6 kV通用電機通過變頻技術進行提速的探討

鄭志海

（華能玉環電廠， 浙江 玉環 317600）

6 kV通用電機通過變頻技術進行提速的探討

鄭志海

（華能玉環電廠， 浙江 玉環 317600）

通 過 理 論 分 析 并 結 合 火 電 廠 引 風 機 改 造 實 例 ， 對 6 kV 電 壓 等 級 的 通 用 電 機 利 用 變 頻 調 速 進行提速運行展開研究和探討。

變頻器； 提速； 6 kV； 通用電機

0 引言

我國是以燃煤為主的發展中國家，國家環境保護部已出臺了新的大氣污染物排放標準，提高了對已建火電廠氮氧化物（NOX）的排放標準，因此火電廠進行脫硝改造勢在必行。而選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術在脫硝改造中的應用最為普遍， 采用 SCR 技術進 行脫硝改造一般都同時改造鍋爐的引風機， 以適應新增 SCR 裝置帶來的風壓增加。

通用電動機在額定轉速以下采用變頻調速降速運行，已有很多文獻報道。對通用電機，特別是 6 kV 等 級 的 電 機 能 否 采 用 變 頻 調 速 器 提 速 運行，尚未見充分、詳細的文獻報道。本文結合某大 型 火 電 廠 1 000 MW 級 機 組 引 風 機 改 造 實 例 ，就引風機電機利用變頻提速技術實現引風機工藝系統對電機提速拖動展開研究和探討。

1 機械特性

異步電動機在額定電壓、額定頻率、電動機按規定接線方法接線，定子及轉子電路中不外接電阻（電抗或電容）時的機械特性曲線 n=f（T），稱之為固有機械特性，如圖1所示。按異步電機的固有機械特性，經典電機學理論認為，通用電動機 的 運 行 頻 率 上 限 為 55 Hz， 這 是 因 為 當 電 機 轉速在額定轉速以上運行時，定子頻率將高于額定頻率（50 Hz）。 這時， 若仍按恒轉矩原則控制， 則定子電壓將升高并超過額定電壓。如果在高于額定轉速的調速范圍內保持定子電壓為額定電壓不變，則隨著轉速即頻率的上升，磁通將減少，因此在同一定子電流下的轉矩將減小，機械特性變軟，電機的過載能力大幅度下降，如圖2所示。

圖1 異步電機的固有機械特性

圖2 電壓不變， 電源頻率升高 20%時的人為機械特性

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

表1 是 380 V 電 壓 等 級 的 Y 系 列 （50 Hz） 電動機 接 在 60 Hz電 網 ，在 額 定 電 壓 下 輸 出 額 定 功率時的性能變化試驗數據。此外，由于電機鐵心損耗功率與頻率的 1.4 次方成正比， 超限提速還會使電動機鐵耗急劇增加、發熱嚴重。

理 論 和 試 驗 證 明 ， 若 頻 率 超 過 55 Hz， 將 使電機過載能力下降，鐵耗急劇增加、發熱嚴重。

2 提高電機定子運行電壓

實際使用的6 kV通用電機銘牌參數一般為：定 子 額 定 電 壓 6 kV±10%， 額 定 頻 率 50 Hz±5%。因此通用電機在 110%定子額定電壓下長期運行，對電機絕緣沒有影響，同時說明通用電機在110%定子額定電壓下運行時電機定子鐵心的磁通密度沒有進入飽和區，電機磁路工作點仍處于線性區。

因為電機的轉矩與定子電壓的平方成正比，隨著定子電壓的提高，電機的轉矩顯著增大，定子電流減小， 繞組溫度下降（圖3）。 根據式 1-4，6 kV 電 機 定 子 電 壓 提 高 7% 運 行 時 ， 對 Y 系 列電 動 機 性 能 影 響 的 分 析 和 實 驗 數 據 見 表2。 6 kV電機定子電壓提高 5%、 電源頻率提高 20%運行時，對Y系列電動機性能影響的分析數據見表3， 電機人為機械特性如圖4所示。

