350 MW火電機組磨煤機永磁同步電機節能改造性能分析

王曉楠，呂艷會

（1.國電科學技術研究院有限公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110000；2.華晨寶馬汽車有限公司，遼寧 沈陽 110000）

0 引 言

為了響應國家環保政策及節能降耗的要求，火力發電企業已將降低發電成本做為長遠目標考慮[1]。各發電企業均努力尋求新技術、新設備以求提高廠用輔機運行效率、降低廠用電率，從而降低企業生產成本，提高企業經濟效益和綜合競爭能力[2-3]。

在眾多降低廠用輔機設備能耗的方法中，采用高效節能永磁同步電動機效果明顯，用其替換高壓感應異步電動機已在火力發電企業中得到廣泛應用[4-6]。相較于普通異步電動機，高壓永磁同步電動機采用永磁體勵磁，無需外部提供勵磁電流，無功功率小，在各種負荷下均能保持較高的功率因數[7]。永磁同步電動機轉速無滑差，無轉子基波鐵耗和銅耗，電機定子電流相對較小，進而電機損耗和線路損耗有效降低[8]。同時，永磁電動機具有高而平的效率特性曲線，能在較為寬泛的負荷工作區間內保持很高的效率，特別是在低負載工況下節能效果更為顯著。

本文以某350 MW火力發電廠磨煤機永磁同步電機改造項目為例，通過試驗對比分析，探討永磁同步電機的節能效果。

1 試驗對象及試驗方法

某火力發電廠設計為2臺350 MW機組，1號機組1B磨煤機電機采用普通異步電動機，2號機組2B磨煤機經改造，將原異步電動機更換為永磁同步電機。兩種電動機參數如表1所示。

表1 磨煤機電機技術參數

試驗過程中保持兩臺機組運行工況相同。在某一典型工況下磨煤機穩定運行，分別考察異步電機和永磁同步電機的運行情況。期間保持給煤量不變，監測磨煤機給煤量、分離器出口擋板開度、磨煤機出口風壓及電機溫度等參數。利用功率分析儀，記錄電機電壓、電流信號，計算出相應的有功功率、無功功率和功率因數等參數。同時測量電機轉速，進行風機功率 修正。

2 試驗結果分析

記錄4個典型工況下的運行參數，分別對應給煤量30 t/h、40 t/h、50 t/h及55 t/h。每個工況下穩定運行1 h，持續記錄運行數據，計算該時間內各參數的平均值，如表2所示。

由表2可見，磨煤機在相同工況下給煤量基本保持一致，永磁電機運行電流明顯小于異步電機，且功率因數始終維持在0.9以上的較高水平，明顯高于異步電機。功率方面，永磁同步電機平均有功功率始終低于異步電機，消耗的電能較少。相比兩者所需無功功率，永磁同步電機優勢更為明顯，異步電機運行需要大量無功功率，而永磁同步電機則基本沒有無功功率需求。

根據試驗數據得出不同工況下兩種電機功率因數及電機效率曲線，如圖1、圖2所示。

表2 磨煤機電機運行參數

圖1 磨煤機電機功率因數對比曲線

圖2 磨煤機電機效率對比曲線

由圖1可知，異步電機運行效率在低負荷時處于較低水平，只有50%左右，直至約80%負荷時才達到較高水平。而永磁同步電機在低負荷區間就能夠在高功率因數下運行，已接近額定參數水平。由圖2可知，異步電機在低負荷下效率較低，相比之下永磁同步電機在輕載時也能保持較高的電機效率，兩者之間的差距在此工況下最為明顯。對比兩種電動機在不同工況下的電機電流，如圖3所示。

在相同負荷下，永磁電機的定子電流明顯更低，僅為異步電機的40%～60%，且在低負荷區間電流降低比率較大。由于電機電流的有效降低，定子損耗也隨之降低，這也是永磁電機高效節能的原因之一。

圖3 磨煤機電機定子電流對比曲線

計算各工況下試驗起止時間段內消耗的電量值，將其折算至每小時的電量值。同時依據公式計算永磁電機綜合節電率，結果如表3所示。

其中：WAM為異步電動機的有功電量；WPMSM為永磁同步電機的有功電量；QAM為異步電動機的無功電量；QPMSM為永磁同步電機的有功電量；KQ為無功經濟當量，電動機電源由發變組高廠變提供，KQ取0.06。

由表3可知，永磁電機在30 t/h負荷階段，節約有功電量12.5%；在40 t/h負荷階段，節約有功電量5.77%；在50 t/h負荷階段，節約有功電量7.32%；在55 t/h負荷階段，節約有功電量6.91%，節能效果明顯。

無功方面，異步電機為電網中無功功率的主要消耗者，而永磁同步電機運行中無無功損耗，減少了大量的無功功率損耗。無功功率損耗的減小，相關設備及轉子損耗也隨之減小，同時提高了電壓水平，提高了系統功率因數及系統設備用電效率。

表3 磨煤機電機運行參數

3 結 論

根據磨煤機更換為高壓永磁同步電機后對比試驗數據分析，永磁同步電機運行穩定，較之異步電機具有更大的轉矩，具有更高的功率因數、更小的損耗等優點。在不同工況下，永磁同步電機有功功率損耗小，無功功率基本無損耗，功率因數及運行效率均明顯高于異步電機，尤其在中、低負荷工況下節能效果更為明顯。改造后電能損耗大大減少，用電效率提高，具有明顯的經濟效益。