江蘇協(xié)聯(lián)熱電集團(tuán)有限公司 陳 穎

高壓內(nèi)反饋電機(jī)在電廠的使用改進(jìn)及節(jié)能分析

江蘇協(xié)聯(lián)熱電集團(tuán)有限公司 陳 穎

高壓內(nèi)反饋調(diào)速電機(jī)自2004年在本公司使用以來，在了解其工作原理的同時(shí)，也積累了較多的日常維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。本文從維修的角度出發(fā)，總結(jié)對內(nèi)反饋電機(jī)的改進(jìn)。

內(nèi)反饋調(diào)速電機(jī)；使用改進(jìn)；節(jié)能分析

2004年，江蘇協(xié)聯(lián)熱電集團(tuán)有限公司2×135MW供熱機(jī)組，在#8、#9爐送、吸風(fēng)機(jī)，#4循泵共九臺電機(jī)（電機(jī)功率總共6840KW）上使用了高頻斬波反饋調(diào)速裝置，配套電機(jī)為西部某電機(jī)有限公司電機(jī)。如何了解、維護(hù)好設(shè)備，提高設(shè)備正常投入率，盡量達(dá)到節(jié)能作用，是用戶的必修課題。

1.內(nèi)反饋電機(jī)高頻斬波調(diào)速系統(tǒng)工作原理

原理圖如圖1所示。

由圖1可見，轉(zhuǎn)子電路主要由整流電路、斬波電路、有源逆變電路等部分組成。圖中圓圈為內(nèi)反饋調(diào)速電動(dòng)機(jī)，它與普通繞線式異步電動(dòng)機(jī)的區(qū)別是定子上有一個(gè)三相對稱的調(diào)節(jié)繞組。調(diào)節(jié)繞組的主要作用是為有源逆變電路提供與定子繞組同頻率的感應(yīng)電動(dòng)勢，并將逆變后的轉(zhuǎn)差功率回饋給轉(zhuǎn)子加以利用。正是由于調(diào)節(jié)繞組的存在，使該電動(dòng)機(jī)具有了內(nèi)反饋的調(diào)速特性。

2.使用改進(jìn)

通過對8年來使用的情況來匯總分析，除了調(diào)速裝置廠家對其部分硬件及程序進(jìn)行了優(yōu)化升級后，日常維護(hù)及改進(jìn)主要在內(nèi)反饋電機(jī)本身上，由于內(nèi)反饋電機(jī)制造機(jī)構(gòu)上與成熟的普通鼠籠式電機(jī)相比，具有先天的不足，雖然我們采用的是國內(nèi)較有名的電機(jī)廠家，但我們在電機(jī)上面根據(jù)表現(xiàn)出的不同故障形式，仍進(jìn)行了不斷的改進(jìn)。

2.1 電機(jī)滑環(huán)的改進(jìn)

內(nèi)反饋調(diào)速電機(jī)從使用的情況來看，問題主要出在滑環(huán)上，總是出現(xiàn)故障最多的地方。電機(jī)的滑環(huán)，如圖2。

2.2 對滑環(huán)的改進(jìn)

①滑環(huán)內(nèi)徑增開一個(gè)鍵槽。由于新的滑環(huán)只有一個(gè)鍵槽，且只靠轉(zhuǎn)子空心軸的6根引出線與滑環(huán)6根柱子相連，在運(yùn)行中由于巨大的離心力的作用，滑環(huán)由于鍵槽磨損，會顯得“搖頭晃腦”，時(shí)間一長，也會造成引出線磨損，引起故障停機(jī)。為此我們在鍵槽的同軸內(nèi)側(cè)對應(yīng)位置增開一個(gè)鍵槽，加強(qiáng)對滑環(huán)的固定，經(jīng)過此次改進(jìn)，滑環(huán)不易固定的缺陷得到了較大的改善。

