霸州中电环保发电有限公司 河北廊坊 065700
摘要：永磁调速装置为纯机械构造连接，使用寿命长，对运行环境要求低，同变频装置一样可以实现无级平滑调速，具有较好的节能效果，且不产生谐波。从长期运行角度考虑，在发电厂中应用永磁调速装置可以带来较好的技术和经济效益。
关键词：火力发电厂；永磁调速；节能
1 永磁调速技术特点
1.1 工作原理
永磁调速驱动器主要由铜转子、永磁转子和控制机构3部分组成。铜转子固定在电动机轴上，永磁转子固定在负载转轴上，控制机构控制铜导体和永磁体之间的气隙。固定在电动机轴上的铜转子和固定在负载轴上的永磁转子之间存在相对运动，根据电磁感应原理可知：导体在磁力线中移动产生感应涡电流，导体上产生感应磁场，从而产生扭矩，越靠近磁力线越密集，效应越强、扭矩越大；相对运动越快，两者感应同极磁场越强，产生扭矩越大。通过调节永磁体和铜导体之间的气隙就可改变负载轴上输出的转矩，从而实现负载转速变化。永磁磁力耦合调速驱动器如图1所示。
图1 永磁磁力耦合调速驱动器
1.2 节能原理
永磁调速驱动器可以改变负载的转速，实现对离心式泵与风机流量和压力的连续控制。由于离心式泵与风机的扬程与转速的平方成正比，功率与转速的3次方成正比，因此，在电动机转速不变的情况下，调节水泵或风机的转速下降时，其输出流量和扬程分别成比例减少，电动机功率急剧下降，减少了能源需求，从而大量节约电能。
2 永磁调速技术与传统调速技术的对比分析
永磁调速技术是利用磁力驱动负载旋转，实现了电机与负载之间非接触性的扭力传递。电机驱动的主动转子旋转，在从动转子产生的磁场中切割磁力线，从而产生感应磁场，通过磁场之间的相互作用力，驱动负载转动，实现扭力的传递。主动转子与从动转子之间的气隙越小，永磁传动传递的扭力越大，负载转速越高；主动转子与从动转子之间的气隙越大，永磁传动传递的扭力越小，负载转速越低。因此，通过调整气隙的大小，可以对负载进行无级调速。永磁调速装置的基本结构如图2 所示，永磁调速装置的控制逻辑如图3 所示。
图2 永磁调速装置的基本结构
图3 永磁调速装置的控制逻辑
在传统的调速方式中，变频调速的应用较为广泛。变频调速采用电力电子技术来实现对电机速度的调节，可以有效地根据实际工况来进行自动控制，实现节能。电动机采用高压变频调速后，通过变频调节电动机的转速来调节水位或风量。变频调节平滑性好，精度高，波动小，有利于发电机的稳定运行。同时，根据电动机的运行特性曲线，转速下降后，节能效果较为明显。采用变频调节后，电动机可实现软启动，提高了电动机的使用寿命，也减少了阀门损耗和阀门的维护工作量。但是变频调速的缺点也较为明显，整套变频柜设备比较庞大，占地面积较大，变频设备对环境要求较高，最好是专门的带有空调的配电室。较多的电力电子设备在高压环境下故障率较高，安全性较差，需要专业人员及时维护，后期维护成本较高。由于采用变频技术，当高压变频器启动时，还会产生很大的谐波干扰，影响其他设备。
而永磁调速技术相对于传统的调速技术来说，有如下优点：
（1）永磁调速装置为纯机械构造连接，无需外部电源，占地要求不高，安装方便，对运行环境要求低，不怕恶劣环境，使用寿命长。
（2）同变频器一样，可实现无级平滑调速，实现了高效节能效果。永磁调速装置的节能效果如图4 所示。
图4 永磁调速装置的节能效果
（3）同变频器一样，可实现软启动，电机接近空载启动，大幅度减低启动过程中的空载电流，延长了电动机和负载的使用寿命。
（4）永磁调速装置因为采用气隙而不采用硬机械连接来传递扭矩，因而对电动机和负载设备的安装精度要求降低，由连接精度所造成的机械振动和噪音大大降低。
（5）永磁调速装置只是一个简单的机械装置，可适用于各种恶劣环境，不会产生谐波，不影响其他电气设备，不影响电力质量，无电磁波干扰问题。
（6）永磁调速装置在使用寿命期内，基本无后续成本支出，考虑设备购置、运转、保养、维护费用等情况下，将实现总成本最低。
表1 给出了永磁调速和变频调速的比较。
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5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。
图5 开式水泵永磁调速系统示意图
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。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。
４结论
本文对永磁调速技术所包含的内容进行了概述，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。
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.
作者简介：李旭光，男，1984年04月生，河南登封人，现供职于霸州中电环保发电有限公司，助理工程师，部门副经理，从事电力方面的研究。
论文作者:李旭光
论文发表刊物:《电力技术》2016年第11期
论文发表时间:2017/3/2
标签：永磁论文; 电动机论文; 水泵论文; 转速论文; 负载论文; 转子论文; 装置论文; 《电力技术》2016年第11期论文;