永磁調(diào)速裝置在超臨界機(jī)組閉冷泵節(jié)能改造中的應(yīng)用

高健

（浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315722）

永磁調(diào)速裝置在超臨界機(jī)組閉冷泵節(jié)能改造中的應(yīng)用

高健

（浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315722）

永磁調(diào)速裝置（PMD）通過調(diào)整永磁體與銅導(dǎo)體之間的氣隙控制傳遞扭矩的大小，是非接觸機(jī)械聯(lián)接，振動小，維護(hù)成本低，對閉冷泵電機(jī)無要求。我公司閉冷泵節(jié)能改造應(yīng)用永磁調(diào)速裝置進(jìn)行閉冷泵出口母管壓力控制。投運(yùn)后，電機(jī)電流下降，節(jié)能達(dá)46%，平均每年節(jié)約電費(fèi)38.1萬元。改造工程簡單，總投資135萬元，3.5年可回收投資成本。

永磁調(diào)速；節(jié)能；閉冷泵

浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡稱烏沙山發(fā)電公司）2號機(jī)組為600MW超臨界直流機(jī)組，輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)采用閉式循環(huán)冷卻方式運(yùn)行，采用2臺閉式循環(huán)冷卻水泵（以下簡稱閉冷泵）為用戶提供冷卻水。兩臺閉冷泵為上海連城泵業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的SLOW500-8006型水泵，設(shè)計(jì)流量為3150m3/h，轉(zhuǎn)速為980r/min，揚(yáng)程為49.6m，所配電機(jī)為佳木斯電機(jī)廠生產(chǎn)的功率為560kW、額定電壓為6kV、額定電流45A的高壓三相異步電動機(jī)。2號機(jī)組閉冷泵B永磁調(diào)速改造前，電機(jī)和水泵轉(zhuǎn)速恒定，水泵輸出壓力也是恒定的0.65MPa。閉冷泵電動機(jī)功率為額定輸出功率，電流45A。根據(jù)2號機(jī)組閉冷泵系統(tǒng)的運(yùn)行工況，冬季水溫較低，各閉式水用戶調(diào)閥開度普遍較小，造成閉式水壓力偏高，存在一定的安全隱患，同時(shí)電機(jī)的部分能源浪費(fèi)在閥門的節(jié)流阻力上，也不利于設(shè)備的節(jié)能降耗。根據(jù)在其它電廠調(diào)研的情況，我公司決定進(jìn)行2號機(jī)組閉冷泵B永磁調(diào)速節(jié)能改造，采用麥格納公司生產(chǎn)的WH1500型水平安裝水冷卻永磁調(diào)速系統(tǒng)。

1 永磁調(diào)速裝置的概述

1.1 基本組成

永磁轉(zhuǎn)子、導(dǎo)體轉(zhuǎn)子、氣隙調(diào)整機(jī)構(gòu)、電動執(zhí)行器等是永磁調(diào)速裝置的重要組成部分。永磁轉(zhuǎn)子固定在負(fù)載軸上，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子固定在電機(jī)軸上，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間有間隙（稱為氣隙），各部分均可獨(dú)立旋轉(zhuǎn)。

1.2 工作原理

通過氣隙傳遞轉(zhuǎn)矩是永磁調(diào)速裝置的最大特點(diǎn),電機(jī)與負(fù)載設(shè)備轉(zhuǎn)軸之間不再需要機(jī)械連接，而是通過電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動導(dǎo)磁盤在裝有強(qiáng)力稀土磁鐵的磁盤所產(chǎn)生的強(qiáng)磁場中切割磁力線，從而在導(dǎo)磁盤中產(chǎn)生渦電流,該渦電流在導(dǎo)磁盤上產(chǎn)生反感磁場，拉動導(dǎo)磁盤與磁盤的相對運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)與負(fù)載之間的轉(zhuǎn)矩傳輸。電機(jī)與負(fù)載之間的扭矩傳輸是通過氣隙連接的，調(diào)整氣隙實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制，如圖1所示。

圖1 永磁調(diào)速裝置工作原理圖

1.3 永磁調(diào)速裝置的特點(diǎn)

（1）節(jié)能率高，永磁調(diào)速裝置能在氣隙0%～100%范圍內(nèi)任意啟動，節(jié)電率達(dá)到25%～60%。

（2） 構(gòu)造簡單，占地面積小，本身無需電源即可工作，使用環(huán)境要求低，防爆等級高，在天然氣場所、高粉塵，高、低溫環(huán)境及潮濕環(huán)境下均可使用，可對該設(shè)備進(jìn)行水沖洗。

（3）電機(jī)恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行，徹底消除諧波震蕩問題。電機(jī)與負(fù)載為非接觸性連接，顯著減少并隔絕振動。

（4）安裝精度要求低，容忍連軸裝置對心誤差5mm，隔離并降低軸承振動。

2 閉冷泵電機(jī)加裝永磁調(diào)速裝置改造

2.1 永磁調(diào)速裝置的改造設(shè)計(jì)

