350 MW火电机组磨煤机永磁同步电机节能改造性能分析

王晓楠，吕艳会

（1.国电科学技术研究院有限公司沈阳分公司，辽宁 沈阳 110000；2.华晨宝马汽车有限公司，辽宁 沈阳 110000）

0 引 言

为了响应国家环保政策及节能降耗的要求，火力发电企业已将降低发电成本做为长远目标考虑[1]。各发电企业均努力寻求新技术、新设备以求提高厂用辅机运行效率、降低厂用电率，从而降低企业生产成本，提高企业经济效益和综合竞争能力[2-3]。

在众多降低厂用辅机设备能耗的方法中，采用高效节能永磁同步电动机效果明显，用其替换高压感应异步电动机已在火力发电企业中得到广泛应用[4-6]。相较于普通异步电动机，高压永磁同步电动机采用永磁体励磁，无需外部提供励磁电流，无功功率小，在各种负荷下均能保持较高的功率因数[7]。永磁同步电动机转速无滑差，无转子基波铁耗和铜耗，电机定子电流相对较小，进而电机损耗和线路损耗有效降低[8]。同时，永磁电动机具有高而平的效率特性曲线，能在较为宽泛的负荷工作区间内保持很高的效率，特别是在低负载工况下节能效果更为显著。

本文以某350 MW火力发电厂磨煤机永磁同步电机改造项目为例，通过试验对比分析，探讨永磁同步电机的节能效果。

1 试验对象及试验方法

某火力发电厂设计为2台350 MW机组，1号机组1B磨煤机电机采用普通异步电动机，2号机组2B磨煤机经改造，将原异步电动机更换为永磁同步电机。两种电动机参数如表1所示。

表1 磨煤机电机技术参数

试验过程中保持两台机组运行工况相同。在某一典型工况下磨煤机稳定运行，分别考察异步电机和永磁同步电机的运行情况。期间保持给煤量不变，监测磨煤机给煤量、分离器出口挡板开度、磨煤机出口风压及电机温度等参数。利用功率分析仪，记录电机电压、电流信号，计算出相应的有功功率、无功功率和功率因数等参数。同时测量电机转速，进行风机功率 修正。

2 试验结果分析

记录4个典型工况下的运行参数，分别对应给煤量30 t/h、40 t/h、50 t/h及55 t/h。每个工况下稳定运行1 h，持续记录运行数据，计算该时间内各参数的平均值，如表2所示。

由表2可见，磨煤机在相同工况下给煤量基本保持一致，永磁电机运行电流明显小于异步电机，且功率因数始终维持在0.9以上的较高水平，明显高于异步电机。功率方面，永磁同步电机平均有功功率始终低于异步电机，消耗的电能较少。相比两者所需无功功率，永磁同步电机优势更为明显，异步电机运行需要大量无功功率，而永磁同步电机则基本没有无功功率需求。

根据试验数据得出不同工况下两种电机功率因数及电机效率曲线，如图1、图2所示。

表2 磨煤机电机运行参数

图1 磨煤机电机功率因数对比曲线

图2 磨煤机电机效率对比曲线

由图1可知，异步电机运行效率在低负荷时处于较低水平，只有50%左右，直至约80%负荷时才达到较高水平。而永磁同步电机在低负荷区间就能够在高功率因数下运行，已接近额定参数水平。由图2可知，异步电机在低负荷下效率较低，相比之下永磁同步电机在轻载时也能保持较高的电机效率，两者之间的差距在此工况下最为明显。对比两种电动机在不同工况下的电机电流，如图3所示。

在相同负荷下，永磁电机的定子电流明显更低，仅为异步电机的40%～60%，且在低负荷区间电流降低比率较大。由于电机电流的有效降低，定子损耗也随之降低，这也是永磁电机高效节能的原因之一。

图3 磨煤机电机定子电流对比曲线

计算各工况下试验起止时间段内消耗的电量值，将其折算至每小时的电量值。同时依据公式计算永磁电机综合节电率，结果如表3所示。

其中：WAM为异步电动机的有功电量；WPMSM为永磁同步电机的有功电量；QAM为异步电动机的无功电量；QPMSM为永磁同步电机的有功电量；KQ为无功经济当量，电动机电源由发变组高厂变提供，KQ取0.06。

由表3可知，永磁电机在30 t/h负荷阶段，节约有功电量12.5%；在40 t/h负荷阶段，节约有功电量5.77%；在50 t/h负荷阶段，节约有功电量7.32%；在55 t/h负荷阶段，节约有功电量6.91%，节能效果明显。

无功方面，异步电机为电网中无功功率的主要消耗者，而永磁同步电机运行中无无功损耗，减少了大量的无功功率损耗。无功功率损耗的减小，相关设备及转子损耗也随之减小，同时提高了电压水平，提高了系统功率因数及系统设备用电效率。

表3 磨煤机电机运行参数

3 结 论

根据磨煤机更换为高压永磁同步电机后对比试验数据分析，永磁同步电机运行稳定，较之异步电机具有更大的转矩，具有更高的功率因数、更小的损耗等优点。在不同工况下，永磁同步电机有功功率损耗小，无功功率基本无损耗，功率因数及运行效率均明显高于异步电机，尤其在中、低负荷工况下节能效果更为明显。改造后电能损耗大大减少，用电效率提高，具有明显的经济效益。