永磁直驅(qū)技術(shù)在火力發(fā)電廠燃料輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用研究與評(píng)價(jià)

國能清遠(yuǎn)發(fā)電有限責(zé)任公司 蓋雪浩 刁 虎 天津成科傳動(dòng)機(jī)電技術(shù)股份有限公司 劉志超

現(xiàn)階段，在碳達(dá)峰、碳中和背景下，對電機(jī)額定效率、運(yùn)行效率提出更高要求，對發(fā)電廠企業(yè)能耗提出更高要求，節(jié)能環(huán)保工作迫在眉睫。新要求下，低效電機(jī)逐漸被淘汰，永磁直驅(qū)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。永磁直驅(qū)技術(shù)具有高可靠性、結(jié)構(gòu)緊湊、免維護(hù)、低振動(dòng)、低噪聲等問題，可在火力發(fā)電廠燃料運(yùn)輸系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。

1 永磁直驅(qū)技術(shù)在火電廠的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 研究背景

永磁滾筒在火力發(fā)電廠中，通常運(yùn)輸煤礦石燃料，通過永磁滾筒，去除燃煤中混有的鐵雜質(zhì)，以此提高燃料的質(zhì)量，防止出現(xiàn)燃燒結(jié)塊問題。本廠在使用永磁滾筒時(shí)搭配驅(qū)動(dòng)裝置共同使用，但由于火電廠長期處于高溫環(huán)境下，在長時(shí)間運(yùn)輸需求下，永磁滾筒驅(qū)動(dòng)裝置負(fù)荷加大，單機(jī)殼體中的溫度相對較高，進(jìn)而影響電機(jī)的使用期限。因此，為優(yōu)化永磁滾筒的使用效果，本廠對永磁滾筒進(jìn)行優(yōu)化，再將其應(yīng)用到燃料運(yùn)輸系統(tǒng)當(dāng)中。

針對永磁滾筒的優(yōu)化，本廠采用增加保護(hù)殼的方式，保護(hù)殼底面固定與安裝殼連接，安裝殼的頂面安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出端連接外部，安裝殼的內(nèi)部傳動(dòng)結(jié)構(gòu)連接空壓螺桿。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、空壓螺桿還與皮帶輪連接，用于保護(hù)殼體的內(nèi)部，殼體底部還設(shè)有排氣通孔，保證整體運(yùn)行效果。

1.2 傳動(dòng)效率高

以往驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由于電機(jī)電壓不穩(wěn)、耦合器漏油、減速器齒輪磨損等問題，過載或重載的情況下往往難以高效運(yùn)行，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率下降。理想狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可達(dá)到0.9效率，但實(shí)際運(yùn)行中，效率通常在0.8以下。但永磁滾筒兼?zhèn)渥冾l調(diào)速設(shè)備的防爆性能和本身安全性能由顯示系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、參數(shù)設(shè)定等模塊組成，能夠結(jié)合實(shí)際需要，靈活運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，永磁滾筒的關(guān)鍵構(gòu)件性能好，產(chǎn)品質(zhì)量較高，散熱效果較好，保護(hù)功能齊全，可以有效降低損耗，提高傳動(dòng)效率。

1.3 節(jié)能效果明顯

理想情況下，永磁滾動(dòng)可實(shí)現(xiàn)永磁傳動(dòng)系統(tǒng)功率因數(shù)，在運(yùn)行過程中，可從電網(wǎng)吸收能量，將其用在有功，功率系數(shù)有所提高，進(jìn)而有效節(jié)省電能。永磁滾筒的運(yùn)用不需要無功補(bǔ)償設(shè)備，減少線路損耗，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能[1]。同時(shí)，永磁滾筒高效運(yùn)行，傳動(dòng)鏈有所簡化，電機(jī)本體額定效率比異步電機(jī)高出5%左右，也是節(jié)能的重要原因，系統(tǒng)電流計(jì)算公式如下：

I=（P×1000）/（1.732×U×η×cosφ）

1.4 具有冗余功能

永磁滾筒運(yùn)行過程中，若功率相對較小，軟件可進(jìn)行單機(jī)運(yùn)行或多機(jī)冗余切換動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)多機(jī)備用效果。根據(jù)火力發(fā)電廠燃料運(yùn)輸量，閉環(huán)控制系統(tǒng)速度，在運(yùn)輸量較少時(shí)，降低系統(tǒng)運(yùn)行速度，以此能夠有效節(jié)省10%～60%左右的能量；在輕載運(yùn)行時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)更明顯的節(jié)能減排效果。

