摘要：长时间以来在电力工程建设的不同阶段推行节水节能措施，尤其在电厂初步设计阶段从技术方案设计到设备型号选择，从环境保护到劳动安全，始终强调工程建设节能降耗，以保证电厂自建设开始技术上先进、设备环保节能，为电厂发展创造必要条件。电厂运行系统复杂，工业设备较多厂用电负荷大，造成电厂用电率高，因此强调系统设计合理、节能，事在必然。本文主要探讨电厂在供水系统设计节能措施。
关键词：电动机效率 电动机极数 电动机功率 经济流速 水泵性能曲线
1 前言
自然通风冷却塔、循环水泵、循环水管道及附件是电厂循环水系统的重要组成部分。在电厂初步设计中研究供水系统方案，确定最优化系统配置，对于降低工程建设造价具有积极意义。尤其是循环水泵电动机的年费用，对系统的优化设计起着关键作用。在保证汽轮机运行安全满负荷发电的前提下，如何降低电动机的年费用，值得每一位工程设计人员思考。
本文从降低电动机年费用的线索出发，研究降低电动机的无功功率，提高电动机的效率的有效措施，对电动机的转速进行改造、探讨电动机的电压等级的改造的具体的实施办法。
2循环水泵电动机单速改双速运行项目简介
从上世纪90年代末，我们对循环水泵配用电动机从单极数、单转速改造为双极数、双转速这一课题进行了试验研究。对循环水泵配用的单极电动机Y1250-12 电压6KV、功率1250KW试验改造为双级12、14极电动机（电压等级不变），通过调整电动机极数，使电动机的原来单转速n1=490转/分改变为双转速n1=490转/分、n2=420转/分，电动机输出功率从从N=1250KW改变为N1=1250KW、N2=870KW，电压等级仍然为6KV。循环水泵配用电动机从单极数、单转速改造为双极数、双转速试验研究获得成功后，先后在山东菏泽电厂、莱芜电厂、济南黄台电厂，广东云浮电厂，东北沾化等电厂改造了20多台循环水泵，在一个电厂同时改造2～3台。所有改造均获得成功，循环水泵运行稳定。这些改造项目中针对不同循环水泵运行情况和要求，有的改电机不改水泵，有的改水泵不改电机，有的电机、水泵同时改造。
2.1电动机结构本体的改造
关于电动机的改动，通过调整电动机的定子线圈及定子线圈接线方式，优化电动机结构本体设计，使电机在不种转速下取得最佳效率。
在改变电动机定子线圈及接线方式中，有的需要改造定子线圈及其接线，有的需要重做定子线圈。定子接线经过优化设计、谐波分析后，力求电机在两种转速下效率、功率因数等性能指标最佳。一般情况下电动机采用3根电缆接馈电，18根电缆引出接头固定在一个出线盒内接线板上，用连接片分别按两种转速接线连接图连接。用户只须在电厂换季检修、停机时，松开螺母将连接片倒换一下连接方式，再拧紧螺母即可调整电动机的运行转速，操作简便易行。
2.2电动机从单极数、单转速改造为双极数、双转速这一课题研究的意义
通过电动机极数改变调整电动机的转速，使电动机输出功率发生改变。例如在每年第三、四季度，电动机按照12极数运行电机功率为1250KW；在每年第一、二季度，电动机按照极数14极运行电动机为870LW。
电动机功率改变基本符合系统循环水量变化要求，在夏季气温较高的情况下，汽轮机凝汽器冷却的循环水量大，此时电动机采用高转速大功率相应极数，电机按12极（高速）1250KW运行；在冬季气温较低的情况下，汽轮机凝汽器冷却的循环水量小，此时采用低转速小功率电动机的相应极数，电机按14极（低速）870KW运行。
整个循环水泵运行工况改变并不改变电动机运行台数，相当于固定接线式电动机变成了变速电动机。通过电动机的接线极数的调整，引起电动机运行功率改变，影响循环水泵的流量与供水扬程变化，有效地解决了循环水系统流量只能靠阀门与水泵运行台数控制的单一方式，且固定接线式电动机一年四季基本按一个功率（1250KW）、转速（492转/分）运行，使得循环水系统在低流量、低转速下空耗电能约380KWH。而变极数电动机每小时可以节能约380KW，电厂每年运行小时按照7200小时计算，其中约一半的时间电动机可以低极数低转速小功率运行，单台电动机的可节约电能136.8万度。按照厂用电电价0.2元/度，每年节约电费27.4万元，按照电厂常规回收年限15年计，仅单台循环水泵节约电费411万元。按照工业电电价1.0元/度，每年节约电费将达137万元。经济效益非常可观，节能效果显著。
2.3 关于电动机的改造所需工期
一般情况下对于常规接线方式电动机，电动机结构本体的改造与调试大约需要4周的时间即可完成，如果是特殊接线方式电动机，双速倍比不常用者，电动机极数不常用者，进行改造与调试工期约需要6周时间。
电机项目改造投资与经济效益：该电机项目改造投资费用只须电机低速运行很短时间即可收回全部成本。当年投资即可收回成本并可获得相当可观的利润。
