电机永磁调速技术应用分析

康 宇，王会平，钟建清，刘进海

（陕西榆林能源集团杨伙盘煤电有限公司，陕西榆林 719316）

1 背景

电厂项目风机及水泵流量通常都以最大需求进行设计，采取阀门、风门挡板等形式调整流量。可现实运用中，流量随着各类因素改变，通常相比最大流量要小很多。运用调节挡板或者阀门来调整流量，本质是以变化管网的阻力大小而变化流量，不仅存在节流损失，而且会让风机水泵的运转点难以达到最佳效率点，从而耗损能量。在机组变负荷运行的情况下采取可调速系统，能够极大的降低节流耗损，实现节能的效果。其中，凝泵、辅机循环水泵、浆液循环泵等泵类设备调速需求大，调速节能效果好。

2 3 种调速技术简介

液力偶合器调速：属于低效调速形式，调速的范围局限，高速丢转约5%～10%，低速转差损耗较大,最高能够达到额定功率的30%以上,调速的过程中综合效率较低，通常工况下效率为60%～70%。另外还存在精度低、启动电流大、不适合改造、维护复杂、耗资大等缺点，现在应用愈来愈少。

高压变频器调速：现今运用较为普及且比较先进的技术，采取电力电子技术以达成对电机速度展开调节，能够有效的依据现实工况进行自动控制，能够达到较为高效的节能效果。可是工作中出现谐波，且其电子组件众多及易老化，一旦某些重要元器件出现故障，则会影响整体的使用性能。另外，电容器相对而言比较“娇贵”，对温度、粉尘、温度等比较敏感，平时需要专业人员维护，随着使用年限的增加，后期使用维护费用会逐年增高。整体来看，变频器的使用寿命一般为10 年左右。

永磁传动与调速器：永磁驱动技术为专门针对风机及泵类离心负载调速节能的调速技术。其有着高效节能、可在恶劣环境下应用、延长系统使用期等特征。同时，调节范围广、响应速度快、设备结构简单、后期维护成本低，能够在-10～﹢50℃环境温度的条件下长期运用。

3 技术经济对比

永磁调速器、变频器、液力偶合器对比见表1。

表1 永磁调速器、变频器、液力偶合器对比表

小结：对比发现，液力耦合调速方式相对落后，应用较少。变频调速方式效率高、响应快、节能效果好、技术成熟，但维护量大，对电机运行寿命影响大，易损电子元件多，维护费用高，操作繁琐。永磁调速节能率较高，结构简单、运行维护量很小、占地面积小、环境适应性好，但技术处在推广期，设备一次性投入较高（与进口变频器费用相当）、大功率负荷应用业绩少，行业标准及规范尚不全面，厂家技术参差不齐，用户反馈好坏不一，头部效应较为明显等。

4 具体负荷的应用分析

经调研交流，永磁调速在离心泵类负荷应用反馈较好，此次报告着重比选凝结水泵的应用情况分析及浆液循环泵的配置方案对比。

4.1 凝泵变频与永磁调速对比

以2000 kW 高压电机为列，对永磁调速与高压变频器的投资和使用费用做如下对比（表2、表3、表4）：

表2 初期投资造价表 万元

表3 年均使用成本分析表 万元

表4 10 年综合使用成本分析表 万元

分析来看，永磁调速装置长期使用成本较变频调速装置略低，二者节能效果相当。

4.2 浆液循环泵的应用分析

燃煤电厂脱硫系统运行费用中电耗是最大的费用，针对脱硫系统运行的优化研究，对提高火电厂运行的经济性意义重大。浆液循环泵作为石灰石－石膏湿法烟气脱硫系统的最主要设备之一，其耗电量约占整个脱硫系统的65%～75%左右，浆液循环泵的节能降耗具有重大的意义。根据需求，针对几种浆液循环泵的配置方案进行比较论证。