2 永磁直驅(qū)技術(shù)在火力發(fā)電廠燃料運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用與評(píng)價(jià)

2.1 安裝

機(jī)架設(shè)計(jì)。以保證設(shè)備安全運(yùn)行和方便檢修為原則進(jìn)行機(jī)架設(shè)計(jì)。在設(shè)備周圍留出足夠的空間，以便于監(jiān)控和維護(hù)設(shè)備系統(tǒng)。注意冷空氣流入流出設(shè)備不可出現(xiàn)阻礙問題，防止永磁滾筒周圍設(shè)備對冷卻空氣加熱。機(jī)架設(shè)計(jì)要求剛度和強(qiáng)度到位，保證安裝平坦，不可有外部振動(dòng)問題，控制機(jī)架自然頻率在運(yùn)行速度頻率20%以內(nèi)，防止出現(xiàn)與永磁滾筒共振情況[2]。機(jī)架設(shè)計(jì)過程中，還應(yīng)在永磁滾筒支撐底座腳下，放置調(diào)節(jié)墊片，為后續(xù)更換安裝奠定基礎(chǔ)。機(jī)架螺栓需具有承受永磁固體機(jī)械動(dòng)力的需求，能夠在永磁滾筒啟動(dòng)、短路或堵轉(zhuǎn)時(shí)，承受機(jī)械扭矩。

安裝前準(zhǔn)備。安裝前首先測量絕緣電阻，尤其注意設(shè)備首次驅(qū)動(dòng)前和長期停機(jī)維護(hù)后的電阻測量，重點(diǎn)測量定子繞組以及輔助裝置的測量。并且，在安裝前將運(yùn)輸鎖定裝置拆除，在支持座涂刷防腐蝕涂層，將鎖定裝置保留，以備后續(xù)使用。

正式安裝。為保證驅(qū)動(dòng)設(shè)備和負(fù)載設(shè)備的運(yùn)行效果，必須對設(shè)備對正安裝，盡量減少滾筒和機(jī)架之間的角度與徑向等偏差，小心進(jìn)行對正操作，避免損壞設(shè)備結(jié)構(gòu)。在機(jī)架上，安裝徑向調(diào)整螺絲，以便安裝對正，將螺絲調(diào)整均勻，為永磁滾筒機(jī)座的安裝提供有利條件。將永磁滾筒緩慢吊起，放在機(jī)架上，做好水平和垂直對正工作，利用地腳徑向調(diào)整螺栓，控制精度誤差在2mm 以內(nèi)。此外，應(yīng)注意，若永磁滾筒安裝后，不立即使用，需要停放一段時(shí)間，并做好維護(hù)工作，定期向自潤滑軸承加注或排放，選擇使用減震墊等，保證設(shè)備完好，不受破壞。

2.2 機(jī)械連接與電氣連接

機(jī)械連接與電氣連接工作，在安裝后進(jìn)行。其中，機(jī)械連接主要有連接外置冷卻系統(tǒng)和連接冷卻水管道；電氣連接，主要有電源電纜、接地電纜、輔助電纜等，嚴(yán)格按照接線圖、尺寸圖紙等進(jìn)行連接操作。

2.2.1 機(jī)械連接

首先連接水冷系統(tǒng)。先檢查清潔冷卻管道，保證其無堵塞問題，再按照安裝圖紙要求進(jìn)行連接。

其次連接外置水冷換熱器設(shè)備，使用合適的冷卻水管和連接法蘭，連接水冷系統(tǒng)和永磁滾筒。永磁滾筒啟動(dòng)前，保證連通供水。外置水冷換熱器的水箱當(dāng)中，應(yīng)包含防腐劑、防凍液等冷卻介質(zhì)。無外置水冷換熱器設(shè)備的連接中，采用封閉式水循環(huán)連接鋼機(jī)座水冷結(jié)構(gòu)，按照規(guī)定圖紙要求進(jìn)行連接。使用工業(yè)自來水、工業(yè)軟化水，添加抑制劑，保證冷卻水正常流通，避免腐蝕產(chǎn)物堵塞管道。在連接供水管道和永磁滾筒之前，需注意先對冷卻水路做清洗工作，為保證清洗效果，可在其中加入防銹劑。嚴(yán)格按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，使用國際標(biāo)準(zhǔn)的密封件和連接部件，并做好連接后的泄漏檢查工作。

