永磁調(diào)速在火電廠凝結(jié)水泵應(yīng)用的可靠性分析

李海斌

[摘? ? 要]永磁驅(qū)動(dòng)技術(shù)因其高效節(jié)能、無剛性連接傳遞扭矩、維護(hù)簡單以及無高次諧波污染等特點(diǎn)，越來越受到國內(nèi)用戶的關(guān)注，為論證永磁在發(fā)電廠凝結(jié)水泵中應(yīng)用的節(jié)能性與可靠性，特以某幾個(gè)發(fā)電廠凝結(jié)水泵調(diào)速采用永磁調(diào)速為例，分析了發(fā)電廠凝結(jié)水泵永磁調(diào)速的安全可靠、節(jié)能效果，為后續(xù)新建或技改發(fā)電廠提供參考。

[關(guān)鍵詞]發(fā)電廠;凝結(jié)水泵;永磁調(diào)速;節(jié)能

[中圖分類號]TM621 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）09–0–02

[Abstract]Permanent magnet drive technology has attracted more and more attention from domestic users because of its high efficiency and energy saving， no rigid connection to transmit torque， simple maintenance， and no high-order harmonic pollution. It is used to demonstrate the application of permanent magnet in power plant condensate pumps. Energy-saving and reliability. Taking the permanent magnet speed control of the condensate pump in a certain power plant as an example， the safety， reliability and energy-saving effect of the permanent magnet speed control of the condensate pump in the power plant are analyzed. for reference;

[Keywords]power plant; condensate pump; permanent magnet speed regulation; energy saving

1 永磁調(diào)速工作原理介紹

永磁傳動(dòng)是通過銅導(dǎo)體和永磁體之間的氣隙實(shí)現(xiàn)由電動(dòng)機(jī)到負(fù)載的轉(zhuǎn)矩傳輸。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在驅(qū)動(dòng)（電動(dòng)機(jī)）和被驅(qū)動(dòng)（負(fù)載）之間無機(jī)械連接。其工作原理是一端稀有金屬氧化物硼鐵釹永磁體和另一端感應(yīng)磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。

永磁傳動(dòng)器主要由導(dǎo)體轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子兩部分組成。導(dǎo)體轉(zhuǎn)子固定在電動(dòng)機(jī)軸上，永磁轉(zhuǎn)子固定在負(fù)載轉(zhuǎn)軸上，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子之間有間隙（稱為氣隙），這樣電動(dòng)機(jī)和負(fù)載由原來的（機(jī)械）連接轉(zhuǎn)變?yōu)檐洠ù牛┻B接。永磁調(diào)速器永磁盤是由鑲有強(qiáng)力稀土的永磁鐵組成。永磁盤與負(fù)載軸連接，導(dǎo)體盤與電機(jī)軸連接。通過調(diào)節(jié)永磁盤和導(dǎo)體盤之間的距離，當(dāng)兩者有相對運(yùn)動(dòng)，磁力線在導(dǎo)體中移動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)渦電流（Eddy Current），進(jìn)而在銅導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)磁場，而產(chǎn)生扭矩，越靠近時(shí)磁力線密度越密集，產(chǎn)生效應(yīng)越強(qiáng)，扭距越大;相對運(yùn)動(dòng)越快，效應(yīng)越強(qiáng)，產(chǎn)生扭距越大（轉(zhuǎn)差越大，扭距越大）相對運(yùn)動(dòng)越大，兩者感應(yīng)同極磁場越強(qiáng)，從而來改變負(fù)載軸的速度，使永磁磁力驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)效率大大提高（98.5%）。永磁調(diào)速器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

電機(jī)是靠轉(zhuǎn)差產(chǎn)生所需扭矩來帶動(dòng)負(fù)載，負(fù)載所需扭矩決定電機(jī)的轉(zhuǎn)差，電機(jī)的輸出功率視負(fù)載需求來決定，所需扭矩越大輸出功率越大即：功率=扭矩×轉(zhuǎn)速。

2 永磁調(diào)速特點(diǎn)與性能比較

2.1 永磁調(diào)速器與各種調(diào)速方式技術(shù)對比

永磁調(diào)速器與各種調(diào)速方式技術(shù)對比見表1。

如表1所示，可以總結(jié)出永磁傳動(dòng)裝置具有以下綜合優(yōu)勢。

（1）總成本低;

（2）維護(hù)工作量小，維護(hù)費(fèi)用極低;

（3）容忍安裝對中誤差，大大簡化了安裝調(diào)試過程;

（4）過載保護(hù)功能。可提高整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，完全消除系統(tǒng)因過負(fù)荷而導(dǎo)致的損害現(xiàn)象;

（5）帶緩沖的緩沖啟動(dòng)/停機(jī)功能（剎車）;

（6）節(jié)能效果顯著，與變頻器調(diào)速節(jié)能效果一樣;

（7）使用壽命長，設(shè)計(jì)壽命為25年;

（8）隔震效果好;有效降低系統(tǒng)共震50%～80%;

（9）結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。對環(huán)境友好，不產(chǎn)生污染物，不產(chǎn)生諧波;

