（山西京玉发电有限责任公司 山西省朔州市 037200）
山西京玉发电有限责任公司为2*330MW直接空冷机组，空冷岛设置空冷风机60台，空冷风机采用变频异步电机驱动模式。结构配置为：变频器+异步电机＋减速机＋风机，设备现已投运8年，存在的主要问题如下：
1、夏季气温高要维持经济背压，异步电机有超频率运行情况，超频运行整套风机振动大，影响减速机及电机寿命。
2、减速机多次发生轴封漏油，导致空冷岛下方主变压器本体、引出线和空冷岛支柱等污染，对环境造成污染，清理工作量大。
3、机组高负荷时，一台减速机故障影响机组背压约3Kpa，严重影响机组经济性。
4、空冷风机每年维护量大，现减速故障率高，每台减速机每年需要添加润滑油300L，维护成本高；减速机为进口设备，维修需返厂，平均每年每台机组需要3套减速机返厂检修，成本高，对生产也造成了一定的影响，单台减速机每年维修、维护成本约4.9万元。
5、异步电机效率低，尤其是随着负荷的变化，偏离额定功率偏大时，较明显；减速机的二级传动，使电机系统效率降低；整个空冷机组运行耗电偏大。
为解决生产实际存在问题，提高空冷风机运行安全及经济性，提出空冷风机去减速机运行改造方案。
一、永磁直驱技术的基本内容
稀土永磁直驱电机是国家稀土永磁电机工程技术研究中心唐任远院士的一项研究成果。它无减速系统，具有低转速、大扭矩直接启动特性；已实现变频控制、根据负荷调速功能。应用在皮带输送机驱动中，有效解决皮带机动态张力波对皮带和设备造成的冲击危害。
（一）永磁电机的制造特点
1、在电机转子中嵌入稀土永磁体：
由于稀土永磁体的高磁能积和高矫顽力（特别是高内禀矫顽力），使永磁电机具有体积小、重量轻、效率高、特性好等一系列优点，广泛应用在航空、航天、航海及工业与民用方向。
目前煤矿中主要应用于皮带输送机，研究方向趋于煤矿提升系统采用永磁电机直驱控制。
2、电机定子绕组灌注树脂，提高绝缘强度：
电机定子线槽采用大开口燕尾槽、绕组整体镶嵌技术；绝缘树脂封装，电机的耐水、防潮性能得到很大提高，从而能够承受较恶劣环境下的使用损害，延长设备寿命。
（二）永磁电机直驱系统的特点
1、免维护
无减速系统及附属的液压系统、冷却系统，机械传动效率接近100%；维护难度降低，（电机轴承需定期润滑，维护量较少）维护成本降低。
2、可靠性提高、噪音更低
无齿轮传动，噪音低；机械磨损造成的精度损失得到有效控制，寿命更长。
3、变频控制无冲击
永磁电机可控性好，具备零速满转矩输出特性，可以实现重载起动。
4、变频调速
采用矢量控制，双闭环（速度环、电流环）调节，实现“S”曲线起动、停车、根据负载调整皮带运行速度的效果；并采用四象限运行方式能解决下运制动及紧急停车问题。变频器匹配电抗器和滤波装置，不会污染电网和干扰其他设备的正常工作。
5、安装更方便
部件数量减少，系统简单。同比电机、减速机传动系统，安装尺寸减小，具有安装方便、传动链缩短，振动更小、系统运行更加平稳等优点。
二、永磁直驱技术在电厂空冷风机运行方面的作用
永磁直驱技术的应用可以大幅提升空冷风机运行可靠性，有效降低空冷风机的故障率，同时大幅减少空冷风机日常维护、检修成本，合理规避了进口减速机的维护、检修瓶颈。
（一）提高空冷风机运行安全可靠性
1、空冷风机无减速机运行，传动链缩短，系统运行的更加平稳，可靠性提高；
2、无齿轮传动，机械磨损造成的精度损失得到了有效控制，寿命更长；
3、变频启动，无冲击，低速运行振动更小、噪音更小；
4、部件数量减少，安装更方便。
（二）延长空冷风机系统维护、保养周期
