浅谈永磁技术在电厂中的应用

浅谈永磁技术在电厂中的应用

张涛

国能重庆万州电力有限责任公司 404027

摘 要: 随季节温度变化, 辅机循环水泵运行工况变化较大, 采用阀门控制时系统运行效率较低,导致大量能源浪费。因此, 需对辅机循环水泵进行调速改造, 以实现节能的目的。本文详细介绍了永磁调速器的工作原理, 分析了循环水泵永磁调速改造后的实际效果。改造后的数据显示, 永磁调速器能有效降低循环水泵的能耗, 提高系统的运行可靠性, 具有广阔的应用前景。

关键词: 火电厂; 辅机循环水泵; 永磁调速技术; 节能

1 概述

目前, 实现水泵调速节能运行的技术主要包括液力耦合调速、变频调速和永磁调速三种技术。液力耦合调速器以液体为工作介质, 利用液体动能的变化来传递能量, 改变工作腔内液体的充满度, 即可改变液力耦合调速器所传递的转矩和输出轴的转速 ; 变频调速器根据电机转速与输入频率成比例的关系, 通过改变供给电机三相电源的频率值来达到改变电机转速的目的 ; 永磁调速器则是利用永磁场与感应磁场的耦合作用来实现电机和负载间运动的传递。永磁调速技术相比于液力耦合调速技术和变频调速技术, 具有传递效率高、隔振效果好、环境适应能力强、可靠性高、故障率低和使用寿命长等优势。辅机循环水系统为辅机设备提供冷却水, 将用户使用后的冷却水通过冷却风机进行冷却后, 重新通过回水管进入吸水井, 从而实现冷却水的循环, 满足用户的需求。夏季2 台水泵全开的情况下, 进水及回水的温度相差不大, 只有3℃不到, 而设备可允许的循环水温差可以达到7℃ , 由此可见循环水流量过大, 利用率偏低, 循环水泵耗电量大, 导致大量能源浪费。为降低发电厂用电量, 有必要推行循环水泵的调速节能改造。环境污染与能源短缺是当前人类面临的严峻问题，节能环保设备和技术的应用也受到普遍的重视，特别是在电厂，化工等重点耗能行业。永磁调速器（PMD)是近几年来国际上节能技术上的一个创新， 主要应用于风机， 泵类等离心负载调速节能方面，通过节流阀门或挡板调节，损失大，效率低；阀门调节磨损或变形严重，导致系统故障率高，维护成本高。通过永磁调速器新技术的应用，实现降低生产运行成本和提高设备使用效率。

2 永磁调速器的工作原理

永磁调速器是透过气隙传递转矩的传动设备。电机与负载转轴之间无需机械连接，电机旋转时带动导体盘在装有强力稀土磁铁所产生的强磁场中切割磁力线，因而在导体盘产生涡电流，该涡电流在导体盘上产生反向感应磁场，形成磁扭矩，拉动导体盘与永磁盘相对运动，从而实现了电机与负载之间的转矩传输。永磁调速器主要由导体转子、永磁转子和调节器三部分组成。永磁转子与导体转子间无机械连接, 由气隙分开, 可随各自安装的旋转轴独立转动; 调节器调节永磁转子与导体转子在轴线方向的相对位置, 以改变导体转子与永磁转子之间的相互作用面积。导体转子与电机轴连接, 永磁转子与负载轴连接。当电机带动导体转子转动时, 导体转子与永磁转子产生相对运动, 永磁体磁场在导体转子上产生涡流, 涡流又产生感应磁场与永磁体磁场相互作用,从而带动永磁转子沿与导体转子相同的方向转动, 将电机轴的转矩传递到负载轴上。永磁转子在调节器作用下, 沿轴向往返移动时, 永磁转子与导体转子之间的相互作用面积发生变化。作用面积大, 传递的扭矩大,转速高; 作用面积小, 传递的扭矩小, 转速低; 永磁转子与导体转子完全脱开, 作用面积为零, 永磁转子转速为零, 即负载转速为零。永磁调速器不仅可以用于离心式风机、泵类设备的调速节能，也可实现双机功率平衡、限矩和过载保护、耦合及减振等功能。所以在电力、钢铁、化工、造纸等领域逐渐得到广泛的应用，尤其是在电厂辅机上的应用越来越多。

