摘要
闭式水泵通常采用阀门来调节流量和压力,导致大量的能源浪费。永磁调速和变频调速是目前常用的水泵调速节能技术,两者节能效果相当。从长期运行的角度来考虑,永磁调速器改造获得的经济效益比变频器更高,且能够提高系统的可靠性。华电国际电力股份有限公司莱州发电厂选择永磁调速器对闭式水泵进行调速节能改造,以控制水泵的流量和压力,减少能源浪费。改造后,闭式水泵运行更加稳定,耗电量显著减少,达到了预期的效果。
问题的提出
目前，离心式负载的节流调节方式已逐渐被调速调节方式所取代，常用的调速方式主要有液力耦合调速、变频调速和永磁调速等。液力耦合调速属于低效的调速方式，转差损耗大，调速范围有限，调速精度低，容易漏液，虽然初始投资相对较低，但维护复杂且费用较高，需要经常更换液压油，该调节方式已逐渐被淘汰。变频调速是当前电动机调速节能比较流行的一种电气调速技术，节能效果显著，调速精度高。永磁调速技术是近几年新开发的一种高效、无污染电动机调速技术，该调速技术专门针对风机、泵类等离心负载进行调速，具有高效节能、高可靠性、可减小系统振动和环境适应能力强等优点，它已成为许多高耗能企业节能改造的首选。为此，华电国际电力股份有限公司莱州发电厂(以下简称莱州电厂)在闭式水泵电动机节能改造时仔细考察了变频调速和永磁调速两种电动机调速节能技术。
莱州发电厂每台机组配1套闭式水循环系统，为发电机氢冷却器、小汽机冷油器、炉侧风机油站等重要机组辅助设备提供冷却水。其基本流程为:除盐水→闭式水箱→水泵→闭式水热交换器→闭式水用户→水泵进口。在实际工程设计中，通常按照最大需求配备水泵并留有一定裕量。在实际运行中，水泵流量随季节温度和系统负荷的变化而变化。
因此，在春秋季节，尤其是在冬季，水温较低，闭式循环水裕量很大，常采用调节阀门开度的方式来控制闭式水压力和流量。这种控制方式会导致节流损失，使得大量能源浪费，同时还容易产生汽蚀、振动和冲刷，造成设备损坏。永磁调速技术能根据用户的需要和现场的工况自动调节水泵转速和电动机输出功率，从而达到流量调节和节约能源之目的。
本文详细介绍了永磁调速器的选型过程和改造内容，并从节电的角度分析了永磁调速器改造产生的经济效益。
永磁调速器的选型过程
2．1变频器与永磁调速器的投资费用对比变频器采用复杂的电路拓扑将数以万计的电力电子元器件串联和并联，实现对高压电动机的输入频率和输入电压的改变，从而实现电动机的转速变化，属于电气调速。在对风机水泵系统进行变频调速改造时，初始投资主要包括3方面的费用:
(1)变频器主体设备;(2)辅助性设施，其中包括变压器、滤波器、控制装置、电缆和照明设施等;(3)基础设施建设，建造专门的空调房间，以满足变频器对环境和温度的要求。
永磁调速器采用导体转子与永磁转子相互作用传递运动和扭矩，通过调节啮合面积的大小实现负载调速，电动机转速保持不变，属于机械调速。永磁调速器改造的初始投资除了永磁调速器主体设备之外，还需购买辅助设备，包括冷却系统、电缆和控制装置。永磁调速器安装在电动机和负载之间，改造时需重新建造基础，同样要投入资金。
变频器的使用年限为10年，用于变频器散热的空调使用寿命为10～12年，永磁调速器使用寿命为20年，安装基础在20年内基本不需改造，总投资金额=主体设备×台数+辅助设备×套数+基础建设费用。
为直观比较两者的投资，以20年为1个周期，500kW变频器和永磁调速器具体费用见表1。
从表1数据可以看出，单台变频器的投资低于永磁调速器，但变频器中的电子元器件老化快，使用寿命短，而永磁调速器的机械零部件使用寿命则相对较长。因此，在相同使用年限下，永磁调速器的总投资低于变频器。
结论
永磁调速器投资和维护费用低，节电率高，是电厂风机、水泵等离心式负载的理想改造方式。莱州电厂闭式水泵永磁调速器改造项目的实施， 达到了 调速节能的目的，减小了系统振动，且具备空载启动和过载保护等优点，延长了设备的使用寿命，提高了整个系统的安全稳定性。从长期运行的角度考虑，永磁调速器能为电厂带来明显的经济效益，在风机、水泵改造方面将会拥有更广阔的应用前景。
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