烏沙山發(fā)電公司永磁調(diào)速節(jié)能改造，首先吊出2號機(jī)組閉冷泵B高壓電動機(jī)，其次在閉冷泵與電機(jī)間加裝永磁調(diào)速裝置及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制電纜及信號電纜由熱工專業(yè)敷設(shè)，在DCS控制系統(tǒng)中增加電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作畫面。改造后，閉冷泵出口電動門保持全開，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制永磁調(diào)速裝置的氣隙從而調(diào)節(jié)閉冷泵轉(zhuǎn)速以滿足閉式循環(huán)冷卻水壓力的需求，由此節(jié)約了電能，降低了廠用電率。

2.2 永磁調(diào)速裝置控制邏輯設(shè)計(jì)

原閉冷泵出口母管壓力只作為顯示單點(diǎn)信號，根據(jù)改造設(shè)計(jì)閉冷泵永磁調(diào)速裝置，通過調(diào)節(jié)氣隙距離控制出口母管壓力，依據(jù)熱工控制系統(tǒng)可靠性，規(guī)定自動控制參數(shù)需要三取中，改造中在閉冷泵出口母管管道上增加獨(dú)立取樣的兩個(gè)壓力測點(diǎn)，閉冷泵B運(yùn)行期間，永磁調(diào)速器投自動，限制壓力輸入值為0.3MPa，出口母管壓力兩兩偏差大于0.15MPa永磁調(diào)速器解自動。當(dāng)閉冷泵出口母管壓力低于0.3MPa連鎖啟動備用閉冷泵A。自動控制邏輯如圖2所示。閉冷泵永磁調(diào)速裝置冷卻水系統(tǒng)有兩臺冷卻水泵，工作方式為一用一備。永磁調(diào)速裝置冷卻水泵連鎖啟停通過流量信號控制，當(dāng)流量低于8m3/h時(shí)報(bào)警，備用冷卻水泵連鎖啟動。閉冷泵B保護(hù)：永磁調(diào)速裝置冷卻水系統(tǒng)流量低于4m3/h延時(shí)5s跳閘閉冷泵B；永磁調(diào)速裝置出水溫度高于90℃跳閘閉冷泵B。

圖2 2B閉冷泵自動控制邏輯圖

3 永磁調(diào)速節(jié)能改造經(jīng)濟(jì)分析

3.1 永磁調(diào)速節(jié)能效果分析

改造之前，電機(jī)和水泵轉(zhuǎn)速為恒定，水泵輸出壓力也是恒定的0.65MPa。電機(jī)電流在45A左右，電機(jī)額定電壓為6kV。改造后，通過WH1500永磁調(diào)速裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制場磁氣隙來調(diào)節(jié)閉冷泵出口母管壓力為0.33～0.68MPa，從而調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，電動機(jī)電流在23～43.4A之間，如表1所示。

冬季由于冷卻水溫度較低，閉冷水要求供水壓力也較低，閉冷泵出口母管壓力控制為0.4MPa即可，電機(jī)電流25A，改造前電機(jī)電流為45A，日節(jié)電量：2952 kW·h；夏季冷卻水溫度較高，閉冷水要求供水壓力也較高，閉冷泵出口母管壓力控制為0.6MPa即可，電機(jī)電流37A，改造前電機(jī)電流為45A，日節(jié)電量：1224 kW·h。

3.2 永磁調(diào)速節(jié)能改造投資成本

本次閉冷泵加裝永磁調(diào)速裝置改造的總投資費(fèi)用為135萬元，包括永磁調(diào)速裝置、主輔材料費(fèi)、工程費(fèi)、調(diào)試費(fèi)等費(fèi)用。改造后平均每年節(jié)約電費(fèi)38.1萬元，3.5年可收回全部改造費(fèi)用，可見經(jīng)濟(jì)效益是十分可觀的，如表1。

表1 改造后的測試數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

烏沙山發(fā)電公司2號機(jī)組閉冷泵B通過永磁調(diào)速裝置進(jìn)行節(jié)能改造后，永磁調(diào)速器運(yùn)行狀況非常穩(wěn)定，自改造后投運(yùn)半年多未發(fā)生設(shè)備故障。經(jīng)過本次改造既保證了輔機(jī)設(shè)備良好穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，又能獲得有效的節(jié)能效果。其自身設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，故障率低，可在-10～+50℃環(huán)境條件下長期安全使用，可靠性高使用壽命長，所以后期維護(hù)成本較低。目前國內(nèi)外已經(jīng)有6000多家成功的應(yīng)用案例。

[1]李東，蔣孝春.永磁調(diào)速技術(shù)在電廠鍋爐風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用[J].能源研究與應(yīng)用，2013,25(2):44～46.

[2]王洪濱，劉文華，杜江.永磁調(diào)速節(jié)能技術(shù)在大功率循環(huán)水泵上的應(yīng)用[J].節(jié)能技術(shù)，2014,32(2):178～181.

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