(安徽华电六安电厂有限公司 安徽省六安市 237126)
摘要：由于电厂中的电动机种类繁多，是厂用电的主要消耗者。基于目前国家节能减排的要求，在生产实践过程中坚持最小的投入获取最大产出的原则，通过理论计算和检修实践；不同季节不同的生产外部条件；不同的机组运行方式等，对电动机的定子电极的数量相应调整，改变电动的转速，从而改变相应机械的输出功率。让机组及辅机运行在经济方式下，达到节能降耗之目的。
关键词：电动机；转速；节能；降耗
1. 前言
在发电厂中，异步电动机拖动循环水泵，为凝汽器供水。凝汽器所需水量与进水温度有关，进水温度越低，凝汽器所需水量越小。由于季节不同，水温也不同，冬季时，水温最低，凝汽器所需水量最小。因此，利用大自然的季节变化，能节约水量，节约电能。
一般循泵配套的是恒速电动机，季节变化时，采用调节水泵阀门挡板的开度来调节水量，不能调节水泵转速来改变水流量以达到节能目的。为此，若用可变速的电动机来驱动水泵，冬季时，采取低速小功率运行，就可节约大量的电能。为响应国家“节能减排”政策,深挖设备节能潜力，优化系统运行方式，公司决定对循环水泵电机进行调速改造,使之能够根据机组运行工况调控转速,有效提高机组经济效益。目前,较为常用的改造方法有两种,即加装变频调节装置和对电机进行双速改造。第一种:加装高压变频器对循环水泵电机转速进行调速控制。这种方法是要添加变频设备,设备的优点是调速作用明显,但费用投入大,施工工期长。 第二种:将循环水泵电机进行变极改造(10极改为10/12极双速)。这种方法是利用电机本身条件,将电机进行单速改双速,经验成熟且费用低、工期短。
2. 设备现状分析
某厂2×135MW流化床冷凝汽轮发电机组工程，冷却水系统采用带自然通风冷却塔的二次循环冷却系统，为单元制，循环水系统为2个冷却水塔配备4台循环水泵，机组正常运行方式为每台台机由一台循泵运行，一台备用，仅迎峰度夏期间二台机运行采用双机三台循环水泵运行的方式。
通过几年运行实践表明凝气设备所配备的循环水泵运行性能不够理想,加上与循环水泵配套的单速电机在运行中转速恒定,运行方式单一,机组的循环水量不能根据运行工况进行转速调整,电能浪费严重、设备效率偏低,尤其是在低负荷或较冷季节运行时,循环冷却水温度降低，偏离设计工况较多，造成凝汽器负压过高，这种状况不利于机组的安全经济运行。夏季时循环水温度升高，偏离设计工况，机组真空下降，在采用双机三泵的运行方式后发现由于水塔的淋水面积有限，循环水流量的增加，导致水塔出水温度升高，不能有效的解决低真空的问题，同时造成厂用电耗上升。
上述两种改造方法都能做到对循环水泵的转速进行调控,保证在改造后的循环水泵的可调性能够提高,达到节能降耗的目标。经充分论证和分析,认为第二种方法比较符合我厂实际,决定对#2机组一台循环水泵电机采取单速改双速的改造方案。
3. 循环水泵电动机由高速改低速
3.1节能改造原理
在一定范围内改变泵的转速，泵的效率近似不变，其性能近似关系式：Q1/Q2=n1/n2 ，H1/H2=(n1/n2)2，P1/P2=(n1/n2)3。其中Q1.H1.P1.Q2.H2.P2分别表示在转速n1和n2情况下水泵的流量、扬程和所需的轴功率。
根据上述关系式，若将800KW 10P循环水泵电动机改为10/12P双速电动机，则电动机在12极运行时，水泵流量为10极运行时的0.83倍，扬程为10极运行时的0.69倍，轴功率为10极运行时的0.58倍，相当于水泵流量减少17%时，电动机输出功率可减少42%。因此，采用转速差不大的相邻极数的双速电动机驱动水泵，根据各季节水温的变化选择驱动转速，调节供水量，能有效的节约电能。
3.2定子绕组连接方式
这种电动机进行双速节能改造，对定子绕组采用的是变前极和变后极都是60°相带的换相法变极方式，改极箱内有27个接线柱，这方法能使电动机在两种转速时均能获得良好的性能。切换电动机转速时，在一只专用的改极箱内手工改接连接片，即可换成另一种转速。
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3.3高低速接线方式
