鄭志海

（華能玉環(huán)電廠， 浙江 玉環(huán) 317600）

6 kV通用電機(jī)通過(guò)變頻技術(shù)進(jìn)行提速的探討

鄭志海

（華能玉環(huán)電廠， 浙江 玉環(huán) 317600）

通 過(guò) 理 論 分 析 并 結(jié) 合 火 電 廠 引 風(fēng) 機(jī) 改 造 實(shí) 例 ， 對(duì) 6 kV 電 壓 等 級(jí) 的 通 用 電 機(jī) 利 用 變 頻 調(diào) 速 進(jìn)行提速運(yùn)行展開(kāi)研究和探討。

變頻器； 提速； 6 kV； 通用電機(jī)

0 引言

我國(guó)是以燃煤為主的發(fā)展中國(guó)家，國(guó)家環(huán)境保護(hù)部已出臺(tái)了新的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，提高了對(duì)已建火電廠氮氧化物（NOX）的排放標(biāo)準(zhǔn)，因此火電廠進(jìn)行脫硝改造勢(shì)在必行。而選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術(shù)在脫硝改造中的應(yīng)用最為普遍， 采用 SCR 技術(shù)進(jìn) 行脫硝改造一般都同時(shí)改造鍋爐的引風(fēng)機(jī)， 以適應(yīng)新增 SCR 裝置帶來(lái)的風(fēng)壓增加。

通用電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以下采用變頻調(diào)速降速運(yùn)行，已有很多文獻(xiàn)報(bào)道。對(duì)通用電機(jī)，特別是 6 kV 等 級(jí) 的 電 機(jī) 能 否 采 用 變 頻 調(diào) 速 器 提 速 運(yùn)行，尚未見(jiàn)充分、詳細(xì)的文獻(xiàn)報(bào)道。本文結(jié)合某大 型 火 電 廠 1 000 MW 級(jí) 機(jī) 組 引 風(fēng) 機(jī) 改 造 實(shí) 例 ，就引風(fēng)機(jī)電機(jī)利用變頻提速技術(shù)實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)工藝系統(tǒng)對(duì)電機(jī)提速拖動(dòng)展開(kāi)研究和探討。

1 機(jī)械特性

異步電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率、電動(dòng)機(jī)按規(guī)定接線方法接線，定子及轉(zhuǎn)子電路中不外接電阻（電抗或電容）時(shí)的機(jī)械特性曲線 n=f（T），稱(chēng)之為固有機(jī)械特性，如圖1所示。按異步電機(jī)的固有機(jī)械特性，經(jīng)典電機(jī)學(xué)理論認(rèn)為，通用電動(dòng)機(jī) 的 運(yùn) 行 頻 率 上 限 為 55 Hz， 這 是 因 為 當(dāng) 電 機(jī) 轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行時(shí)，定子頻率將高于額定頻率（50 Hz）。 這時(shí)， 若仍按恒轉(zhuǎn)矩原則控制， 則定子電壓將升高并超過(guò)額定電壓。如果在高于額定轉(zhuǎn)速的調(diào)速范圍內(nèi)保持定子電壓為額定電壓不變，則隨著轉(zhuǎn)速即頻率的上升，磁通將減少，因此在同一定子電流下的轉(zhuǎn)矩將減小，機(jī)械特性變軟，電機(jī)的過(guò)載能力大幅度下降，如圖2所示。

圖1 異步電機(jī)的固有機(jī)械特性

圖2 電壓不變， 電源頻率升高 20%時(shí)的人為機(jī)械特性

表1 Y 系 列 （50 Hz）電 動(dòng) 機(jī) 性 能 變 化 試 驗(yàn) 數(shù) 據(jù)%

表1 是 380 V 電 壓 等 級(jí) 的 Y 系 列 （50 Hz） 電動(dòng)機(jī) 接 在 60 Hz電 網(wǎng) ，在 額 定 電 壓 下 輸 出 額 定 功率時(shí)的性能變化試驗(yàn)數(shù)據(jù)。此外，由于電機(jī)鐵心損耗功率與頻率的 1.4 次方成正比， 超限提速還會(huì)使電動(dòng)機(jī)鐵耗急劇增加、發(fā)熱嚴(yán)重。