（10）體積較小，安裝方便，可方便地改造現(xiàn)有系統(tǒng)或用于新建系統(tǒng)。

2.2 永磁調(diào)速器與變頻器的綜合能效對比

（1）永磁調(diào)速器。永磁調(diào)速器采用的是滑差型調(diào)速控制負(fù)載轉(zhuǎn)速，滑差會有一定發(fā)熱損失，因此永磁調(diào)速器在低轉(zhuǎn)速區(qū)滑差大，同樣這一區(qū)間滑差發(fā)熱損耗較為明顯，而其損耗與轉(zhuǎn)速比及負(fù)載的軸功率有直接關(guān)系，不同轉(zhuǎn)速與不同的負(fù)載軸功率顯現(xiàn)的損失也不同，存在一部分電能會轉(zhuǎn)換為熱能被浪費(fèi)掉。

（2）變頻器。變頻器通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速間接實(shí)現(xiàn)負(fù)載的轉(zhuǎn)速控制，與永磁調(diào)速有著相同的調(diào)速節(jié)能效果。雖然其效率在一定的轉(zhuǎn)速區(qū)域較為恒定，一般為運(yùn)行功率的4%～8%，其損耗主要為電子元件的熱損耗，但要為此變頻器配套空調(diào)或其他輔機(jī)散熱手段，通過上述輔機(jī)運(yùn)行的電耗對比分析，變頻器的自身損耗與輔機(jī)的電耗之和同樣影響了變頻調(diào)速的綜合能效。如圖2所示。

因此根據(jù)上述綜合效率分析，兩種調(diào)速技術(shù)的能效水平差異不大，在低轉(zhuǎn)速區(qū)域變頻調(diào)速系統(tǒng)綜合效率會略高于永磁調(diào)速系統(tǒng)，而在高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)永磁調(diào)速系統(tǒng)的綜合能效還要略高于變頻器。

3 大型發(fā)電廠凝泵永磁調(diào)速技術(shù)應(yīng)用

凝結(jié)水泵永磁調(diào)速應(yīng)用案例。

（1）安徽省電力科學(xué)研究院提供數(shù)據(jù)：安徽某電廠凝泵功率2000 kW，進(jìn)行凝泵永磁改造后，每年機(jī)組運(yùn)行按320 d（7 680 h），年利用小時(shí)為5 810 h計(jì)算得永磁調(diào)速投運(yùn)后凝結(jié)水泵平均節(jié)電率為33.8%。

安徽某電廠永磁與變頻對比相關(guān)數(shù)據(jù)如表2所示。

（2）廣東某電廠1號機(jī)組A凝結(jié)泵改造永磁調(diào)速后測試結(jié)果如表3所示。估算全年節(jié)省的電能按照往年實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行分段估算，每年機(jī)組運(yùn)行按年負(fù)荷368.82 MW，年利用小時(shí)為5 500 h計(jì)算，凝泵平均節(jié)電率為39.02%。

4 結(jié)束語

通過市場調(diào)研2000 kW/1450 r/min凝結(jié)水泵采用立式永磁調(diào)速器配套，已投運(yùn)10多年的凝泵永磁調(diào)速器從來沒有發(fā)生運(yùn)行事故。調(diào)整平滑穩(wěn)定，控制跟蹤速度較快，節(jié)能效果明顯。運(yùn)行維護(hù)成本年平均0.5萬元左右，可以大大降低發(fā)電企業(yè)的運(yùn)行和維護(hù)成本。因此，永磁調(diào)速器是當(dāng)今較為理想的節(jié)能降耗、安全運(yùn)行的傳動(dòng)設(shè)備。鑒于永磁調(diào)速器可能存在的缺點(diǎn)，技改或者新建項(xiàng)目凝泵若采用永磁調(diào)速時(shí)應(yīng)考慮這個(gè)因素：流量變化與轉(zhuǎn)速變化成正比，壓力變化與轉(zhuǎn)速變化的平方成正比，功率變化與轉(zhuǎn)速變化的立方成正比。根據(jù)了解的轉(zhuǎn)差率凝結(jié)水泵加裝永磁調(diào)速器后，凝結(jié)水泵輸出流量比設(shè)計(jì)參數(shù)大約降低5%，與常規(guī)運(yùn)行比降低5.83%;輸出壓力揚(yáng)程比設(shè)計(jì)參數(shù)降低9.75%，與常規(guī)運(yùn)行比降低11.31%;輸出軸功率比設(shè)計(jì)參數(shù)降低14.26%，與常規(guī)運(yùn)行比降低16.48%。這就要求設(shè)計(jì)單位對凝結(jié)水泵揚(yáng)程、流量必須要有一定的富裕量，以保證在夏季高負(fù)荷連續(xù)補(bǔ)水最惡劣工況下運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊興瑤.電動(dòng)機(jī)調(diào)速的原理及系統(tǒng)[M].北京：水利電力出版社，1995.

[2] 趙克中.磁力驅(qū)動(dòng)技術(shù)與設(shè)備[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.