②對滑環(huán)接線柱側(cè)面澆注環(huán)氧。由于碳刷的磨損，碳粉積聚在滑環(huán)的接線柱、絕緣環(huán)面等處，運(yùn)行時(shí)絕緣降低會損壞滑環(huán)，停運(yùn)后，如不經(jīng)大修，不拆除刷握、刷架，又影響到內(nèi)部的徹底清理，如遇上雨天起運(yùn)，滑環(huán)絕緣甚至?xí)搅?，用碘鎢燈烘烤，絕緣也上升不明顯，很難達(dá)到0.5MΩ，影響了風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)。為此，我們對滑環(huán)接線柱及內(nèi)側(cè)平面澆注了一層薄薄的環(huán)氧，平面顯得光滑，不容易聚集碳粉，絕緣較低的缺陷迎刃而解。

圖1 內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速系統(tǒng)工作原理圖

圖2 滑環(huán)圖

2.3 碳刷的改進(jìn)

由于碳粉的積聚，造成滑環(huán)絕緣的降低，也引起了多次運(yùn)行中滑環(huán)損壞的情況發(fā)生。為此，我們將原配套使用的J204碳刷，改為上海摩根的NCC634型號碳刷，其耐磨，碳粉少。為盡量減少積碳情況的發(fā)生，我們在每臺電機(jī)現(xiàn)場增加了壓縮空氣管，建立了定期清掃制度，要求每天都要對滑環(huán)碳刷進(jìn)行吹掃，空氣軟管頭部加工了錐形PP管，提高吹掃效率，在吹掃前必須要放空皮管內(nèi)積水才可進(jìn)行。

表1 #9爐乙吸擋板調(diào)節(jié)和內(nèi)反饋調(diào)速測試數(shù)據(jù)

2.4 電機(jī)轉(zhuǎn)子空心轉(zhuǎn)軸的改進(jìn)

前述滑環(huán)內(nèi)側(cè)環(huán)面增開一鍵槽，那么相應(yīng)轉(zhuǎn)子空心轉(zhuǎn)軸上也要開一鍵槽，經(jīng)過這樣改造后，我們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子空心轉(zhuǎn)軸6根引出線引出與滑環(huán)6根接線柱對應(yīng)連接，仍存在一些問題，為此我們進(jìn)一步進(jìn)行了改進(jìn)，在滑環(huán)貼近內(nèi)側(cè)平面上對稱加工4只絲孔，在轉(zhuǎn)子對應(yīng)位置加工5圈螺紋，并加工一個(gè)并帽用以止退來進(jìn)一步防止滑環(huán)松動(dòng)。有時(shí)電機(jī)因?yàn)檩S承損壞，會造成對應(yīng)轉(zhuǎn)子空心轉(zhuǎn)軸表面磨損，如磨損不多，進(jìn)行轉(zhuǎn)子車削加工后就會變細(xì)，我們要盡量避免堆焊后進(jìn)行車削，因?yàn)槭强招霓D(zhuǎn)軸，內(nèi)有繞組引出線，堆焊時(shí)溫度較高，很容易引起引出絕緣層損壞和轉(zhuǎn)軸變形。為此，滑環(huán)內(nèi)檔就會顯得太大，與轉(zhuǎn)子就不能匹配，那么就要在滑環(huán)上想辦法，我們先將滑環(huán)內(nèi)檔四周均勻車掉1厘米左右，再根據(jù)匹配尺寸在滑環(huán)內(nèi)側(cè)鑲套，套內(nèi)開二鍵槽，外側(cè)端面對側(cè)開取4絲孔，滑環(huán)內(nèi)檔與轉(zhuǎn)子空心軸對應(yīng)外檔必須要匹配，一般比轉(zhuǎn)軸大2～3絲左右。經(jīng)過以上的處理后，滑環(huán)的故障發(fā)生的幾率已經(jīng)是減少到非常之小了。

2.5 其他方面的改進(jìn)

2.5.1 電機(jī)冷卻風(fēng)扇的改進(jìn)