3. 循环水泵6KV电动机改造为10KV电动机项目简介
随着科学技术的进步与国民经济的发展，供电网络的输电等级提高，人们节能意识普遍增强，采用10KV的输电网络直接供给用电设备的电动机渐成了普遍的节能措施，它不仅节省了输电网络与用电设备之间的中间设备——变压器的投资与损耗，使得电动机运行、维护变得简单，而且工业设备节约的电能所带来的经济效益相当显著的、意义长远。因此，6KV电动机改造为同容量10KV电动机运行节能项目的社会需求量会越来越大。
3.16KV电动机改造为同容量10KV电动机存在的技术问题
不同的电压等级，电动机要求绝缘厚度不同的。一般说来，6KV级电动机绝缘单边厚为2.0mm，10KV级电动机绝缘单边厚3.0mm。对于常规电动机，其定子槽形是一定，要想将电压由6KV改为10KV，势必将计算线圈线规截面减小，以满足电动机绝缘层的增厚要求，造成电动机容量降低。其次电动机的电源密度增大，热负荷增高，电动机发热升高，电机运行可靠性降低，造成电机使用寿命缩短。实践结果表明：6KV电动机改造成10KV电动机运行，一般来说电机容量要减少为原容量的20～25%。
3.26KV电动机改造为同容量10KV电动机技术问题的解决办法
如何将6KV电动机改造为同容量10KV电动机，且不降低电动机的容量，成为电机技术一大难题。有人曾经采用容量规格等级大一级的电动机进行电压等级改造，使改造后的电动机容量与6KV的工作容量相同；也有人采用新购置10KV电机的简单办法(与本文内容不符合) 来解决电动机提高电压等级中存在的技术问题。通常情况下，同容量10KV电动机要比6KV电动机在结构本体上大一个铁心档或者定子槽形较深。采用容量规格等级大一级的电动机进行电压等级改造，或者新购置10KV电动机，有可能造成原循环水泵配用的6KV电机的基础安装尺寸不一致，水泵与电动机基础施工困难，甚至需要调整循环水泵房的布置。只有在电动机结构本体不变的情况下，将6KV电机同容量改压10KV运行才具有实际意义，才能满足用户要求。
3.3新材料、新工艺、新技术的应用
多年来通过对电动机设计和电机绝缘技术的研究和工艺试验研究，将6KV电机同容量改压10KV运行这一难题有了突破性的进展。最成功的例子就是99年山东济宁泗水县大宇水泥有限责任公司（韩国独资企业）一台进口6KV、261KW 6极三相交流异步电动机，其绝缘结构为VPI整浸，单边厚1.5mm，限于设备条件需用模压线圈维修。模压线圈行业内常用的绝缘单边厚为2.0mm，技术先进的厂家绝缘单边厚为1.8mm。根据对电机绝缘技术的探索和对新材料、新工艺、新技术的应用，采取了行之有效的维修方案，用模压线圈，主绝缘单边1.6mm，维修电机获得成功，电机运行至今状况良好，受到韩商的好评，为电机绝缘减薄取得了宝贵的经验。为解决6KV电机同容量改10KV运行这一课题，奠定了坚实的理论基础、取得了宝贵的实践经验。紧接着又对JR1510-8475LW6KV电动机同容量改为10KV，在邹平一轧钢厂稳定运行达一年多，一般来说，对JR、JS型6KV电动机同容量改为10KV运行已成为较成熟的技术。
3.4 电动机的电压等级的改造节约电能、经济效益显著
一般说来6KV电动机接到电网上运行，一般都需要增加变压装置，变压器容量通常按照为电动机容量的2～3倍设计。正常情况下变压器运行同电动机运行一样存在铜损耗和铁损耗，变压器的损耗电能约为其容量的3%～10%。如JR158-8380KW、6KV电机，要求配备变压器容量约为800KVA，损耗电能约25KW/h，每年运行时间按照7200小时计算，变压器耗电约为180000KWh。135MW机组单台循环水泵的电动机的运行功率通常在800-1100KW之间，其变压器的电能损耗将更大，不能不引起足够的重视。其次，电动机的电压等级从6KV提高到10KV，电动机的电阻将提高，工作电流就相应减少。如JR1580-8380KW6KV电机改为10KV运行时，工作电流由6KV时44.6A变为10KV时的26.95A，减少17.65A.。按公式计算（一般CosΦ=0.87），节约电能。如设备每天运行一个工作日按8小时计，节电约1276.6KWh。一年按300个工作日计算，节约电能约382980KWh。电机容量越大，改压节能效益越显著。
同容量电动机电压由6KV提高10KV，电动机的安装尺寸不变，转子不动，只更换定子线圈，电动机改造工期同电机修理差不多，需要增加10KV高压控制开关柜。这些投资相对于购置变压器支付资金与变压器投运的损耗而言、电机6KV改10KV投资，简直就是投入少，效益高的好方法。降低电动机的运行费用就是降低企业生产成本、增加企业竞争力，创造利润。