電廠供水節能措施的思考
長時間以來在電力工程建設的不同階段推行節水節能措施，尤其在電廠初步設計階段從技術方案設計到設備型號選擇，從環境保護到勞動安全，始終強調工程建設節能降耗，以保證電廠自建設開始技術上先進、設備環保節能，為電廠發展創造必要條件。電廠運行系統復雜，工業設備較多廠用電負荷大，造成電廠用電率高，因此強調系統設計合理、節能，事在必然。本文主要探討電廠在供水系統設計節能措施。
關鍵詞：電動機效率 電動機極數 電動機功率 經濟流速 水泵性能曲線
1 前言
自然通風冷卻塔、循環水泵、循環水管道及附件是電廠循環水系統的重要組成部分。在電廠初步設計中研究供水系統方案，確定最優化系統配置，對于降低工程建設造價具有積極意義。尤其是循環水泵電動機的年費用，對系統的優化設計起著關鍵作用。在保證汽輪機運行安全滿負荷發電的前提下，如何降低電動機的年費用，值得每一位工程設計人員思考。
本文從降低電動機年費用的線索出發，研究降低電動機的無功功率，提高電動機的效率的有效措施，對電動機的轉速進行改造、探討電動機的電壓等級的改造的具體的實施辦法。
2循環水泵電動機單速改雙速運行項目簡介
從上世紀90年代末，我們對循環水泵配用電動機從單極數、單轉速改造為雙極數、雙轉速這一課題進行了試驗研究。對循環水泵配用的單極電動機Y1250-12 電壓6KV、功率1250KW試驗改造為雙級12、14極電動機（電壓等級不變），通過調整電動機極數，使電動機的原來單轉速n1=490轉/分改變為雙轉速n1=490轉/分、n2=420轉/分，電動機輸出功率從從N=1250KW改變為N1=1250KW、N2=870KW，電壓等級仍然為6KV。循環水泵配用電動機從單極數、單轉速改造為雙極數、雙轉速試驗研究獲得成功后，先后在山東菏澤電廠、萊蕪電廠、濟南黃臺電廠，廣東云浮電廠，東北沾化等電廠改造了20多臺循環水泵，在一個電廠同時改造2～3臺。所有改造均獲得成功，循環水泵運行穩定。這些改造項目中針對不同循環水泵運行情況和要求，有的改電機不改水泵，有的改水泵不改電機，有的電機、水泵同時改造。
2.1電動機結構本體的改造
關于電動機的改動，通過調整電動機的定子線圈及定子線圈接線方式，優化電動機結構本體設計，使電機在不種轉速下取得最佳效率。
在改變電動機定子線圈及接線方式中，有的需要改造定子線圈及其接線，有的需要重做定子線圈。定子接線經過優化設計、諧波分析后，力求電機在兩種轉速下效率、功率因數等性能指標最佳。一般情況下電動機采用3根電纜接饋電，18根電纜引出接頭固定在一個出線盒內接線板上，用連接片分別按兩種轉速接線連接圖連接。用戶只須在電廠換季檢修、停機時，松開螺母將連接片倒換一下連接方式，再擰緊螺母即可調整電動機的運行轉速，操作簡便易行。
2.2電動機從單極數、單轉速改造為雙極數、雙轉速這一課題研究的意義
通過電動機極數改變調整電動機的轉速，使電動機輸出功率發生改變。例如在每年第三、四季度，電動機按照12極數運行電機功率為1250KW；在每年第一、二季度，電動機按照極數14極運行電動機為870LW。
電動機功率改變基本符合系統循環水量變化要求，在夏季氣溫較高的情況下，汽輪機凝汽器冷卻的循環水量大，此時電動機采用高轉速大功率相應極數，電機按12極（高速）1250KW運行；在冬季氣溫較低的情況下，汽輪機凝汽器冷卻的循環水量小，此時采用低轉速小功率電動機的相應極數，電機按14極（低速）870KW運行。
整個循環水泵運行工況改變并不改變電動機運行臺數，相當于固定接線式電動機變成了變速電動機。通過電動機的接線極數的調整，引起電動機運行功率改變，影響循環水泵的流量與供水揚程變化，有效地解決了循環水系統流量只能靠閥門與水泵運行臺數控制的單一方式，且固定接線式電動機一年四季基本按一個功率（1250KW）、轉速（492轉/分）運行，使得循環水系統在低流量、低轉速下空耗電能約380KWH。而變極數電動機每小時可以節能約380KW，電廠每年運行小時按照7200小時計算，其中約一半的時間電動機可以低極數低轉速小功率運行，單臺電動機的可節約電能136.8萬度。按照廠用電電價0.2元/度，每年節約電費27.4萬元，按照電廠常規回收年限15年計，僅單臺循環水泵節約電費411萬元。按照工業電電價1.0元/度，每年節約電費將達137萬元。經濟效益非常可觀，節能效果顯著。
2.3 關于電動機的改造所需工期
一般情況下對于常規接線方式電動機，電動機結構本體的改造與調試大約需要4周的時間即可完成，如果是特殊接線方式電動機，雙速倍比不常用者，電動機極數不常用者，進行改造與調試工期約需要6周時間。
電機項目改造投資與經濟效益：該電機項目改造投資費用只須電機低速運行很短時間即可收回全部成本。當年投資即可收回成本并可獲得相當可觀的利潤。