其中，冷卻水標(biāo)準(zhǔn)值如下：pH7.0～9.0、堿性＞1mmol/kg、硫酸鹽＜100mg/kg、氯化物＜20mg/kg、AL 濃度＜0.3mg/kg、Mn 濃度＜0.05mg/kg、KMno4濃度＜20mg/kg、懸浮物＜10mg/kg。

最后安裝振動(dòng)傳感器。振動(dòng)傳感器安裝過程中，先從隨機(jī)傳感器包裝中，將振動(dòng)傳感器取出，再使用合適的防腐劑，將安裝表面涂抹均勻，防止螺紋表面出現(xiàn)生銹問題[3]。按照振動(dòng)傳感器安裝說明，在安裝表面安裝振動(dòng)傳感器，并將扭矩緊固處理。

2.2.2 電氣連接

電氣連接工作的安全性至關(guān)重要。必須由專業(yè)人員進(jìn)行電氣連接操作，將設(shè)備電源全部切斷，采取必要安全措施，注意檢查電源隔離情況，做好保護(hù)地線連接，必要時(shí)設(shè)置屏障等保護(hù)裝置，保護(hù)帶電部件。

在電氣連接時(shí)，首先對首次啟動(dòng)永磁滾筒，或長期停機(jī)維護(hù)的永磁滾筒絕緣電阻進(jìn)行測量。檢查主出線盒是否有雜質(zhì)、污垢等問題，保證出線盒、電纜進(jìn)口等封閉處理，防止灰塵雜質(zhì)進(jìn)入其中。部分主出線盒可旋轉(zhuǎn)90°，在旋轉(zhuǎn)前，要注意檢查其內(nèi)部的電纜長度是否能符合旋轉(zhuǎn)要求。選擇電力電纜時(shí)，應(yīng)按照其能夠承受的最值條件進(jìn)行。為保證絕緣裝置長期穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)保證電纜的爬電距離和絕緣長度，避免其受電涌電壓、污垢等影響。以不同相位絕緣距離，確定爬電與絕緣距離，不同電位的通過空氣最短距離為電氣間隙。

其次，安裝電力電纜。嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)，輸入電力電纜尺寸，使用合適尺寸規(guī)格的電纜銅接頭。電纜接頭安裝完成后，保證無飛線問題，確保連接緊固、正確。另外，安裝輔助出線盒。嚴(yán)格按照本廠的使用需求，根據(jù)永磁滾筒輔助出線盒，參照安裝圖紙，確定出線盒位置和接口尺寸。

輔助出線盒配有電纜密封圈和接線板。使用多芯電纜，定子測溫引線電纜，控制其電壓限制在24V 左右。加熱器引接電纜的最大尺寸為2.5mm2，電壓限制為380V，電纜密封圈引入引接電纜Φ8～Φ15mm。使用多芯電纜作為軸承測溫引接電纜，控制其電壓限制為24V。其余輔助設(shè)備與儀器連接時(shí)，嚴(yán)格按照接線圖和相關(guān)資料進(jìn)行，做好連接前的檢查工作。由于本廠永磁滾筒有獨(dú)立冷卻風(fēng)機(jī)，外部電機(jī)為三相異步電動(dòng)機(jī)，機(jī)座上有接線箱，銘牌標(biāo)明了頻率和電壓等信息。

最后，接地連接，要確保永磁滾筒的主出線盒、輔助出線盒等設(shè)備，連接保護(hù)地線，確保永磁滾筒機(jī)座不出現(xiàn)危險(xiǎn)或有害電壓?？刂平拥仉娮柙?.1Ω以內(nèi)，按照國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行接地操作。

2.3 調(diào)試運(yùn)行

調(diào)試運(yùn)行工作，為排除故障，后續(xù)維修提供重要參考，只有調(diào)試運(yùn)行通過，才能正式運(yùn)行和使用，保證永磁滾筒運(yùn)行質(zhì)量和效率。

機(jī)械安裝。機(jī)械安裝調(diào)試運(yùn)行，主要檢查設(shè)備是否對正，按照報(bào)告要求，做好校正工作，檢查永磁滾筒是否安裝完好并固定，檢查是否存在機(jī)架裂紋、螺絲是否緊固、主出線盒與冷卻系統(tǒng)是否裝配合理、冷卻水溫度、流量、壓力是否正常等。在啟動(dòng)前，做好永磁滾筒絕緣電阻測量；電氣安裝。絕緣電阻測定后，檢查電氣安裝情況。重點(diǎn)檢查電纜布置、電纜螺栓是否緊固、輔助設(shè)備是否連接正確、電纜去除應(yīng)力方法是否正確等。