式中： E1為定子繞組產生的感應電動勢； KW1為定子的繞組系數；KW2為轉子的繞組系數； f1為電源頻率；f2為轉子電勢頻率；W1為定子繞組每相串聯線圈匝數；W2為轉子繞組每相串聯線圈匝數； Φ 為每極磁通； p 為電機極對數； Ke為飽和系數； U1為電源電壓； E2為轉子繞組產生的感應電動勢； I2為轉子繞組產生的感應電流； cosφ2為內功率因數。

圖3 異步電機改變定子電壓時的人為機械特性

表2 定子電壓提高 7%對 Y 系列電動機性能的影響

表3 定子電壓提高 5%及電源頻率提高 20%對 Y 系列電動機性能的影響%

圖4 電壓升高 5%， 頻率升高 20%時的人為機械特性

由上述分析可以得出：在提高電機定子電壓5%的情況下， 電機可以在 120%額定轉速下長期運行，其發熱和絕緣性能與電機在額定參數運行時相比變動不大， 而轉矩下降 12.5%。

3 電機負載情況

根據 DL 5000-2000《火 力 發 電 廠 設 計 技 術 規程》規定， 取引風機的風量裕量不小于 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重的煤種，則壓升裕量可以取30%， 而風機電機的功率還要在風機選型點軸功率 的 基 礎 上 乘 以 1.1～1.5 的 系 數 ， 所 以 在 實 際 運行中， 電機的負荷率一般為 50%～80%。 下面以某1 000MW 級機組的引風機參數進行分析。

由表4、 表5和表6的數據可以得出， 該引風機電機在鍋爐最大出力時的負荷率小于 80%。根據異步電機原理，電機轉矩T為：

表5 原有引風機電機銘牌參數

表6 某大型電廠在機組滿負荷工況下的引風機耗電情況

式中：n為電機轉速；P為電機功率。

根據式（5），T∝P，因此在電機實際運行中，機械轉矩的負荷率只有額定轉矩的 50%～80%。

4 結論

根 據 上 述 分 析 可 知 ， 火 電 廠 6 kV 通 用 電 機實際運行時， 如果將電機頻率提高 20%、 電壓提

表4 某大型電廠引風機改造前后的選型參數

高 5%，雖然最大轉矩只有原來的 87.5%，但由于火電廠普遍存在小負荷配大電機的現象，并考慮到一定的負載裕量，只要提速改造后的電機負荷率小于 80%， 升壓提速運行后的電機仍能滿足電氣 拖動 的機械 要求。 由此得出： 在 火電廠 6 kV 通用電機因工藝要求需要提速運行時，只要滿足下列3個條件，就可以在不改動電機的基礎上利用變頻提速技術，并能滿足工藝系統對電機的要求。

（1）電機運行電壓大于 1.05 的額定電壓。

（2）提速改造后的電機負荷率小于 80%。

（3）提速頻率不高于 120%。系統的安全運行，應建立網絡接入管理制度、機房人員出入管理制度、數據備份管理制度、安全責任制度、 安全評估制度[1]以及電能量業務流程管理制度等，并嚴格執行，這是實施安全管理的關鍵。

5 結論

本文以臺州地-縣一體化電能量采集系統為研究對象，提出了電能量系統的全面安全防御體系建設方案，強調安全防御體系的系統性，不能以技術取代管理。但安全不是靜止的，隨著電能量采集系統規模的擴大、應用軟件的升級、人員的變動，安全狀況也會隨之發生變化，需要在實踐中不斷加以完善。

[1] 國家電力監管委員會.電力二次系統安全防護規定[S].北京：中國電力出版社，2004.

（本文編輯：徐 晗）

參考文獻:

[1]王振宇.燃煤電廠的除塵、脫硫、脫銷技術[J].環境保護科學，2005，31（1）∶4-6，13.

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

收稿日期： 2011-06-15

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

（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， 浙江玉環人， 工程師， 從事電力系統及其自動化、信息安全、電能計量方面的運行和專業管理工作。