3. 循環水泵6KV電動機改造為10KV電動機項目簡介
隨著科學技術的進步與國民經濟的發展，供電網絡的輸電等級提高，人們節能意識普遍增強，采用10KV的輸電網絡直接供給用電設備的電動機漸成了普遍的節能措施，它不僅節省了輸電網絡與用電設備之間的中間設備——變壓器的投資與損耗，使得電動機運行、維護變得簡單，而且工業設備節約的電能所帶來的經濟效益相當顯著的、意義長遠。因此，6KV電動機改造為同容量10KV電動機運行節能項目的社會需求量會越來越大。
3.16KV電動機改造為同容量10KV電動機存在的技術問題
不同的電壓等級，電動機要求絕緣厚度不同的。一般說來，6KV級電動機絕緣單邊厚為2.0mm，10KV級電動機絕緣單邊厚3.0mm。對于常規電動機，其定子槽形是一定，要想將電壓由6KV改為10KV，勢必將計算線圈線規截面減小，以滿足電動機絕緣層的增厚要求，造成電動機容量降低。其次電動機的電源密度增大，熱負荷增高，電動機發熱升高，電機運行可靠性降低，造成電機使用壽命縮短。實踐結果表明：6KV電動機改造成10KV電動機運行，一般來說電機容量要減少為原容量的20～25%。
3.26KV電動機改造為同容量10KV電動機技術問題的解決辦法
如何將6KV電動機改造為同容量10KV電動機，且不降低電動機的容量，成為電機技術一大難題。有人曾經采用容量規格等級大一級的電動機進行電壓等級改造，使改造后的電動機容量與6KV的工作容量相同；也有人采用新購置10KV電機的簡單辦法(與本文內容不符合) 來解決電動機提高電壓等級中存在的技術問題。通常情況下，同容量10KV電動機要比6KV電動機在結構本體上大一個鐵心檔或者定子槽形較深。采用容量規格等級大一級的電動機進行電壓等級改造，或者新購置10KV電動機，有可能造成原循環水泵配用的6KV電機的基礎安裝尺寸不一致，水泵與電動機基礎施工困難，甚至需要調整循環水泵房的布置。只有在電動機結構本體不變的情況下，將6KV電機同容量改壓10KV運行才具有實際意義，才能滿足用戶要求。
3.3新材料、新工藝、新技術的應用
多年來通過對電動機設計和電機絕緣技術的研究和工藝試驗研究，將6KV電機同容量改壓10KV運行這一難題有了突破性的進展。最成功的例子就是99年山東濟寧泗水縣大宇水泥有限責任公司（韓國獨資企業）一臺進口6KV、261KW 6極三相交流異步電動機，其絕緣結構為VPI整浸，單邊厚1.5mm，限于設備條件需用模壓線圈維修。模壓線圈行業內常用的絕緣單邊厚為2.0mm，技術先進的廠家絕緣單邊厚為1.8mm。根據對電機絕緣技術的探索和對新材料、新工藝、新技術的應用，采取了行之有效的維修方案，用模壓線圈，主絕緣單邊1.6mm，維修電機獲得成功，電機運行至今狀況良好，受到韓商的好評，為電機絕緣減薄取得了寶貴的經驗。為解決6KV電機同容量改10KV運行這一課題，奠定了堅實的理論基礎、取得了寶貴的實踐經驗。緊接著又對JR1510-8475LW6KV電動機同容量改為10KV，在鄒平一軋鋼廠穩定運行達一年多，一般來說，對JR、JS型6KV電動機同容量改為10KV運行已成為較成熟的技術。
3.4 電動機的電壓等級的改造節約電能、經濟效益顯著
一般說來6KV電動機接到電網上運行，一般都需要增加變壓裝置，變壓器容量通常按照為電動機容量的2～3倍設計。正常情況下變壓器運行同電動機運行一樣存在銅損耗和鐵損耗，變壓器的損耗電能約為其容量的3%～10%。如JR158-8380KW、6KV電機，要求配備變壓器容量約為800KVA，損耗電能約25KW/h，每年運行時間按照7200小時計算，變壓器耗電約為180000KWh。135MW機組單臺循環水泵的電動機的運行功率通常在800-1100KW之間，其變壓器的電能損耗將更大，不能不引起足夠的重視。其次，電動機的電壓等級從6KV提高到10KV，電動機的電阻將提高，工作電流就相應減少。如JR1580-8380KW6KV電機改為10KV運行時，工作電流由6KV時44.6A變為10KV時的26.95A，減少17.65A.。按公式計算（一般CosΦ=0.87），節約電能。如設備每天運行一個工作日按8小時計，節電約1276.6KWh。一年按300個工作日計算，節約電能約382980KWh。電機容量越大，改壓節能效益越顯著。
同容量電動機電壓由6KV提高10KV，電動機的安裝尺寸不變，轉子不動，只更換定子線圈，電動機改造工期同電機修理差不多，需要增加10KV高壓控制開關柜。這些投資相對于購置變壓器支付資金與變壓器投運的損耗而言、電機6KV改10KV投資，簡直就是投入少，效益高的好方法。降低電動機的運行費用就是降低企業生產成本、增加企業競爭力，創造利潤。
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