永磁直驱技术在火力发电厂燃料输送系统中的应用研究与评价

国能清远发电有限责任公司 盖雪浩 刁 虎 天津成科传动机电技术股份有限公司 刘志超

现阶段，在碳达峰、碳中和背景下，对电机额定效率、运行效率提出更高要求，对发电厂企业能耗提出更高要求，节能环保工作迫在眉睫。新要求下，低效电机逐渐被淘汰，永磁直驱技术应运而生。永磁直驱技术具有高可靠性、结构紧凑、免维护、低振动、低噪声等问题，可在火力发电厂燃料运输系统中发挥重要作用。

1 永磁直驱技术在火电厂的应用优势

1.1 研究背景

永磁滚筒在火力发电厂中，通常运输煤矿石燃料，通过永磁滚筒，去除燃煤中混有的铁杂质，以此提高燃料的质量，防止出现燃烧结块问题。本厂在使用永磁滚筒时搭配驱动装置共同使用，但由于火电厂长期处于高温环境下，在长时间运输需求下，永磁滚筒驱动装置负荷加大，单机壳体中的温度相对较高，进而影响电机的使用期限。因此，为优化永磁滚筒的使用效果，本厂对永磁滚筒进行优化，再将其应用到燃料运输系统当中。

针对永磁滚筒的优化，本厂采用增加保护壳的方式，保护壳底面固定与安装壳连接，安装壳的顶面安装驱动电机，驱动电机输出端连接外部，安装壳的内部传动结构连接空压螺杆。同时，驱动电机、空压螺杆还与皮带轮连接，用于保护壳体的内部，壳体底部还设有排气通孔，保证整体运行效果。

1.2 传动效率高

以往驱动系统，由于电机电压不稳、耦合器漏油、减速器齿轮磨损等问题，过载或重载的情况下往往难以高效运行，导致驱动系统效率下降。理想状态下，驱动系统可达到0.9效率，但实际运行中，效率通常在0.8以下。但永磁滚筒兼备变频调速设备的防爆性能和本身安全性能由显示系统、变频调速系统、参数设定等模块组成，能够结合实际需要，灵活运转。同时，永磁滚筒的关键构件性能好，产品质量较高，散热效果较好，保护功能齐全，可以有效降低损耗，提高传动效率。

1.3 节能效果明显

理想情况下，永磁滚动可实现永磁传动系统功率因数，在运行过程中，可从电网吸收能量，将其用在有功，功率系数有所提高，进而有效节省电能。永磁滚筒的运用不需要无功补偿设备，减少线路损耗，可实现节能[1]。同时，永磁滚筒高效运行，传动链有所简化，电机本体额定效率比异步电机高出5%左右，也是节能的重要原因，系统电流计算公式如下：

I=（P×1000）/（1.732×U×η×cosφ）

1.4 具有冗余功能

永磁滚筒运行过程中，若功率相对较小，软件可进行单机运行或多机冗余切换动作，实现系统多机备用效果。根据火力发电厂燃料运输量，闭环控制系统速度，在运输量较少时，降低系统运行速度，以此能够有效节省10%～60%左右的能量；在轻载运行时，能够实现更明显的节能减排效果。

2 永磁直驱技术在火力发电厂燃料运输系统中的应用与评价

2.1 安装

机架设计。以保证设备安全运行和方便检修为原则进行机架设计。在设备周围留出足够的空间，以便于监控和维护设备系统。注意冷空气流入流出设备不可出现阻碍问题，防止永磁滚筒周围设备对冷却空气加热。机架设计要求刚度和强度到位，保证安装平坦，不可有外部振动问题，控制机架自然频率在运行速度频率20%以内，防止出现与永磁滚筒共振情况[2]。机架设计过程中，还应在永磁滚筒支撑底座脚下，放置调节垫片，为后续更换安装奠定基础。机架螺栓需具有承受永磁固体机械动力的需求，能够在永磁滚筒启动、短路或堵转时，承受机械扭矩。

安装前准备。安装前首先测量绝缘电阻，尤其注意设备首次驱动前和长期停机维护后的电阻测量，重点测量定子绕组以及辅助装置的测量。并且，在安装前将运输锁定装置拆除，在支持座涂刷防腐蚀涂层，将锁定装置保留，以备后续使用。