理 論 和 試 驗(yàn) 證 明 ， 若 頻 率 超 過(guò) 55 Hz， 將 使電機(jī)過(guò)載能力下降，鐵耗急劇增加、發(fā)熱嚴(yán)重。

2 提高電機(jī)定子運(yùn)行電壓

實(shí)際使用的6 kV通用電機(jī)銘牌參數(shù)一般為：定 子 額 定 電 壓 6 kV±10%， 額 定 頻 率 50 Hz±5%。因此通用電機(jī)在 110%定子額定電壓下長(zhǎng)期運(yùn)行，對(duì)電機(jī)絕緣沒(méi)有影響，同時(shí)說(shuō)明通用電機(jī)在110%定子額定電壓下運(yùn)行時(shí)電機(jī)定子鐵心的磁通密度沒(méi)有進(jìn)入飽和區(qū)，電機(jī)磁路工作點(diǎn)仍處于線性區(qū)。

因?yàn)殡姍C(jī)的轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，隨著定子電壓的提高，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩顯著增大，定子電流減小， 繞組溫度下降（圖3）。 根據(jù)式 1-4，6 kV 電 機(jī) 定 子 電 壓 提 高 7% 運(yùn) 行 時(shí) ， 對(duì) Y 系 列電 動(dòng) 機(jī) 性 能 影 響 的 分 析 和 實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) 見(jiàn) 表2。 6 kV電機(jī)定子電壓提高 5%、 電源頻率提高 20%運(yùn)行時(shí)，對(duì)Y系列電動(dòng)機(jī)性能影響的分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表3， 電機(jī)人為機(jī)械特性如圖4所示。

式中： E1為定子繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； KW1為定子的繞組系數(shù)；KW2為轉(zhuǎn)子的繞組系數(shù)； f1為電源頻率；f2為轉(zhuǎn)子電勢(shì)頻率；W1為定子繞組每相串聯(lián)線圈匝數(shù)；W2為轉(zhuǎn)子繞組每相串聯(lián)線圈匝數(shù)； Φ 為每極磁通； p 為電機(jī)極對(duì)數(shù)； Ke為飽和系數(shù)； U1為電源電壓； E2為轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； I2為轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電流； cosφ2為內(nèi)功率因數(shù)。

圖3 異步電機(jī)改變定子電壓時(shí)的人為機(jī)械特性

表2 定子電壓提高 7%對(duì) Y 系列電動(dòng)機(jī)性能的影響

表3 定子電壓提高 5%及電源頻率提高 20%對(duì) Y 系列電動(dòng)機(jī)性能的影響%

圖4 電壓升高 5%， 頻率升高 20%時(shí)的人為機(jī)械特性

由上述分析可以得出：在提高電機(jī)定子電壓5%的情況下， 電機(jī)可以在 120%額定轉(zhuǎn)速下長(zhǎng)期運(yùn)行，其發(fā)熱和絕緣性能與電機(jī)在額定參數(shù)運(yùn)行時(shí)相比變動(dòng)不大， 而轉(zhuǎn)矩下降 12.5%。

3 電機(jī)負(fù)載情況

根據(jù) DL 5000-2000《火 力 發(fā) 電 廠 設(shè) 計(jì) 技 術(shù) 規(guī)程》規(guī)定， 取引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕量不小于 10%， 溫度裕量不小于 10℃， 壓升裕量不小于 20%，如果采用堵灰傾向嚴(yán)重的煤種，則壓升裕量可以取30%， 而風(fēng)機(jī)電機(jī)的功率還要在風(fēng)機(jī)選型點(diǎn)軸功率 的 基 礎(chǔ) 上 乘 以 1.1～1.5 的 系 數(shù) ， 所 以 在 實(shí) 際 運(yùn)行中， 電機(jī)的負(fù)荷率一般為 50%～80%。 下面以某1 000MW 級(jí)機(jī)組的引風(fēng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行分析。

由表4、 表5和表6的數(shù)據(jù)可以得出， 該引風(fēng)機(jī)電機(jī)在鍋爐最大出力時(shí)的負(fù)荷率小于 80%。根據(jù)異步電機(jī)原理，電機(jī)轉(zhuǎn)矩T為：

