電動機變頻節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，研究火力發電廠電動機節電措施，并使采取節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能減排政策。

關鍵詞：電動機;節能;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的民用采暖及工業供熱為主。為滿足國家提出的環保要求，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能減排政策

2? ? 電動機的選擇

電動機應選用高效節能型產品，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，電動機的功率因數應大于0.85。電動機的鐵芯應采用優質冷軋硅鋼片。

到目前為止，我國電廠已經普遍應用Y系列節能電動機，該電動機是J系列的換代產品，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，應該根據泵、風機等設備的軸功率選擇合適的電機系數，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，優先選用節能型電機。

3? ? 電動機負載系數的確定

負載系數在0.75～1.0時電機的效率最高，應盡量避免負載系數在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，節電效果非常明顯。統計數據顯示，改接后，負載系數為0.1～0.3的電動機效率可提高27%～40%[3]，系數越低越明顯。節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。

4? ? 變頻節能技術

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，節能效果顯著。其他低壓電機，當在較大范圍進行調節的時候，如供油泵、沖洗水泵等，應優先采用變頻調節技術，可以顯著節能，達到較好的性能。

目前，國家節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性能，同時大量節約能源，為電廠帶來較大的效益。

火力發電廠中使用了相當數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。根據水泵、風機的流量特性，應用變頻調速實現變速及變流量控制，是節能的有效措施。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。傳統的方式是：在降低流量時，將水泵或風機的出口調節閥（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p 3個參數有如下關系：

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電效果顯著。

變頻調速技術可以將功率因數提高到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能型產品，異步電動機應采用Y系列節能電動機，凝結水泵配高壓變頻器，從而使節能降耗的目的得以實現，將廠用電率盡可能降低，為火電廠競價上網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.火力發電廠優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.