正式安装。为保证驱动设备和负载设备的运行效果，必须对设备对正安装，尽量减少滚筒和机架之间的角度与径向等偏差，小心进行对正操作，避免损坏设备结构。在机架上，安装径向调整螺丝，以便安装对正，将螺丝调整均匀，为永磁滚筒机座的安装提供有利条件。将永磁滚筒缓慢吊起，放在机架上，做好水平和垂直对正工作，利用地脚径向调整螺栓，控制精度误差在2mm 以内。此外，应注意，若永磁滚筒安装后，不立即使用，需要停放一段时间，并做好维护工作，定期向自润滑轴承加注或排放，选择使用减震垫等，保证设备完好，不受破坏。

2.2 机械连接与电气连接

机械连接与电气连接工作，在安装后进行。其中，机械连接主要有连接外置冷却系统和连接冷却水管道；电气连接，主要有电源电缆、接地电缆、辅助电缆等，严格按照接线图、尺寸图纸等进行连接操作。

2.2.1 机械连接

首先连接水冷系统。先检查清洁冷却管道，保证其无堵塞问题，再按照安装图纸要求进行连接。

其次连接外置水冷换热器设备，使用合适的冷却水管和连接法兰，连接水冷系统和永磁滚筒。永磁滚筒启动前，保证连通供水。外置水冷换热器的水箱当中，应包含防腐剂、防冻液等冷却介质。无外置水冷换热器设备的连接中，采用封闭式水循环连接钢机座水冷结构，按照规定图纸要求进行连接。使用工业自来水、工业软化水，添加抑制剂，保证冷却水正常流通，避免腐蚀产物堵塞管道。在连接供水管道和永磁滚筒之前，需注意先对冷却水路做清洗工作，为保证清洗效果，可在其中加入防锈剂。严格按照规定标准，使用国际标准的密封件和连接部件，并做好连接后的泄漏检查工作。

其中，冷却水标准值如下：pH7.0～9.0、碱性＞1mmol/kg、硫酸盐＜100mg/kg、氯化物＜20mg/kg、AL 浓度＜0.3mg/kg、Mn 浓度＜0.05mg/kg、KMno4浓度＜20mg/kg、悬浮物＜10mg/kg。

最后安装振动传感器。振动传感器安装过程中，先从随机传感器包装中，将振动传感器取出，再使用合适的防腐剂，将安装表面涂抹均匀，防止螺纹表面出现生锈问题[3]。按照振动传感器安装说明，在安装表面安装振动传感器，并将扭矩紧固处理。

2.2.2 电气连接

电气连接工作的安全性至关重要。必须由专业人员进行电气连接操作，将设备电源全部切断，采取必要安全措施，注意检查电源隔离情况，做好保护地线连接，必要时设置屏障等保护装置，保护带电部件。

在电气连接时，首先对首次启动永磁滚筒，或长期停机维护的永磁滚筒绝缘电阻进行测量。检查主出线盒是否有杂质、污垢等问题，保证出线盒、电缆进口等封闭处理，防止灰尘杂质进入其中。部分主出线盒可旋转90°，在旋转前，要注意检查其内部的电缆长度是否能符合旋转要求。选择电力电缆时，应按照其能够承受的最值条件进行。为保证绝缘装置长期稳定运行，应保证电缆的爬电距离和绝缘长度，避免其受电涌电压、污垢等影响。以不同相位绝缘距离，确定爬电与绝缘距离，不同电位的通过空气最短距离为电气间隙。

其次，安装电力电缆。严格按照国家标准，输入电力电缆尺寸，使用合适尺寸规格的电缆铜接头。电缆接头安装完成后，保证无飞线问题，确保连接紧固、正确。另外，安装辅助出线盒。严格按照本厂的使用需求，根据永磁滚筒辅助出线盒，参照安装图纸，确定出线盒位置和接口尺寸。