電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的熱量由冷卻風(fēng)扇強(qiáng)排經(jīng)空冷器銅管帶走，由于電機(jī)運(yùn)行，冷卻風(fēng)扇就一直運(yùn)行，原先廠家配套的是西門子進(jìn)口風(fēng)扇，每只要七千多元，鋁質(zhì)壓塑一體成形，使用不到二年就會損壞，而且無法進(jìn)行修理，尺寸也較大，運(yùn)行中更換也很不方便。我們加工底座，更換成普通電機(jī)帶風(fēng)葉形式，形成的風(fēng)量也毫不遜色，而且便宜，只要三百多元，更換修理業(yè)非常方便。

2.5.2 散熱百葉窗及接線柱的改進(jìn)

原先滑環(huán)四周采用百葉窗散熱，不利于熱量的散發(fā)，特別是夏季，我們將百葉窗改為網(wǎng)格柵，增加了空氣的通風(fēng)，利于降低碳刷與環(huán)面的溫度。電機(jī)的引出線經(jīng)固定絕緣子并接引出，我們發(fā)現(xiàn)接線柱有時(shí)因?yàn)閱?dòng)時(shí)電動(dòng)力大及電機(jī)振動(dòng)大時(shí)，容易使一相線鼻斷裂，也有可能造成短路，會引起電機(jī)停運(yùn)。為此，我們?nèi)∠С纸^緣子，用環(huán)氧板固定，每相裸露部分直接用螺絲對敲后用絕緣扎帶包扎，避免了接線柱斷裂，甚至短路的可能。

2.5.3 電機(jī)軸承的改進(jìn)

對原先使用的如NU328/C3和6334軸承進(jìn)行改進(jìn)。原先我們均采用普通軸承，甚至是鐵保持架的，結(jié)果時(shí)間使用不長，若鐵保持架一旦損壞，來不及反應(yīng)（DCS后臺顯示溫度上升非常快），會引起電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸表面損壞，檢修恢復(fù)非常麻煩，負(fù)荷損失也較大。經(jīng)過一番深刻教訓(xùn)，我們現(xiàn)全采用SKF或NSK的，NU328M/C3和6334M/C3銅保持架軸承，并對電機(jī)軸承進(jìn)行定期加油檢查，使電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)間大為延長。

2.5.4 內(nèi)反饋室通風(fēng)的改進(jìn)

由于4臺內(nèi)反饋裝置共處一室，產(chǎn)生大量的熱量，按要求配置4臺10匹的空調(diào)，特別是夏季，電能消耗也較多，空調(diào)長期運(yùn)行，也很容易損壞，維修工作量和費(fèi)用也較多。我們通過對內(nèi)反饋裝置頂部的冷卻風(fēng)機(jī)，加裝通風(fēng)道從墻面引出，為防止風(fēng)道散熱，風(fēng)道四周也進(jìn)行了保溫，通過改造，內(nèi)反饋裝置運(yùn)行溫度大幅下降，即使夏季有時(shí)溫度高時(shí)只要開取一臺，大部分時(shí)間不要再開取空調(diào)，節(jié)能效果明顯。

3.節(jié)能分析

2004年時(shí)，當(dāng)時(shí)高壓變頻器與內(nèi)反饋調(diào)速裝置相比價(jià)格要高許多，由于我們是使用在風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載上，負(fù)載本身特性決定其調(diào)速范圍不需太大，50～100%的調(diào)速范圍足夠，另外風(fēng)機(jī)水泵類調(diào)速的主要目的是節(jié)能，因此對調(diào)速精度要求不高，所以采用了內(nèi)反饋調(diào)速裝置。

3.1 電廠的風(fēng)機(jī)、水泵由于負(fù)荷的變化，需要調(diào)節(jié)流量，如果僅使用調(diào)節(jié)閥門、擋板、再循環(huán)門等措施來調(diào)節(jié)風(fēng)量和水的流量，將會造成很大的電能浪費(fèi)。

