6 kV通用电机通过变频技术进行提速的探讨

郑志海

（华能玉环电厂， 浙江 玉环 317600）

6 kV通用电机通过变频技术进行提速的探讨

郑志海

（华能玉环电厂， 浙江 玉环 317600）

通 过 理 论 分 析 并 结 合 火 电 厂 引 风 机 改 造 实 例 ， 对 6 kV 电 压 等 级 的 通 用 电 机 利 用 变 频 调 速 进行提速运行展开研究和探讨。

变频器； 提速； 6 kV； 通用电机

0 引言

我国是以燃煤为主的发展中国家，国家环境保护部已出台了新的大气污染物排放标准，提高了对已建火电厂氮氧化物（NOX）的排放标准，因此火电厂进行脱硝改造势在必行。而选择性催化还原法（SCR）脱硝技术在脱硝改造中的应用最为普遍， 采用 SCR 技术进 行脱硝改造一般都同时改造锅炉的引风机， 以适应新增 SCR 装置带来的风压增加。

通用电动机在额定转速以下采用变频调速降速运行，已有很多文献报道。对通用电机，特别是 6 kV 等 级 的 电 机 能 否 采 用 变 频 调 速 器 提 速 运行，尚未见充分、详细的文献报道。本文结合某大 型 火 电 厂 1 000 MW 级 机 组 引 风 机 改 造 实 例 ，就引风机电机利用变频提速技术实现引风机工艺系统对电机提速拖动展开研究和探讨。

1 机械特性

异步电动机在额定电压、额定频率、电动机按规定接线方法接线，定子及转子电路中不外接电阻（电抗或电容）时的机械特性曲线 n=f（T），称之为固有机械特性，如图1所示。按异步电机的固有机械特性，经典电机学理论认为，通用电动机 的 运 行 频 率 上 限 为 55 Hz， 这 是 因 为 当 电 机 转速在额定转速以上运行时，定子频率将高于额定频率（50 Hz）。 这时， 若仍按恒转矩原则控制， 则定子电压将升高并超过额定电压。如果在高于额定转速的调速范围内保持定子电压为额定电压不变，则随着转速即频率的上升，磁通将减少，因此在同一定子电流下的转矩将减小，机械特性变软，电机的过载能力大幅度下降，如图2所示。

图1 异步电机的固有机械特性

图2 电压不变， 电源频率升高 20%时的人为机械特性

表1 Y 系 列 （50 Hz）电 动 机 性 能 变 化 试 验 数 据%

表1 是 380 V 电 压 等 级 的 Y 系 列 （50 Hz） 电动机 接 在 60 Hz电 网 ，在 额 定 电 压 下 输 出 额 定 功率时的性能变化试验数据。此外，由于电机铁心损耗功率与频率的 1.4 次方成正比， 超限提速还会使电动机铁耗急剧增加、发热严重。

理 论 和 试 验 证 明 ， 若 频 率 超 过 55 Hz， 将 使电机过载能力下降，铁耗急剧增加、发热严重。

2 提高电机定子运行电压

实际使用的6 kV通用电机铭牌参数一般为：定 子 额 定 电 压 6 kV±10%， 额 定 频 率 50 Hz±5%。因此通用电机在 110%定子额定电压下长期运行，对电机绝缘没有影响，同时说明通用电机在110%定子额定电压下运行时电机定子铁心的磁通密度没有进入饱和区，电机磁路工作点仍处于线性区。

因为电机的转矩与定子电压的平方成正比，随着定子电压的提高，电机的转矩显著增大，定子电流减小， 绕组温度下降（图3）。 根据式 1-4，6 kV 电 机 定 子 电 压 提 高 7% 运 行 时 ， 对 Y 系 列电 动 机 性 能 影 响 的 分 析 和 实 验 数 据 见 表2。 6 kV电机定子电压提高 5%、 电源频率提高 20%运行时，对Y系列电动机性能影响的分析数据见表3， 电机人为机械特性如图4所示。

式中： E1为定子绕组产生的感应电动势； KW1为定子的绕组系数；KW2为转子的绕组系数； f1为电源频率；f2为转子电势频率；W1为定子绕组每相串联线圈匝数；W2为转子绕组每相串联线圈匝数； Φ 为每极磁通； p 为电机极对数； Ke为饱和系数； U1为电源电压； E2为转子绕组产生的感应电动势； I2为转子绕组产生的感应电流； cosφ2为内功率因数。

