節能減排背景下高壓電動機通風節能的設計措施★

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 節能減排背景下高壓電動機通風節能的設計意義

隨著科技的不斷發展，高壓電動機通風節能技術不斷優化。例如采用節能減排的高壓電動機材料，采用新型高效節能的高壓電動機控制器，采用高效節能的變頻器，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也會相應增加，從而提高其效率。將通風節能理念融入高壓電動機當中，可以減輕高壓電動機對環境造成的污染，推動高壓電動機逐步向節能減排方向發展。

節能減排背景下高壓電動機通風節能設計是一個綜合性的工程，需要多種節能減排和降本增效技術相互配合才能達到最佳通風節能效果。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，降低高壓電動機的負荷率；通過采用高效節能的設備，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能系統，從而達到最有效的降本增效效果。

2 節能減排背景下高壓電動機通風節能的設計方法

2.1 高壓電動機通風節能總體結構

高壓電動機的通風系統能把高壓電動機運行過程中產生的熱量（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是密閉、雙路、徑向強迫自循環風冷系統，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，取5%。代入數值計算得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據處理器，具有312 K 緩存，在保證數據安全性和效率的同時，可以滿足多行數據的高速傳輸。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

為了在節能減排的背景下實現高壓電機的節能通風效果，工作人員需要實時監控其運行速度，并將數據傳輸到智能監控平臺。在節能減排的大背景下，高壓電機的通風節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。根據原設計集電環室風管的對稱布局，在集電環室額外增加一個風管。在原有設計的基礎上，集熱器環室通風量增加一倍。

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能改造工作，對高壓電動機通風系統進行重新設計，減少定子發熱，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能設計階段，優化電磁參數，在滿足性能參數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 節能減排背景下高壓電動機通風節能的設計措施

3.1 加強高壓電動機通風節能減排設計

通過加強對高壓電動機的優化設計，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能減排。例如，使用節能減排的高壓電動機材料，優化高壓電動機通風節能結構，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定地運行并降低其能耗。高壓電動機的控制系統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，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，采用高效節能的高壓電動機控制器，使用高效節能的變頻器，采用改進的高壓電動機控制策略。此外，通過優化高壓電動機的啟停控制方法，可以降低高壓電動機的啟停次數，降低高壓電動機的能耗。在高壓電動機的使用過程中，還可以使用高效節能的設備來降低高壓電動機的能耗。例如，使用高效節能的傳動裝置，使用高效節能的軸承，以及使用高效節能的散熱方法。此外，通過選擇合適的高壓電動機規格和型號，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定運行、低故障率等特點。穩定運行是指高壓電動機在長時間運行過程中能夠保持穩定的工作狀態，不會出現頻繁的停機或故障。低故障率則是指高壓電動機的故障發生概率較低，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。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%以上的最優狀態；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。定期維護和檢修高壓電動機也是提供高壓電動機通風節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，及時發現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境，檢查和清潔電機內部的系統設備，保持通風的環境。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化設計、采用高效的材料和制造工藝等方式來實現。無刷無環起動器可有效啟動11～60 kW 的高低壓繞線電機。它的優點是啟動過程不需要任何外力，不需要更換啟動環，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。

4 結語

隨著社會經濟的不斷發展，節能減排背景下高壓電動機通風節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境進行充分考慮，使得高壓電動機的通風節能工作在具體的實施過程中能夠與節能減排的發展相適應，進而讓企業經營管理水平得到有效提高。高壓電動機應長時間運轉，此過程會產生巨大能耗，若想達到節能減排的設計效果，應對節能減排的通風節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能控制方法，進而滿足節能減排與降本增效的工作目標。