辅助出线盒配有电缆密封圈和接线板。使用多芯电缆，定子测温引线电缆，控制其电压限制在24V 左右。加热器引接电缆的最大尺寸为2.5mm2，电压限制为380V，电缆密封圈引入引接电缆Φ8～Φ15mm。使用多芯电缆作为轴承测温引接电缆，控制其电压限制为24V。其余辅助设备与仪器连接时，严格按照接线图和相关资料进行，做好连接前的检查工作。由于本厂永磁滚筒有独立冷却风机，外部电机为三相异步电动机，机座上有接线箱，铭牌标明了频率和电压等信息。

最后，接地连接，要确保永磁滚筒的主出线盒、辅助出线盒等设备，连接保护地线，确保永磁滚筒机座不出现危险或有害电压。控制接地电阻在0.1Ω以内，按照国家规定标准进行接地操作。

2.3 调试运行

调试运行工作，为排除故障，后续维修提供重要参考，只有调试运行通过，才能正式运行和使用，保证永磁滚筒运行质量和效率。

机械安装。机械安装调试运行，主要检查设备是否对正，按照报告要求，做好校正工作，检查永磁滚筒是否安装完好并固定，检查是否存在机架裂纹、螺丝是否紧固、主出线盒与冷却系统是否装配合理、冷却水温度、流量、压力是否正常等。在启动前，做好永磁滚筒绝缘电阻测量；电气安装。绝缘电阻测定后，检查电气安装情况。重点检查电缆布置、电缆螺栓是否紧固、辅助设备是否连接正确、电缆去除应力方法是否正确等。

控制与保护设备。永磁滚筒包含温度传感器，可在出线盒作用下，与保护系统和温控系统连接。尽量设置电阻温度传感器报警极限值，根据制造商规定或测试结果，设置合适的报警与停机温度。若设备出现跳闸问题，须在永磁滚筒重启前，定位故障问题，找出报警原因等。此外，还要重点做好首次运行的检查和监控工作。

2.4 维护

永磁滚筒是成套设备中的一部分，对其进行有效维护监控，可确保其稳定运行，延长其使用期限，避免出现故障或意外，减少停机维护的时间。在运行过程中，根据运行数据，进行定期维护，测量绝缘电阻，检查润滑情况等。维护工作结合监控工作，检查外部零件、表面腐蚀、绕组温度、绝缘情况、冷却通道、表面防腐等多种情况。

其中，一般结构维护对象主要包括设备运行、安装和基础、外表面、紧固件、地脚螺栓等；电源连接的维护对象包括电源电缆、电源电缆连接、接线端子、出线盒附件等；定子和转子维护对象，包括定子铁芯、定子绕组绝缘、定子线圈支架等；辅助设备维护对象包括Pt100元件、防冷凝加热器、机电卫士、辅助出线盒；冷却系统维护对象包括换热器、管道、风扇、外壳、密封与垫片等。

在维护和故障排查工作中，还要注意保护和控制电气性能。对异常运行的电气机械，设备具有报警和自动跳闸保护功能，若找出故障，可恢复保护功能，重启设备。冷却系统出现问题，冷却系统效果下降、设备产生过多热量等问题，都容易导致设备温度升高，出现这种情况，可能由于电网失衡或绕组等问题造成，应调整冷却系统。若绕组或温度传感器显示异常温度，要检查冷却系统，定期清洁和检查冷却器，保证其正常运行。同时，检查冷却器水流通过情况，若冷却器有外部风机电扇，须检查运行情况，保证冷却水循环良好[4]。

2.5 效果评价

永磁滚筒的使用，在本厂燃料运输系统运行当中有效实现了减少设备损耗、减少维修问题，有效完成重载、满载启动工作。永磁滚筒的应用，有效节省了50%～60%的空间，减少了60%以上的维修工作，节约能源超过15%，减少人工消耗。

综上，永磁滚筒作为永磁直驱技术，在火力发电厂燃料运输系统中应用，发挥着有效作用和价值。由磁力齿轮代替传统电动滚筒机械齿轮减速器，可实现高效、节能效果，降低设备故障和损坏，减少维修环节。在火力发电厂燃料运输系统中，应用永磁滚筒，先做好安装前的检查和处理工作，再进行正确安装，做好机械连接与电气连接，注意调试运行，完善维护维修工作，做好故障排查等，保证永磁滚筒在火力发电厂燃料运输系统中的有效运用，发挥其价值和意义，保证运行成效，提高火力发电厂燃料运输的质量和效率。