永磁调速在火电厂凝结水泵应用的可靠性分析

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摘要：[摘 要]永磁驱动技术因其高效节能、无刚性连接传递扭矩、维护简单以及无高次谐波污染等特点，越来越受到国内用户的关注，为论证永磁在发电厂凝结水泵中应用的节能性与可靠性，特以某几个发电厂凝结水泵调速采用永磁调速为例，分析了发电厂凝结水泵永磁调速的安全可靠、

　　[摘 要]永磁驱动技术因其高效节能、无刚性连接传递扭矩、维护简单以及无高次谐波污染等特点，越来越受到国内用户的关注，为论证永磁在发电厂凝结水泵中应用的节能性与可靠性，特以某几个发电厂凝结水泵调速采用永磁调速为例，分析了发电厂凝结水泵永磁调速的安全可靠、节能效果，为后续新建或技改发电厂提供参考。

　　[关键词]发电厂;凝结水泵;永磁调速;节能

　　1 永磁调速工作原理介绍

　　永磁传动是通过铜导体和永磁体之间的气隙实现由电动机到负载的转矩传输。该技术实现了在驱动(电动机)和被驱动(负载)之间无机械连接。其工作原理是一端稀有金属氧化物硼铁钕永磁体和另一端感应磁场相互作用产生转矩。

　　永磁传动器主要由导体转子、永磁转子两部分组成。导体转子固定在电动机轴上，永磁转子固定在负载转轴上，导体转子和永磁转子之间有间隙(称为气隙)，这样电动机和负载由原来的(机械)连接转变为软(磁)连接。永磁调速器永磁盘是由镶有强力稀土的永磁铁组成。永磁盘与负载轴连接，导体盘与电机轴连接。通过调节永磁盘和导体盘之间的距离，当两者有相对运动，磁力线在导体中移动产生感应涡电流(Eddy Current)，进而在铜导体上产生感应磁场，而产生扭矩，越靠近时磁力线密度越密集，产生效应越强，扭距越大;相对运动越快，效应越强，产生扭距越大(转差越大，扭距越大)相对运动越大，两者感应同极磁场越强，从而来改变负载轴的速度，使永磁磁力驱动的传动效率大大提高(98.5%)。永磁调速器结构如图1所示。

　　电机是靠转差产生所需扭矩来带动负载，负载所需扭矩决定电机的转差，电机的输出功率视负载需求来决定，所需扭矩越大输出功率越大即：功率=扭矩×转速。

　　2 永磁调速特点与性能比较

　　2.1 永磁调速器与各种调速方式技术对比

　　永磁调速器与各种调速方式技术对比见表1。

　　如表1所示，可以总结出永磁传动装置具有以下综合优势。

　　(1)总成本低;

　　(2)维护工作量小，维护费用极低;

　　(3)容忍安装对中误差，大大简化了安装调试过程;

　　(4)过载保护功能。可提高整个电机驱动系统的可靠性，完全消除系统因过负荷而导致的损害现象;

　　(5)带缓冲的缓冲启动/停机功能(刹车);

　　(6)节能效果显著，与变频器调速节能效果一样;

　　(7)使用寿命长，设计寿命为25年;

　　(8)隔震效果好;有效降低系统共震50%～80%;

　　(9)结构简单，适应各种恶劣环境。对环境友好，不产生污染物，不产生谐波;

　　(10)体积较小，安装方便，可方便地改造现有系统或用于新建系统。

　　2.2 永磁调速器与变频器的综合能效对比

　　(1)永磁调速器。永磁调速器采用的是滑差型调速控制负载转速，滑差会有一定发热损失，因此永磁调速器在低转速区滑差大，同样这一区间滑差发热损耗较为明显，而其损耗与转速比及负载的轴功率有直接关系，不同转速与不同的负载轴功率显现的损失也不同，存在一部分电能会转换为热能被浪费掉。

　　(2)变频器。变频器通过调节电机转速间接实现负载的转速控制，与永磁调速有着相同的调速节能效果。虽然其效率在一定的转速区域较为恒定，一般为运行功率的4%～8%，其损耗主要为电子元件的热损耗，但要为此变频器配套空调或其他辅机散热手段，通过上述辅机运行的电耗对比分析，变频器的自身损耗与輔机的电耗之和同样影响了变频调速的综合能效。如图2所示。

　　因此根据上述综合效率分析，两种调速技术的能效水平差异不大，在低转速区域变频调速系统综合效率会略高于永磁调速系统，而在高转速下运行时永磁调速系统的综合能效还要略高于变频器。

　　3 大型发电厂凝泵永磁调速技术应用

　　凝结水泵永磁调速应用案例。

　　(1)安徽省电力科学研究院提供数据：安徽某电厂凝泵功率2000 kW，进行凝泵永磁改造后，每年机组运行按320 d(7 680 h)，年利用小时为5 810 h计算得永磁调速投运后凝结水泵平均节电率为33.8%。

　　安徽某电厂永磁与变频对比相关数据如表2所示。

　　(2)广东某电厂1号机组A凝结泵改造永磁调速后测试结果如表3所示。估算全年节省的电能按照往年实际运行情况进行分段估算，每年机组运行按年负荷368.82 MW，年利用小时为5 500 h计算，凝泵平均节电率为39.02%。

　　4 结束语

　　通过市场调研2000 kW/1450 r/min凝结水泵采用立式永磁调速器配套，已投运10多年的凝泵永磁调速器从来没有发生运行事故。调整平滑稳定，控制跟踪速度较快，节能效果明显。运行维护成本年平均0.5万元左右，可以大大降低发电企业的运行和维护成本。因此，永磁调速器是当今较为理想的节能降耗、安全运行的传动设备。鉴于永磁调速器可能存在的缺点，技改或者新建项目凝泵若采用永磁调速时应考虑这个因素：流量变化与转速变化成正比，压力变化与转速变化的平方成正比，功率变化与转速变化的立方成正比。根据了解的转差率凝结水泵加装永磁调速器后，凝结水泵输出流量比设计参数大约降低5%，与常规运行比降低5.83%;输出压力扬程比设计参数降低9.75%，与常规运行比降低11.31%;输出轴功率比设计参数降低14.26%，与常规运行比降低16.48%。这就要求设计单位对凝结水泵扬程、流量必须要有一定的富裕量，以保证在夏季高负荷连续补水最恶劣工况下运行。

　　参考文献

　　[1] 杨兴瑶.电动机调速的原理及系统[M].北京：水利电力出版社，1995.

　　[2] 赵克中.磁力驱动技术与设备[M].北京：化学工业出版社，2003.

　　推荐阅读：电厂热能动力工程装置的检修维护探讨

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