国内电动机维修厂对这种电动机进行双速改造时，可能采用3Y+Y等定子绕组变极方式，这种方式，定子绕组虽仅需引出6点或9点即能变极，但这种简单的外部接线方式是用内部绕组复杂、低效的连接方式来换取的，显著削弱了定子绕组的利用率，使电动机在相同的输出功率情况下绕组温度显著上升、输入功率增加。电动机节能改造应在安全运行的前提下，达到节能目的，因此，上述改造方式违背了节能改造宗旨，不推荐这种3Y+Y等定子绕组变极改造方式。
在改造成双速电动机后，对定子绕组以原10P为基本极，星型接法，10P时电动机各项性能与原来全部一样。在12P转速时，定子绕组以角型接法，因绕组仍有较高的分布系数，故其输出功率仍能满足低速时水泵所需功率，且电动机的温升、振动、噪声也均能符合国标规定值。改造时只需更换定子绕组，电动机其余零部件全部利用不变。
3.4定子改造
定子线圈全部更换，所用材料与工艺全部按国家目前同类电机F级绝缘、VPI真空压力浸漆工艺制造标准执行。通过采用优质、先进的原材料及先进的制造工艺，这种电机在定子线圈进行双速节能改造的同时，可顺便进行定子线圈降温改造，降温幅度计算值在5～10%左右。
3.5 冷却器改造
该电机运行时定子线圈温度偏高，与冷却器的通风量大小有直接关系，为增加冷却器的通风量，冷却器可作如下改造以降低风阻：①进出风口互换，减少进出风路拐角数；②取消进出风口上的百叶窗，改用菱形网，并增加进出风口面积；③改造冷却器估计能降温5度左右。
4. 改造后各工况下性能计算对比
（1）一机一泵高速：测得流量12996T， 扬程15.8， 转速595rpm，轴功率658.3kW，电动机功率800kW，效率85%.
（2）一机一泵低速：测得流量10800T， 扬程10.9， 转速495rpm，轴功率382kW，电动机功率460kW，效率84%.
（3）一机二泵高速：测得流量15840T， 扬程23， 转速595rpm，轴功率647.9kW，电动机功率800kW，效率86.5%.
（4）一机二泵高/低速：测得流量13680T， 扬程20， 转速595/495rpm，轴功率647/367kW，电动机功率800/460kW，效率85/84%.
（5）二机三泵高/高/低速：测得流量13200T， 扬程17， 转速595/595/495rpm，轴功率657/657/381kW，电动机功率800/460/460kW，效率85/85/87%.
（6）采用转速差不大的相邻极数的双速电动机驱动水泵，根据各季节水温的变化选择驱动转速，调节供水量，能有效的节约电能。
5. 节电分析
以年发电小时数4000h计算：
方式一：春秋季及冬季单台高速循环水泵运行耗电量：1600×3760h=601.6万kWh。夏季双机三泵高速运行10天耗电量：2400×240h=57.6万kWh。此方式为改造前运行方式，全年循环水泵耗电约659.2万kWh。
方式二：春秋季单泵高速运行: 1600×2920h=467.2万kWh，冬季一机一泵低速运行30天：920×720h=66.24万kWh。
方式三：夏季双机三泵高、高、低速运行15天，（1600+460）×360h=74.16万kWh。该方式运行全年循环水泵耗电：607.6万KWH。
由上分析：循环水泵低速改造后，采用方式二运行，可实现全年节约用电51.6万kWh，全年可降低综合厂用电率0.1%，如按每度电价O.34元计算,可节约费用17.544万元。
6．增效分析
改造后，夏季采用双机三泵，高/高/低速运行方式，比采用双机三泵高速运行，一方面有效节约电能，另一方面可有效提高夏季凝汽器真空，同期比较约提高1.0-1.5KPa，机组微增出力增加，可实现降低机组煤耗1-2g。
论文作者:丁旭光
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/5
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