3.2 我們就使用風(fēng)機(jī)擋板調(diào)節(jié)和使用內(nèi)反饋調(diào)速裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)進(jìn)行了測試數(shù)據(jù)如下：以#9爐乙吸為測試對象，當(dāng)時(shí)機(jī)組負(fù)荷為131MW，維持甲吸風(fēng)量不變，通過調(diào)節(jié)記錄要維持乙吸風(fēng)量不變的情況下，所需的電機(jī)功率，所測數(shù)據(jù)記錄如表1。

3.3 分析。要維持14875m3/h的風(fēng)量，風(fēng)機(jī)擋板調(diào)節(jié)開度為53%，此時(shí)電機(jī)有功功率為564KW，內(nèi)反饋調(diào)節(jié)時(shí)，轉(zhuǎn)速為額定的80.5%，此時(shí)電機(jī)有功功率為471KW，反饋調(diào)速與擋板調(diào)節(jié)節(jié)能比為(564-471)/564=0.1469=14.69%，也就是說此時(shí)內(nèi)反饋調(diào)速比擋板調(diào)節(jié)要節(jié)能14.69%，如果以2011年#6機(jī)、#9爐年發(fā)電量8211小時(shí)，上網(wǎng)電價(jià)0.456元/KWh計(jì)算，將它折算成：(564KW-471KW)×8211h/年×0.456元/KWh=348212.1元/年，每年將節(jié)約348212.1元，由于所測工況接近額定工況，實(shí)際平均負(fù)荷要低許多，如機(jī)組谷負(fù)荷為90MW及以下時(shí)，吸風(fēng)機(jī)電機(jī)將調(diào)速至60～70%，這時(shí)節(jié)能效果將會更加明顯。我們當(dāng)時(shí)9臺裝置包括電機(jī)共花費(fèi)815萬元，這幾年統(tǒng)計(jì)內(nèi)反饋裝置及電機(jī)，每臺檢修費(fèi)用平均不會超過1萬元，就以1萬元計(jì)，815÷[(348212.1-1)×9]≈2.677年，考慮到資金財(cái)務(wù)成本，則3年就可以回收全部成本，也就是說從2004年使用至今，早就回收當(dāng)時(shí)的成本了。

4.結(jié)論

高壓內(nèi)反饋調(diào)速系統(tǒng)與高壓變頻器調(diào)速相比，具有一定的價(jià)格優(yōu)勢?；贒SP電流閉環(huán)和速度閉環(huán)控制的高頻斬波調(diào)速系統(tǒng)，是目前高頻斬波調(diào)速較先進(jìn)的控制方式，從多年來使用的情況來看，速度響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)性能好，對于負(fù)載的波動(dòng)有良好的跟蹤響應(yīng)，對負(fù)載的過流有較好的保護(hù)作用。與高壓變頻器相比較，采用IGBT元件的數(shù)量只有其十分之一，所有元件工作在低電壓條件下，可靠性較高，維護(hù)成本低。其缺點(diǎn)是內(nèi)反饋調(diào)速電機(jī)為繞線式，與變頻器使用的鼠籠式電機(jī)相比較，電機(jī)方面的維護(hù)，特別是轉(zhuǎn)子滑環(huán)故障率較高，但就如我前面提過的我們經(jīng)過一系列改進(jìn)后，故障幾率不及原先的十分之一。所以電廠采用高壓內(nèi)反饋調(diào)速系統(tǒng)仍不失為一個(gè)相對投資少、見效快的調(diào)速節(jié)能系統(tǒng)。

[1]上?？旗髡{(diào)速電氣有限公司內(nèi)反饋電機(jī)高頻斬波調(diào)速裝置技術(shù)文件[Z].2005.

[2]許暢.高頻斬波串級調(diào)速系統(tǒng)的建模與轉(zhuǎn)速控制研究[D].華北電力大學(xué),2007.