控制與保護(hù)設(shè)備。永磁滾筒包含溫度傳感器，可在出線盒作用下，與保護(hù)系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)連接。盡量設(shè)置電阻溫度傳感器報(bào)警極限值，根據(jù)制造商規(guī)定或測試結(jié)果，設(shè)置合適的報(bào)警與停機(jī)溫度。若設(shè)備出現(xiàn)跳閘問題，須在永磁滾筒重啟前，定位故障問題，找出報(bào)警原因等。此外，還要重點(diǎn)做好首次運(yùn)行的檢查和監(jiān)控工作。

2.4 維護(hù)

永磁滾筒是成套設(shè)備中的一部分，對其進(jìn)行有效維護(hù)監(jiān)控，可確保其穩(wěn)定運(yùn)行，延長其使用期限，避免出現(xiàn)故障或意外，減少停機(jī)維護(hù)的時(shí)間。在運(yùn)行過程中，根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行定期維護(hù)，測量絕緣電阻，檢查潤滑情況等。維護(hù)工作結(jié)合監(jiān)控工作，檢查外部零件、表面腐蝕、繞組溫度、絕緣情況、冷卻通道、表面防腐等多種情況。

其中，一般結(jié)構(gòu)維護(hù)對象主要包括設(shè)備運(yùn)行、安裝和基礎(chǔ)、外表面、緊固件、地腳螺栓等；電源連接的維護(hù)對象包括電源電纜、電源電纜連接、接線端子、出線盒附件等；定子和轉(zhuǎn)子維護(hù)對象，包括定子鐵芯、定子繞組絕緣、定子線圈支架等；輔助設(shè)備維護(hù)對象包括Pt100元件、防冷凝加熱器、機(jī)電衛(wèi)士、輔助出線盒；冷卻系統(tǒng)維護(hù)對象包括換熱器、管道、風(fēng)扇、外殼、密封與墊片等。

在維護(hù)和故障排查工作中，還要注意保護(hù)和控制電氣性能。對異常運(yùn)行的電氣機(jī)械，設(shè)備具有報(bào)警和自動(dòng)跳閘保護(hù)功能，若找出故障，可恢復(fù)保護(hù)功能，重啟設(shè)備。冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)問題，冷卻系統(tǒng)效果下降、設(shè)備產(chǎn)生過多熱量等問題，都容易導(dǎo)致設(shè)備溫度升高，出現(xiàn)這種情況，可能由于電網(wǎng)失衡或繞組等問題造成，應(yīng)調(diào)整冷卻系統(tǒng)。若繞組或溫度傳感器顯示異常溫度，要檢查冷卻系統(tǒng)，定期清潔和檢查冷卻器，保證其正常運(yùn)行。同時(shí)，檢查冷卻器水流通過情況，若冷卻器有外部風(fēng)機(jī)電扇，須檢查運(yùn)行情況，保證冷卻水循環(huán)良好[4]。

2.5 效果評(píng)價(jià)

永磁滾筒的使用，在本廠燃料運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中有效實(shí)現(xiàn)了減少設(shè)備損耗、減少維修問題，有效完成重載、滿載啟動(dòng)工作。永磁滾筒的應(yīng)用，有效節(jié)省了50%～60%的空間，減少了60%以上的維修工作，節(jié)約能源超過15%，減少人工消耗。

綜上，永磁滾筒作為永磁直驅(qū)技術(shù)，在火力發(fā)電廠燃料運(yùn)輸系統(tǒng)中應(yīng)用，發(fā)揮著有效作用和價(jià)值。由磁力齒輪代替?zhèn)鹘y(tǒng)電動(dòng)滾筒機(jī)械齒輪減速器，可實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能效果，降低設(shè)備故障和損壞，減少維修環(huán)節(jié)。在火力發(fā)電廠燃料運(yùn)輸系統(tǒng)中，應(yīng)用永磁滾筒，先做好安裝前的檢查和處理工作，再進(jìn)行正確安裝，做好機(jī)械連接與電氣連接，注意調(diào)試運(yùn)行，完善維護(hù)維修工作，做好故障排查等，保證永磁滾筒在火力發(fā)電廠燃料運(yùn)輸系統(tǒng)中的有效運(yùn)用，發(fā)揮其價(jià)值和意義，保證運(yùn)行成效，提高火力發(fā)電廠燃料運(yùn)輸?shù)馁|(zhì)量和效率。