赢创特种化学上海有限公司 上海 201507
摘要：在新建与改造项目中，超高效电机的运用存在着一定风险，需要采取措施进行评估；超高效电机的使用确实能实现节能消耗的环保要求。
关键词：节能；高效电机；超高效电机；能效标准；风险；评估；
前言：根据IEC60034-302016要求，到2017年1月1日起，要求功率在0.75KW到375KW功率的普通电动机，应该达到IE3超高效的能效标准。而我国在GB18613-2012标准中，要求0.75KW到375KW的普通电动机的能效等级在2017年9月1日起，达到IE3超高能效标准。国家发改委在2013年国法[2013]37号文件要求，2013年9月13日以后的新建项目，要求普通电动机的能效标准必须达到IE4超超高效标准。具体要求见下表1：
表1：高效电动机不同组织与标准的要求
与低效率类的电动机相比，IE3超高效电动机具有不同的起动特性，即它们的起动力矩和惯性矩可能不同。在实际使用过程中，由于能效的不同，超高效电动机的启动电流与运行电流同传统的电动机进行比较，其电流更大，如果仍然按照传统的电动机匹配电气元器件，结果造成MCC抽屉烧毁。从2015年年底到目前为止，拜耳、巴斯夫、科思创、瓦克化学等国际知名的化工项目的调试、试运行以及维护管理中，因高效或超高效电机因启动不成功造成的电机或MCC抽屉烧毁事故时有发生。
1超高效电动机使用中存在的风险与评估
超高效电机的启动转矩大，其在用于磁力耦合泵时存在启动时的风险。由于超高效电动机的启动转矩大，在起动过程中存在泵脱扣即解耦的可能性，也就是马达转动，但泵不旋转。在解耦过程中，磁体的组成部分会非常迅速地升温，例如由于金属外壳中的电涡流温升可接近300K/min，这可以形成一个潜在的点火源，在防爆区域有可能会产生爆炸危险。解决方法有三：其一是在选用超高效电动机时，需要由磁力泵厂家对设计进行核算，确定超高效电动机的启动转矩与转动惯量是否与磁力泵相匹配。其二则是，当磁力泵厂家无法对超高效电机的参数进行确认时，建议用户对超高效电机采用变频器或软启动器进行启动控制，以降低磁力泵启动时解耦合的风险，但这要增加投资成本。第三，如果因为技术与经济等方面的原因，上述两步都没有实施，则只能建议用户在电机启动时派人现场监护，根据磁力泵启动时解耦合的声音与正常启动时的声音的不同，及时终止异常启动。
超高效电动机的启动电流大，经测算超高效电动机的启动电流比普通电机高11.5%，启动电流倍数比普通电机高13.5%，因此不能按照传统的电动机来选择熔断器与接触器的参数。目前开关柜厂家推荐的电动机启动控制的熔断器、接触器的配置都是按照电动机的启动电流是额定电流的6倍的条件下来匹配的，这与超高效电动机的启动电流是额定电流的7到8倍，传统的选型配置表已经不符合要求。如图所示是电动机在三种不同能效下的启动电流，以105KW电机为例，超高效电动机的启动电流倍数超过了7.5被。设计人员如果不根据超高效电动机的特点来提高电动机所使用的熔断器与接触器，就会发生启动时烧毁电动机控制的抽屉或者控制柜。2016年至现在，在三年的时间里，我个人先后碰到了三起MCC抽屉启动时烧毁事故，其最终原因都是因此造成的。
图1：高效电机的启动电流倍数曲线
超高效电动机的运行电流比普通电机小，但是额定转速比普通电机高，因此在实际运行中如果与设备匹配不当时，有可能会造成运行电流比普通电动机的电流大。例如，2017年我公司淘汰了17台低能效电动机，全部按照原电机功率选用了超高效电动机，实际运行发现一些冷却风扇电动机的运行电流更高，能量消耗更大。为什么会产生这样的效果？分析发现，原来的冷却风扇电动机在设计选型时留有一定的裕量，而现在配备的超高效电动机的利用效率更高，使得电动机的裕量进一步加大，风扇的运行速度更高，从而造成能量消耗更大。因此在老旧项目的改造时，需要重新进行负荷核算，保证超高效电动机与设备之间的完全匹配。当然，如果电动机采用变频调速控制，在没有能力进行核算时，可以按照原电机功率选用超高效电动机。
超高效电动机的外形尺寸问题。超高效电动机的地脚螺栓与普通电机的一致，中心高与传统电机一致，但是它的机身较传统电机相对要更瘦些，更长些，接线盒的格兰孔位置更高。因此在进行超高效电机的替换时应考虑现场的实际情况，需要确保电机电缆的长度、电机的散热通道与检修通道满足要求。
图3：超高效电机在IMB5安装方式下安装尺寸的变化
2超高效电动机的应用
根据《高耗能落后机电设备（产品）淘汰目录》要求，某聚合生产车间于2017年底对22台YB系列防爆电机进行报废淘汰，并更换为超高效电动机。具体型号见表2：
表2：超高效电机替换表
在老旧电机淘汰更换的同时，根据上海市经济和信息化委员会2017年220号文件的精神，2017年底向上海市申报工业节能和合同能源管理专项资金（高效电机）项目，共获得政府项目补贴资金24100元（100元/KW）。下面以一台18.5KW4极电机为例，进行经济技术分析：IE1标准能效的电机效率为89.3%，而IE2高效电机的效率为91.2%，IE3超高效电机的效率则高达92.6%，如果按照60%平均负荷率，年运行时间8500小时，实际电能成本0.7元/度进行计算。新建项目采用高效或超高效电机投资回报期对比见表3：
表3：防爆YB系列防爆18.5KW高效/超高效电机节能投资评估
该项目于2017年6月启动，12月底全部更换完成并经验收后投入运行，因2018年的化工行情好转，电机的实际负荷率在85%，实际运行节能效果超过预期。
3结语
随着新材料的应用与新技术的发展，IE3超高效、IE4超超高效以及更高能效水平的电机将逐步取代传统的电机，我国的能源效率也会进一步提高，节能降耗的水平也会进一步改善。但在实际采用新技术中，传统的电机启动配置方案会造成超高效电机启动与运行的风险，需要我们技术人员加以注意与解决。
参考文献：
[1]《超高效电机的应用IE3与IE4电机运行的风险与措施》高志荣2018年Namur年会论文.
[2]《高效节能电机的应用》杨守胜2017年Namur年会论文.
[3]《GB18136-2012中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》.
[4]《IEC60034-30：2016EfficiencyclassesoflineoperatedACmotors》.
论文作者:杨守胜
论文发表刊物:《防护工程》2019年第2期
论文发表时间:2019/7/2
标签：高效论文; 电动机论文; 电机论文; 电流论文; 能效论文; 启动时论文; 接触器论文; 《防护工程》2019年第2期论文;