图3 异步电机改变定子电压时的人为机械特性

表2 定子电压提高 7%对 Y 系列电动机性能的影响

表3 定子电压提高 5%及电源频率提高 20%对 Y 系列电动机性能的影响%

图4 电压升高 5%， 频率升高 20%时的人为机械特性

由上述分析可以得出：在提高电机定子电压5%的情况下， 电机可以在 120%额定转速下长期运行，其发热和绝缘性能与电机在额定参数运行时相比变动不大， 而转矩下降 12.5%。

3 电机负载情况

根据 DL 5000-2000《火 力 发 电 厂 设 计 技 术 规程》规定， 取引风机的风量裕量不小于 10%， 温度裕量不小于 10℃， 压升裕量不小于 20%，如果采用堵灰倾向严重的煤种，则压升裕量可以取30%， 而风机电机的功率还要在风机选型点轴功率 的 基 础 上 乘 以 1.1～1.5 的 系 数 ， 所 以 在 实 际 运行中， 电机的负荷率一般为 50%～80%。 下面以某1 000MW 级机组的引风机参数进行分析。

由表4、 表5和表6的数据可以得出， 该引风机电机在锅炉最大出力时的负荷率小于 80%。根据异步电机原理，电机转矩T为：

表5 原有引风机电机铭牌参数

表6 某大型电厂在机组满负荷工况下的引风机耗电情况

式中：n为电机转速；P为电机功率。

根据式（5），T∝P，因此在电机实际运行中，机械转矩的负荷率只有额定转矩的 50%～80%。

4 结论

根 据 上 述 分 析 可 知 ， 火 电 厂 6 kV 通 用 电 机实际运行时， 如果将电机频率提高 20%、 电压提

表4 某大型电厂引风机改造前后的选型参数

高 5%，虽然最大转矩只有原来的 87.5%，但由于火电厂普遍存在小负荷配大电机的现象，并考虑到一定的负载裕量，只要提速改造后的电机负荷率小于 80%， 升压提速运行后的电机仍能满足电气 拖动 的机械 要求。 由此得出： 在 火电厂 6 kV 通用电机因工艺要求需要提速运行时，只要满足下列3个条件，就可以在不改动电机的基础上利用变频提速技术，并能满足工艺系统对电机的要求。

（1）电机运行电压大于 1.05 的额定电压。

（2）提速改造后的电机负荷率小于 80%。

（3）提速频率不高于 120%。系统的安全运行，应建立网络接入管理制度、机房人员出入管理制度、数据备份管理制度、安全责任制度、 安全评估制度[1]以及电能量业务流程管理制度等，并严格执行，这是实施安全管理的关键。

5 结论

本文以台州地-县一体化电能量采集系统为研究对象，提出了电能量系统的全面安全防御体系建设方案，强调安全防御体系的系统性，不能以技术取代管理。但安全不是静止的，随着电能量采集系统规模的扩大、应用软件的升级、人员的变动，安全状况也会随之发生变化，需要在实践中不断加以完善。

[1] 国家电力监管委员会.电力二次系统安全防护规定[S].北京：中国电力出版社，2004.

（本文编辑：徐 晗）

参考文献:

[1]王振宇.燃煤电厂的除尘、脱硫、脱销技术[J].环境保护科学，2005，31（1）∶4-6，13.

[2]李焦明.通用电机变频提速探讨[J].电气传动，2003，33（2）∶63-64.

收稿日期： 2011-06-15

作者简介： 郑志海（1969-）， 男， 浙江余杭人， 工程师， 主要从事脱硫、脱硝、除尘工程及生产技术管理。

（本文编辑：徐 晗）

Discussion on Acceleration of 6 kV General Electromotor by Frequency Conversion Technology

ZHENG Zhi-hai
（Huaneng Yuhuan Power Plant， Yuhuan Zhejiang 317600， China）

Through theoretical analysis based on the case of induced draft fan retrofit in the thermal power plant， this paper studies and discusses the operation acceleration of 6 kV general electromotor by frequency conversion technology.

frequency converter； acceleration；6 kV；general electromotor

TK264.2+2

： B

：1007-1881（2011）10-0043-03

2011-05-03

洪道鉴（1970-）， 男， 浙江玉环人， 工程师， 从事电力系统及其自动化、信息安全、电能计量方面的运行和专业管理工作。