YKK500-4 1 000 kW送风机电机换相法改极改造的实际应用

金健明 曹忠伟 史济方

(1.上海上电电力工程有限公司，上海200090；2.上海外高桥发电有限责任公司，上海 200137）

YKK500-4 1 000 kW送风机电机换相法改极改造的实际应用

金健明1曹忠伟2史济方1

(1.上海上电电力工程有限公司，上海200090；2.上海外高桥发电有限责任公司，上海 200137）

简要分析了送风机4级电机改造的必要性和可行性，基于节能角度，阐述了送风机电机改极改造的原理，并以上海外高桥发电有限责任公司YKK500-4 1 000 kW、6 000 V送风机电机改4/6极为例，详细分析了送风机电机换相法改极改造的措施，介绍了改造后的送风机电机在实际运行中取得的良好效果。该方案对于实现发电厂送风机电机变极和节能改造有着重要的借鉴意义。

送风机；电机；改极改造；节能

0 引言

在上海外高桥发电有限责任公司(以下简为上海外高桥电厂），送风机电机作为送风机的驱动机，主要作用是通过空气预热器向炉膛输送燃烧所需的热空气，一般是按夏、冬季发电负荷所需风量配套恒速电动机。由于季度不同，发电负荷也随之变化，因此炉膛所需风量亦作相应变动，采用调节阀门挡板开度来调节风量，不能达到节能的目的。如将原驱动电机改造为近极单绕组双速电动机，根据各季节气象条件的改变来变更电机的转速，以实现风量的调节，可达到节能的目的。

1 送风机电机改极改造方案

1.1 改造原理

由离心式风机相似定律可知，在一定范围内改变风机的转速，风机泵的效率近似不变，其性能近似关系为:

式中，n为转速；Q为风量；P为功率。

根据上述定律关系，改变电机转速、调节风量，获得的节能效果为转速比的三次方。

电机双速改造的方法最初是在电机内设置高、低速2套绕组，这种方法不经济。近年来，随着技术的进步，异步电动机采用一套绕组，按所需设置2种转速，仅改变接线即可满足要求。如采用“反向法”改造，其具体方法是改变电机极对数，不改变各槽的属相，而仅在每相所属线圈，改变部分线圈中电流方向，达到变后极的转速。但变后极的绕组是非正规接法，绕组系数、效率较低，电机的输出功率及性能将大为下降，且还伴有较大的谐波分量。现今均采用“换向法”改造，具体方法是电机改变极对数p1时，通过打破原来三相的界限，把各线圈重新组合分配给三相绕组，从而得到改变后的极对数p2。具体步骤是:首先画出按p2对极的槽号相位图，第二步在图上按p2对极相位排列p1对级的三相所占槽号，第三步在三相槽号表上任意划分三相互差120。的对称轴线，把变前极p1绕组每相槽号划分为3段，而用改变各段之间连接来改变极数，这样就可以得到第一个对称的变极方案。此后可移动3根对称轴线，但移动时必须保持它们之间仍互差120。，每移动一次，各段所占槽号的相位分布发生变化，就获得一个新的对称方案，因此，能简便地获得许多不同的变极方案，再根据电磁计算校核功率、转距、功率因数、启动电流、温升等各项性能，从中挑选最佳方案。由于变后极p2仍是正规接法，其绕组系数较高(一般均在0.86以上），虽然变后极转速下降，电机冷却风量减少，其输出功率受到影响，但对送风机电机在变极后所需功率是完全能满足的。这种变极电机引线接头有27个，在切换时需停机并用手工来改接引线接头，对于送风机运行方式的特点而言，是完全可以适用的。

根据同类电机改造经验，这种变极方法能使电机在2种转速下均获得良好的运行性能。改造后的电机除增加一台固定在电机上的改极箱外，不需添置任何设备，相对采用变频调速装置，在改造费用、运行方便性、安全可靠性等方面均有极大的优越性。

1.2 具体改造方案

1.2.1 原电机参数及改造后的参数要求

本次改造方案中原电机型号、参数如表1所示。

表1 原电机型号、参数

本次改极改造方案中，4极改造的参数基本不变；6极改造要求功率变为600 kW，转速变为984 r/min。

1.2.2 改极改造的分析计算

1.2.2.1 槽相量分析

以电机槽数为48槽、6极时每极每相槽数为例，按照相关公式进行计算，绕组为三相非对称排列。为此，必须对6极的每极每相线圈进行合理分配，使之尽可能地接近三相对称。48槽、6极时，槽相量分析如图1所示。