3 循环水泵永磁调速改造案例分析

某电厂辅机循环水泵的电机型号为Y K K400-4W , 额定转速为1482r / m i n , 额定功率为300kW, 额定电流为36A , 功率因数为0.86, 型号为X S350-430B 的水泵轴功率为240kW , 额定流量为2200m3/ h , 额定扬程为0.33M P a。该厂于2014 年9 月对辅机循环水系统进行永磁调速改造, 根据电机和水泵的功率和运行情况, 选择了型号为A L T650S 的风冷型永磁调速器。参考永磁调速器的轴端距, 加长电机基础, 将电机后移一定距离, 以便在2# 循环水泵与电机之间加装永磁调速器。还需完成的工作内容包括增加电动执行器的安装基础、铺设热控电缆、加装测点、进行D C S 组态等。改造后, 电动执行器接收D C S 的控制信号, 调节导体转子和永磁转子的啮合面积, 从而实现对水泵转速的调节, 控制循环水流量, 提高系统的运行效率。改造前, 辅机循环水系统采用阀门调节流量, 电机的实际工作电流为29.05A , 水泵实际工作压力为0.35M P a。为分析永磁调速改造的效果,对改造后2# 水泵的运行状况进行了测量,从运行状况可以看出, 采用永磁调速器对系统进行改造后, 在满足辅机冷却要求的情况下, 实际运行工况1 的电机电流下降了4.53A , 实际工况2 的电机电流下降了5.35A。测得的电流为电机的视在电流,而实际耗电量是按有功功率计量的, 因此以电流直接计算节电率误差较大。由于测量设备有限, 现场只能测得电机的电流, 在假设电机无功电流不变的前提下,对节电率进行估算。根据永磁调速器每年可节约的电费, 预计1~2 年能够回收投资成本。测量时阀门未完全打开, 若由永磁调速器单独控制循环水流量, 则电机的实际能耗将更少,节电率更为可观。改造后, 电机的振动情况也明显得到了改善。根据统计结果, 超过80% 的旋转设备的故障是由于振动引起的。永磁调速器中的导体转子和永磁转子之间无机械连接, 隔断了电机和水泵之间振动的相互传递, 同时消除了安装对中误差产生的振动, 减少了设备在长期运行中因振动而造成轴承、密封件的损坏, 减少了设备维护费用。在满足现场运行要求的情况下，节电量达到173417kWh，平均节电率达到了37.2%；年节省电费121392 元，具有很高的经济效益。由于电机启动时和正常运行时的电流大大减少，供电线损也大幅度降低；另外提高了系统运行安全性，降低了节流

损失。由于采用磁力连接，减小电机及水泵的振动，延长了电机及水泵轴承的使用寿命，且改造后阀门打开也增加了阀门的寿命。实现调节方式由替代挡板向永磁调速方式的转变，进而节省了的电能资源，提高了水泵的能效。

4 结束语

永磁调速器由于其具有显著的节能效果、简单的结构总成，以及较高的安全可靠性能，被广泛应用于火力发电厂的各类风机、水泵等离心式负载，推动了企业的节能环保发展进程，给企业带来明显的经济收益。永磁调速技术在辅机循环水泵上的应用证明, 永磁调速器改造简单, 调试方便, 不仅可以使水泵系统自动调速运行, 有效降低系统的耗电量, 优化系统的运行状况, 还可以提高系统的运行稳定性, 延长设备的使用寿命。永磁调速器在电厂循环水系统中成功的尝试, 为永磁调速器在电力行业的广泛应用起到了积极的推动作用。

参考文献:

[1]永磁调速在电厂灰渣泵系统中的应用 [J]. 王洪滨,李彦明,李刚,王向东.  节能与环保. 2013(08)

[2]大功率风机水泵调速节能方法对比分析 [J]. 段晓伟,王向东.  节能. 2012(05)