1、无减速机，维护难度大大降低，日常维护维护量减少，维护成本降低；
2、维护周期延长，停机时间减少，系统能够持续运转，生产效率提高。
（三）提高空冷风机运行效率
1、功率因数高
永磁电机由于不需要从电网吸收无功电流，转子上既无铜耗又无铁耗。所以永磁同步电机在很宽的负载范围内能保持接近于1的功率因数。
2、效率高
●无减速机，机械传动效率接近100%；
●无转子风扇，风磨损耗小；
●低速运行，机械摩擦损耗降低。
3、高效区宽广
0%~110%额定转速范围内效率高。在效率上，不但在额定点有了提高，而且在低负载、低速条件下，更是优势明显。
三、应用典型案例
（一）项目改造情况
项目改造简单，将原异步电动机吊离基础位，拆除减速机，安装永磁同步直驱电动机，安装风机叶片，更换原变频器，安装过程不需更改空冷岛原钢架结构，京玉发电项目于2018年4月4日调试完毕。电动机选型为同步永磁直驱电动机，并配专用同步永磁电机变频器。
同步永磁直驱电动机参数：
型号：TYCD400-24；额定功率：110KW；额定电流：182A；最高转速：115r/min；频率：23HZ；接法：Y；重量：2468KG；极数：24
变频器型号：ABB ACS880
（二）空冷风机运行情况
空冷风机与2018年4月4日调试完毕后，我公司分别在241空冷风机变频器上口及213空冷风机变频器上口加装电能表进行节能情况比较，根据机组运行情况分别对风机转速50%、60%、80%进行了节能情况测试，试验顺序50%、80%、60%，并根据机组运行情况，进行了综合工况的节能试验。
不同转速下的节电率试验
根据试验结果表明，风机转速在50%时节能效果较好，可以达到24%，综合工况下（4月）平均节电率为7.69%，综合工况下（7~8月）平均节电率为2.14%，此结果表明空冷风机节电率与外部环境温度（空冷岛散热需求）有较大关系，气温较低时风机需用出力较小，气温较高时风机需用出力较大，根据试验数据全年综合工况节电率在3.59%。
241空冷永磁直驱电机因转速低，电动机运行振动水平较低，轴承温度较低，有效减少了电动机的轴承磨损，提高了电动机的使用寿命。
（三）投资和收益情况
变频调速永磁直驱电动机在空冷岛系统应用时采用直接与风机风扇连接形式，简化了传动链，使系统更加平稳，提高了可靠性。永磁直驱电动机采用专用矢量变频器控制，启动冲击小，运行振动小，噪声低，电动机使用寿命更长。
改造后每年节约的经济收益约为：
1、油脂费：每年每台空冷减速机更换油脂300L，0.4万元/年。
2、减速机检修费：每台减速机返厂维修费用4万元（返厂周期约4年），1万元/年。
3、轴承、备件更换费：每台减速机0.5万元/年。
4、电费：现空冷风机单台耗电量1554KW.h，按综合节能率3%保守计算，每天节能46.62KW.h，全年节能1.7016万KW.h，考虑机组检修、停运时间，取系数0.75（9个月运行时间），节能1.2762万KW.h，按标杆电价0.332元计算，单台全年节约电费0.4237万元。
投资费用：
同步永磁直驱电动机系统（含电动机及变频器）采购费用约19万元/套（含增值税、含运费），人工、材料费预计0.8万元/套（含增值税），共计19.8万元/套，投资回报期为：约9年。
总体来看永磁直驱空冷风机技术，能够有效延长设备使用寿命，且调速范围宽，调速性能较好，同时实现了去减速机运行功能，减少了减速机维护、维修成本，合理规避了进口减速机检修瓶颈，永磁直驱技术有效降低了传动损耗，对电厂空冷风机节能降耗有显著意义。