1.2.2.2 矢量值计算

绕组分布系数为:A相15.26/16≈0.954；B相15.26/16≈0.954；C相15.10/16≈0.944。

1.2.2.3 矢量角度计算

图1 槽相量分析图

A、B相位差:149.12-30.88=118.24。；B、C相位差:270-149.12=120.88。；C、A相位差:90+30.88=120.88。。1.2.2.4 矢量值与矢量角分析

矢量值误差:(量大值-最小值）/最小值×100%=[(15.26-15.10）/15.10]×100%≈1.0%；

矢量角分析:(最大值-最小值）/最小值×100%=[(120.88-118.24）/118.24]×100%≈2.2%。

1.2.3 4/6极2种转速下的线圈参数调节及电机性能计算参数

考虑到要求电机6极时的功率为600 k W，故确定电机2种极数下4/6极的接法为2Y/△。6极时，电机即使在△接法运行，磁通密度变化也相当大，因此尽可能调整节距，提高短距系数，以增加有效匝数。同时节距调整后，电机在4极时短距系数降低了，有效匝数就减少，因此必须增加匝数来保证4极性能基本不变，同时增加匝数后，又能增加6极时的有效匝数，降低6极运行时的磁通密度，改善6极运行时的性能。实际计算结果为:匝数由16圈增加到18圈，绕组节距调整为8，即4极时为短距，6极时为整距，2种极数下的气隙磁通密度分别为0.757 2 T/0.838 1 T。

1.2.4 电机的热负荷控制

由于电机6极时功率为600 kW，所以热负荷不作分析计算。电机4极运行时，原电机热负荷为2 100 kW，通过调整电机电磁线尺寸，提高槽满率，改造后4极运行时热负荷2 133 kW，接近原数值。

1.2.5 电机主要参数

本方案中电机改造前后的主要参数对比如表2所示。

1.2.6 电机内、外部接线方案

YKK500-4 1 000 k W、6 000 V送风机电机改4/6极方案中，送风机电机内部和外部接线图如图2、图3所示。

表2 电机主要参数对比表

图2 电机内部接线图

图3 电机外部接线图

2 电机改造后的实际运行状况

2014年5月上海外高桥电厂1A、1B送风机改造后，每年用电低谷可以实现低速运转，用电高峰月份倒接线端子，保持在高速(即原转速）。投运3个月后，得出如下结论:

(1）该电机改双速后，无论高速(即原转速）运行或是低速运行，各项性能指标(振动、绕组温升、噪声、输出功率）均能达到国家标准；

(2）送风机在低速运行时，能够满足炉膛内的正压力，保证锅炉的正常运行；

(3）送风机电机在低速运行时，耗电量大大降低，电机电流由原先的113 A降低到75.4 A，日节电量约7 380 kW·h。

实际运行证明，改造计算正确，电机的各项性能正常，改造获得成功。

3 结语

送风机改造后，该厂就可以根据季节条件来改变驱动转速，达到调节风量、节约厂用电的目的。根据该厂实际情况，送风机的运行方式为:春秋季5个月(10、11、12、3、4月）均可采用低速运行方式，其余月份仍为原转速运行方式。考虑设备需要定期切换或调停，该风机至少每年低速运行近90天，年节电量约为664 200 kW·h，折合人民币约13.3万元，基本上2年即可收回成本。变极调速运行可靠、技改资金投入低是送风机电机改双速电机的最大优势。根据气温变化采用4/6极组合运行方式，合理调节风量，能使机组在最合理的负荷下运行。因此，选择变极调速电机，是目前送风机电机节能改造中最经济、最实用的方案。

[1]胡虔生.电机学[M].北京:中国电力出版社，2005

[2]刘景峰.电机检修[M].北京:中国电力出版社，2005

[3]谭金鹏.电动机绕组维修实用技术数据手册[M].北京:科学出版社，2011

2014-10-16

金健明(1964—），男，上海人，高级工程师，研究方向:电机检修。