4.2.1 方案一：普通异步电机+减速机+浆液泵

此种方式应用最为广泛。该方案中电机采用普通高压异步电动机（4 极电机），通过减速机降速（变速至400～600 r/min）带动浆液泵，泵为大流量、低扬程耐磨耐腐蚀泵。

优点：系统结构简单可靠，传动效率高，系统内部组件均为成熟产品，使用维护方便。

缺点：①电机采用直接启动方式，对系统冲击大，易造成减速机断齿、轴承磨损严重、联轴节损坏等，维护工作量大；②系统一直保持恒速运行，当工况发生变化时，只能通过启停浆液泵的数量来满足，缺少其他调整手段，无法按实际要求进行实时精准调节，造成大量的能耗浪费，同时影响吸收塔中浆液的稳定性。

4.2.2 方案二：普通异步电机+永磁调速器+减速机+浆液泵

此方案为在方案一的基础上，在电机和减速机之间加装永磁调速器而来，电机、减速机、浆液泵同方案一，仍采用原来的设备。

优点：①大功率永磁调速器作为近些年来新开发的一项突破性新技术，选用磁力非接触传递扭矩，其技术先进、可靠，有大量成熟的案例可供借鉴；②可实时精准调节负载的转速，满足工艺要求的同时，达到降速节能的目的，其节能效果显著，从大量过往的案例来看，其节能率可达25%～40%；③设备之间由原来的硬联接改为非接触性的软联接，解决安装对心问题，降低设备振动；其缓冲启动特性可减少冲击，提高电机与负载的可靠性，减少维护工作量；④永磁传动为纯机械调速，具有高可靠性，在潮湿、粉尘大等恶劣环境下应用时其使用价值愈明显，使用寿命长（整体寿命可达25 年以上），日常运行时免维护；⑤永磁调速器自身不耗电，不产生高次谐波，低速运行时不造成电机发热。

缺点：①加装永磁调速器后，由于永磁调速器需占用一定场地，系统整体轴间长度要加大1.3 m 左右。改造项目需考虑安装空间，对电机进行后移，但对于新建项目来说不存在此问题；②虽然永磁调速器日常运行时无需维护，但每6～8 年根据需要对永磁调速器内部的标准轴承进行更换；③该调速器需装在电机和减速机之间，在泵无调速要求时，反而会降低电能利用效率（电机到泵行程变长）；④永磁调速器可在－10～＋50 ℃环境温度条件下长期使用，但我公司为3 塔合一，根据榆能横山煤电记录，塔内夏季温度最高可达58 ℃，大部分白天温度约为55 ℃，所以已超出永磁调速器正常运行温度；⑤永磁调速器降低浆液循环泵转速后，泵出口压力同时降低，喷淋层喷嘴均有最低压力要求，设置永磁调速器后，对应喷淋层喷嘴需设计不同型式、压力及流量，与其他喷淋层喷嘴存在差异，喷嘴不能互为备用。

5 结论及意见

永磁调速作为目前世界上新兴的电机调速节能技术，技术理论支撑充分，具有结构特点简单、系统简洁、节能效果突出、后期维护便利的特点。国家《节能减排“十二五”规划》中明确提出了电机系统节能。采取节能电动机、风机、水泵及变压器等更新并裁减落伍耗电的设备，对电机系统进行变频调速、永磁调速、无功补偿等节能改造，完善系统运行及控制，提升系统整体的运行效率。同时永磁调速技术虽未大规模推广，大规模应用受价格等因素影响尚未成熟，但已有越来越多的大功率电机应用业绩，用户反响较好。

结合电厂实际运行工况，建议浆液循环泵在保证脱硫效率的前提下，确保机组长周期安全稳定运行，且节约投资，采用普通异步电机+减速机+浆液泵。凝结水泵保证安全可靠运行的同时，提高电机运行效率，降低运行成本。采用1 台永磁调速运行，1 台工频运行的方案。