永磁调速技术在火力发电厂中的节能应用研究

宋晓波

【摘要】首先，本文对永磁调速技术进行了介绍和说明，分别对其工作原理及节能原理进行分析，强调其在火力发电厂中的巨大应用价值；接下来，又对永磁调速技术在火电厂的应用进行了探究，对开式循环水系统及存在的问题进行了总结和探讨，并从解决这一问题出发，提出了永磁调速驱动器改造方案，对改造方案的实施过程和实施后带来的效果进行了全面分析。

【关键词】永磁调速技术；火力发电；电力能源；节能技术

前言：离心式泵与风机在火电厂的总耗电量中占据较大比例，有时可高达发电总量的60%～70%。对于大多数泵与风机而言，其工作状态长期处于在恒定转速下，并通过阀门节流手段实现对流量及压力的调整。如果系统持续保持长时间的运行，不仅会造成大量不必要的节流能量消耗，同时也会产生气蚀、冲刷、振动等现象，从而导致设备损坏。为了解决这一难题，可将永磁调速技术应用于火力发电厂中，再根据机组负荷、环境温度等外在因素变化随时调节泵与风机的转速，这样就能对出口压力和流量进行控制，降低泵与风机出力及消耗的电能，因此具有更大的节能空间并能创造巨大的经济效益。

1、永磁调速技术

1.1工作原理

永磁调速驱动器的结构主要包括铜转子、永磁转子以及控制机构这3部分。铜转子安装在电动机轴上，永磁转子安装在负载转轴上，控制机构则位于铜导体和永磁体之间的气隙内以便实行控制。由于系统工作时电动机轴上的铜转子和负载轴上的永磁转子之间会产生相对运动，因此根据电磁感应原理可知，当导体在磁力线中運动会产生感应涡电流，而导体上方则产生感应磁场，进而产生扭矩，且会随着与磁力线的逐渐靠近而变得更加密集，带来的效应也会增强、扭矩也会越大；扭矩的大小与相对运动的速度密切相关，当相对运动处于高速运行状态中时，二者之间会感应到极强的同级磁场，这时产生的扭矩明显远大于相对运动较慢时的扭矩[1]。通过对永磁体和铜导体之间的气隙进行调节，能够显著改变负载轴上输出的转矩，从而对负载的转速加以控制。

1.2节能原理

永磁调速驱动器可以根据需要来调节负载的转速，因而能够实现对离心式泵与风机的流量及压力的连续控制。由于离心式泵及风机的扬程与转速的二次方成正比例相关，而功率则与转速的三次方成正比。由此可知，如果电动机的转速保持不变，调节水泵或风机的转速使其下降，这时输出的流量和扬程就会分别成比例减少，造成电动机功率的大幅度下降，缓解过高的能源需求，从而实现节约能源的目的。

3、永磁调速技术在火电厂的应用

3.1开式循环水系统及存在的问题

假设某火电厂现有2台300MW供热机组，而开式水系统则主要应用于闭式水冷却器、主机冷油器、抗燃油冷却器、发电机定子冷却水冷却器、发电机密封油冷却器以及真空泵及电动给水泵冷却器等设备。使用时为每台机组配置2台开式循环水泵，开式冷却水由循环水供水管产生提供，在此基础上使其压强升至0.3Mpa后，再向各级用户供水，并回水至循环水回水母管。开式循环泵技术参数如下：型号与类型KQSN600-N19/518；功率280kW；额定流量2600t/h；扬程30m；效率88%；额定转速990r/min。电动机技术参数：型号YKK400-6；额定功率280kW；额定电压6000V；额定电流35.2A；功率因数0.86；额定转速990r/min。在实际的工程设计当中，通常应根据系统的最大需求来完成开式水泵的配备工作，在这一过程中应注意留有余量。在运行过程中，运行人员往往以机组负载及环境温度变化为依据，使用阀门对各级用户的水量进行节流调节，这样就导致了大量的节流损失。更为严重的是，由于主机冷油器中的冷却水调节门位于回水侧，因而会造成主机冷油器冷却水压远超出油压，从而导致油中进水的现象发生，增加了系统运行的安全隐患。