表5 原有引風(fēng)機(jī)電機(jī)銘牌參數(shù)

表6 某大型電廠在機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷工況下的引風(fēng)機(jī)耗電情況

式中：n為電機(jī)轉(zhuǎn)速；P為電機(jī)功率。

根據(jù)式（5），T∝P，因此在電機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，機(jī)械轉(zhuǎn)矩的負(fù)荷率只有額定轉(zhuǎn)矩的 50%～80%。

4 結(jié)論

根 據(jù) 上 述 分 析 可 知 ， 火 電 廠 6 kV 通 用 電 機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)， 如果將電機(jī)頻率提高 20%、 電壓提

表4 某大型電廠引風(fēng)機(jī)改造前后的選型參數(shù)

高 5%，雖然最大轉(zhuǎn)矩只有原來(lái)的 87.5%，但由于火電廠普遍存在小負(fù)荷配大電機(jī)的現(xiàn)象，并考慮到一定的負(fù)載裕量，只要提速改造后的電機(jī)負(fù)荷率小于 80%， 升壓提速運(yùn)行后的電機(jī)仍能滿(mǎn)足電氣 拖動(dòng) 的機(jī)械 要求。 由此得出： 在 火電廠 6 kV 通用電機(jī)因工藝要求需要提速運(yùn)行時(shí)，只要滿(mǎn)足下列3個(gè)條件，就可以在不改動(dòng)電機(jī)的基礎(chǔ)上利用變頻提速技術(shù)，并能滿(mǎn)足工藝系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的要求。

（1）電機(jī)運(yùn)行電壓大于 1.05 的額定電壓。

（2）提速改造后的電機(jī)負(fù)荷率小于 80%。

（3）提速頻率不高于 120%。系統(tǒng)的安全運(yùn)行，應(yīng)建立網(wǎng)絡(luò)接入管理制度、機(jī)房人員出入管理制度、數(shù)據(jù)備份管理制度、安全責(zé)任制度、 安全評(píng)估制度[1]以及電能量業(yè)務(wù)流程管理制度等，并嚴(yán)格執(zhí)行，這是實(shí)施安全管理的關(guān)鍵。

5 結(jié)論

本文以臺(tái)州地-縣一體化電能量采集系統(tǒng)為研究對(duì)象，提出了電能量系統(tǒng)的全面安全防御體系建設(shè)方案，強(qiáng)調(diào)安全防御體系的系統(tǒng)性，不能以技術(shù)取代管理。但安全不是靜止的，隨著電能量采集系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大、應(yīng)用軟件的升級(jí)、人員的變動(dòng)，安全狀況也會(huì)隨之發(fā)生變化，需要在實(shí)踐中不斷加以完善。

[1] 國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì).電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定[S].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

（本文編輯：徐 晗）

參考文獻(xiàn):

[1]王振宇.燃煤電廠的除塵、脫硫、脫銷(xiāo)技術(shù)[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2005，31（1）∶4-6，13.

[2]李焦明.通用電機(jī)變頻提速探討[J].電氣傳動(dòng)，2003，33（2）∶63-64.

收稿日期： 2011-06-15

作者簡(jiǎn)介： 鄭志海（1969-）， 男， 浙江余杭人， 工程師， 主要從事脫硫、脫硝、除塵工程及生產(chǎn)技術(shù)管理。

（本文編輯：徐 晗）

Discussion on Acceleration of 6 kV General Electromotor by Frequency Conversion Technology

ZHENG Zhi-hai
（Huaneng Yuhuan Power Plant， Yuhuan Zhejiang 317600， China）

Through theoretical analysis based on the case of induced draft fan retrofit in the thermal power plant， this paper studies and discusses the operation acceleration of 6 kV general electromotor by frequency conversion technology.

frequency converter； acceleration；6 kV；general electromotor

TK264.2+2

： B

：1007-1881（2011）10-0043-03

2011-05-03

洪道鑒（1970-）， 男， 浙江玉環(huán)人， 工程師， 從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化、信息安全、電能計(jì)量方面的運(yùn)行和專(zhuān)業(yè)管理工作。