 MW機組 閉式水泵 節能

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（c）-0073-02

1 永磁調速裝置介紹

其工作原理是通過氣隙將扭力從電機端傳向負載端，設備傳動側與負載側之間無連接。位于傳動裝置一側的強力稀土磁和位于另一側的導體產生的感應電流在交互作用下產生扭力。通過改變氣隙間距可以實現扭力的精確控制，從而達到速度控制。

永磁調速裝置由四個部分組成：（1）永磁轉子組件內含稀土磁，與負載連接。（2）導體轉子組件與電機連接。（3）執行組件用于控制永磁轉子與導體轉子之間的氣隙間距。

輪轂和縮緊盤高強度縮緊盤將耦合器輪轂固定在電機軸和負載軸上。

2 永磁調速技術節能原理

在實際工程設計與應用中，為了保證負荷最大時風機或水泵系統滿足輸出要求，通常需要按系統的最大輸出能力配備風機水泵系統，而真正實用中，絕大多數情況下并非需要系統在滿負荷下使用，而是根據負載的實際需要，通過流量控制元件如閥門或風門擋板等實現流量和/或壓力控制，以滿足生產過程的需要，但在閥門或擋板開度減小時，電機輸入功率不會顯著減小，很多能量由此浪費掉。

采用永磁調速器技術，可以通過調節氣隙實現流量和/或壓力的連續控制，取代原系統中控制流量和/或壓力的閥門或風門擋板，在電機轉速不變的情況下，調節風機或水泵的轉速。

風機水泵等離心負載符合相似定律：

Q1/Q2=n1/n2 （流量變化與轉速變化成正比）

H1/H2=（n1/n2）2 （壓力變化與轉速變化的平方成正比）

P1/P2=（n1/n2）3 （負載功率變化與轉速變化的立方成正比）

T1/T2=（n1/n2）2 （負載扭矩變化與轉速變化的平方成正比）

電機輸出功率P=T×ω （功率=扭矩×轉速）

所以電機輸出功率P1/P2=（n1/n2）2

從公式及圖表可以看出，當輸出流量和/或壓力減少時，按照離心負載的相似定律，電機功率急劇下降，減少了能源需求，從而大大節約了能源。

3 永磁調速技術在某1 000 MW機組閉式水泵電機上應用研究

永磁調速技術在現有已應用的案例中，用于電廠鍋爐風機或泵類的基本屬于離心式，依靠出口或入口擋板調節風量，節流損失較大，風機運行效率較低，故主要是應用在離心式風機或水泵類負荷上較多，以下是某1 000 MW機組閉式水泵電機采用永磁調速技術的節能量化分析。

1 000 MW工況時：

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為水泵揚程，m。

閉式水泵電機功率：

（kW）

500 MW工況時：

閉式水泵有效功率：

×9.8×1 887×64/3 600=329（kW）

閉式水泵電機功率：

（kW）

通過以上計算看出，機組負荷1 000 MW降至500 MW時，閉式水泵有效功率減少30 kW，而電機輸入功率僅減少12 kW，30 kW-12 kW=18 kW，因水泵與電機效率下降而損耗掉。無論是1 000 MW還是500 MW工況下，閉式水系統均存在一定節流損失，若采用永磁調速裝置，改變閉式水泵轉速，合理設置閉式水泵運行工作點，使之在較高效率下運行，進一步減少系統閥門的節流損失，節能量是可觀的。當然閉式水泵運行時，出口壓力考慮各種裕量后應≮0.55MPa。

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

閉式水泵有效功率：

×9.8×2 127×55×3 600=318（kW）

閉式水泵電機功率：

（kW）

節約功率：

（kW）

節電率：

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

閉式水泵有效功率：

×98×1 887×55/3 600=283（kW）

閉式水泵電機功率：

（kW）

節約功率：

（kW）

節電率：

因此，考慮總體工況，采用永磁調速后，設定最理想工況及不計永磁調速裝置本身功率損耗情況下，

平均節約功率：

（kW）

平均節電率：

考慮閉式水泵通常為雙泵互換運行，機組年運行小時按8 000 h計算，單泵運行時間為4 000 h，節省出的廠用電量用于多發電量，上網電價按當地0.46元/kW·h計算，目前市場上500 kW電機配套的永磁調速裝置價格約為100萬元，理論上：

年節約電費：

（萬元）

投資回收年限：

（年）

4 結語

通過上述應用分析，在 1000 MW機組類似閉式水泵電機等隨機組運行方式變化較大的高壓輔機上采用永磁調速技術具有較好的節能經濟性，且具有結構簡單、運行維護費用低、投資回收快等優點，是離心式風機或泵類負荷調速節能的一種新選擇。

參考文獻

[1] 王玉彬.電動機調速及節能技術[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2] 徐莆榮.大功率風機水泵調速節能運行的技術經濟分析[J].電源技術應用，2002，5（1）：46-52.