3.2永磁调速驱动器改造方案

为了能够使永磁调速技术得以更好地应用，最大程度地发挥其作用和效果，需根据其技术特点和实际需要制定出最优的调速驱动器改造方案。在全面比较了各种调速改造方案后，在#3机组一台开式循环水泵上应用了永磁调速驱动装置控制开式循环水泵转速的调速方案。调速联轴器可以在控制器的支持下进行控制，控制器同时能够接收水泵出口压力（包括流量、液位）等控制信息。开式水泵永磁调速系统构成可参见图1所示。永磁调速系统设备参数如下：ASD24.5/28.5铝导电盘调速器数量，1个；联轴嵌套及锁紧盘数量，2个；BECK11-300电动执行器数量，1个；执行器连杆总成数量，1个；测速传感器数量，1个；隔音装置数量，1台[2]。

第一，对设备图纸进行分析并设计规划尺寸，现场改变电动机和泵的基础，扩大电动机和泵之间的距离从而符合安装永磁调速驱动器的技术要求。

第二，从厂用电系统中引入一路AC220V/5A/50Hz单相工作电源，为电动执行器及测速传感器提供就地显示仪表。

第三，开度指令是通过分散控制系统（DCS）提供DC4～20mA信号供电动执行机构来实现的，实现方式为比例控制，而电动执行机构则发出DC4～20mA开度反馈指令至DCS中。加快转速及压力反馈情况也应受到DCS的监视及闭环控制。

第四，在此过程需保证DCS中原水泵连锁逻辑、模拟信号（包括电动机绕组温度、电流大小、轴承温度、振动情况）、开关量信号（启动与暂停状态的切换）始终不变。

第五，待设备安装操作结束后，还需进行DCS组态及现场安装调试，在正式应用之前对电动机和水泵的振动及工业噪声进行相关检测以保证其符合技术标准。

3.3改造方案取得的实效

3.3.1节能效果显著

经过改造后，在使用中对2台机组开式循环水泵的总耗电量进行统计，并对得出的统计结果进行综合对比分析。通过数据分析可知，应用了改造方案后，水泵在统计时间段内的平均节电指数高达60%以上，取得了十分理想的节能效果。由于该机组暂时无法在夏季运行，因而缺乏开式水泵夏季耗电数据，无法对其产生的效益加以进一步的分析。但可从机组负荷、上网电价及设备投资维护支出方面获得有效数据并在此基础上进行较粗略的估算，从而可知大约2～3年内收回成本。

3.3.2延长了设备寿命，提高了系统可靠性

由于电动机能够以低负荷状态运行，因此能够降低发热量，并延迟绝缘老化的速度。水泵运行转速的减慢，可以缓解水泵及叶轮的气蚀影响，降低了水泵轴封盘根、轴套的机械损耗程度[3]。同时，在电动机及水泵缺少机械连接的条件下，会使得振动幅度大为降低（通过测量，得知振动降低了约40μm）。电动机零负载启动之后，电流和振动会急剧降低，缓解对机电设备及配电网洛造成的冲击，这样就可有效延长整个系统设备的使用寿命及性能的可靠性。

结论：本文通过对永磁调速技术在火力发电厂中的节能应用进行分析和研究，指出永磁调速技术能够在火力发电厂中占据较大的发展空间，有效发挥其节约能源、提高运行安全性能的作用。本文对永磁调速技术所包含的内容进行了较为相近的概述，指出将其应用于火力发电厂的可行性，同时也对永磁调速技术在火电厂的应用方案进行了探讨。

参考文献

[1]赵国祥，马文静，曹永刚.永磁调速驱动器在闭式冷却水泵上的节能改造[J].节能，2010，11（04）：1782-173.

[2]刘国华，王向东.永磁调速器在电厂灰浆泵系统中的应用及节能分析[J].电力设备，2012，18（10）：193-194.

[3]周浩，刘磊，谢清泉.浅谈变频技术在老热电企业中节能应用[J].现代制造技术与装备，2012，21（05）：156-157.