YKK500-4 1 000 kW送風(fēng)機(jī)電機(jī)換相法改極改造的實(shí)際應(yīng)用

金健明 曹忠偉 史濟(jì)方

(1.上海上電電力工程有限公司，上海200090；2.上海外高橋發(fā)電有限責(zé)任公司，上海 200137）

YKK500-4 1 000 kW送風(fēng)機(jī)電機(jī)換相法改極改造的實(shí)際應(yīng)用

金健明1曹忠偉2史濟(jì)方1

(1.上海上電電力工程有限公司，上海200090；2.上海外高橋發(fā)電有限責(zé)任公司，上海 200137）

簡(jiǎn)要分析了送風(fēng)機(jī)4級(jí)電機(jī)改造的必要性和可行性，基于節(jié)能角度，闡述了送風(fēng)機(jī)電機(jī)改極改造的原理，并以上海外高橋發(fā)電有限責(zé)任公司YKK500-4 1 000 kW、6 000 V送風(fēng)機(jī)電機(jī)改4/6極為例，詳細(xì)分析了送風(fēng)機(jī)電機(jī)換相法改極改造的措施，介紹了改造后的送風(fēng)機(jī)電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中取得的良好效果。該方案對(duì)于實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠送風(fēng)機(jī)電機(jī)變極和節(jié)能改造有著重要的借鑒意義。

送風(fēng)機(jī)；電機(jī)；改極改造；節(jié)能

0 引言

在上海外高橋發(fā)電有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)為上海外高橋電廠），送風(fēng)機(jī)電機(jī)作為送風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)，主要作用是通過(guò)空氣預(yù)熱器向爐膛輸送燃燒所需的熱空氣，一般是按夏、冬季發(fā)電負(fù)荷所需風(fēng)量配套恒速電動(dòng)機(jī)。由于季度不同，發(fā)電負(fù)荷也隨之變化，因此爐膛所需風(fēng)量亦作相應(yīng)變動(dòng)，采用調(diào)節(jié)閥門擋板開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，不能達(dá)到節(jié)能的目的。如將原驅(qū)動(dòng)電機(jī)改造為近極單繞組雙速電動(dòng)機(jī)，根據(jù)各季節(jié)氣象條件的改變來(lái)變更電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)，可達(dá)到節(jié)能的目的。

1 送風(fēng)機(jī)電機(jī)改極改造方案

1.1 改造原理

由離心式風(fēng)機(jī)相似定律可知，在一定范圍內(nèi)改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，風(fēng)機(jī)泵的效率近似不變，其性能近似關(guān)系為:

式中，n為轉(zhuǎn)速；Q為風(fēng)量；P為功率。

根據(jù)上述定律關(guān)系，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)風(fēng)量，獲得的節(jié)能效果為轉(zhuǎn)速比的三次方。

電機(jī)雙速改造的方法最初是在電機(jī)內(nèi)設(shè)置高、低速2套繞組，這種方法不經(jīng)濟(jì)。近年來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，異步電動(dòng)機(jī)采用一套繞組，按所需設(shè)置2種轉(zhuǎn)速，僅改變接線即可滿足要求。如采用“反向法”改造，其具體方法是改變電機(jī)極對(duì)數(shù)，不改變各槽的屬相，而僅在每相所屬線圈，改變部分線圈中電流方向，達(dá)到變后極的轉(zhuǎn)速。但變后極的繞組是非正規(guī)接法，繞組系數(shù)、效率較低，電機(jī)的輸出功率及性能將大為下降，且還伴有較大的諧波分量。現(xiàn)今均采用“換向法”改造，具體方法是電機(jī)改變極對(duì)數(shù)p1時(shí)，通過(guò)打破原來(lái)三相的界限，把各線圈重新組合分配給三相繞組，從而得到改變后的極對(duì)數(shù)p2。具體步驟是:首先畫(huà)出按p2對(duì)極的槽號(hào)相位圖，第二步在圖上按p2對(duì)極相位排列p1對(duì)級(jí)的三相所占槽號(hào)，第三步在三相槽號(hào)表上任意劃分三相互差120。的對(duì)稱軸線，把變前極p1繞組每相槽號(hào)劃分為3段，而用改變各段之間連接來(lái)改變極數(shù)，這樣就可以得到第一個(gè)對(duì)稱的變極方案。此后可移動(dòng)3根對(duì)稱軸線，但移動(dòng)時(shí)必須保持它們之間仍互差120。，每移動(dòng)一次，各段所占槽號(hào)的相位分布發(fā)生變化，就獲得一個(gè)新的對(duì)稱方案，因此，能簡(jiǎn)便地獲得許多不同的變極方案，再根據(jù)電磁計(jì)算校核功率、轉(zhuǎn)距、功率因數(shù)、啟動(dòng)電流、溫升等各項(xiàng)性能，從中挑選最佳方案。由于變后極p2仍是正規(guī)接法，其繞組系數(shù)較高(一般均在0.86以上），雖然變后極轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)冷卻風(fēng)量減少，其輸出功率受到影響，但對(duì)送風(fēng)機(jī)電機(jī)在變極后所需功率是完全能滿足的。這種變極電機(jī)引線接頭有27個(gè)，在切換時(shí)需停機(jī)并用手工來(lái)改接引線接頭，對(duì)于送風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式的特點(diǎn)而言，是完全可以適用的。

根據(jù)同類電機(jī)改造經(jīng)驗(yàn)，這種變極方法能使電機(jī)在2種轉(zhuǎn)速下均獲得良好的運(yùn)行性能。改造后的電機(jī)除增加一臺(tái)固定在電機(jī)上的改極箱外，不需添置任何設(shè)備，相對(duì)采用變頻調(diào)速裝置，在改造費(fèi)用、運(yùn)行方便性、安全可靠性等方面均有極大的優(yōu)越性。

1.2 具體改造方案

1.2.1 原電機(jī)參數(shù)及改造后的參數(shù)要求

本次改造方案中原電機(jī)型號(hào)、參數(shù)如表1所示。

表1 原電機(jī)型號(hào)、參數(shù)

本次改極改造方案中，4極改造的參數(shù)基本不變；6極改造要求功率變?yōu)?00 kW，轉(zhuǎn)速變?yōu)?84 r/min。

1.2.2 改極改造的分析計(jì)算

1.2.2.1 槽相量分析

以電機(jī)槽數(shù)為48槽、6極時(shí)每極每相槽數(shù)為例，按照相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算，繞組為三相非對(duì)稱排列。為此，必須對(duì)6極的每極每相線圈進(jìn)行合理分配，使之盡可能地接近三相對(duì)稱。48槽、6極時(shí)，槽相量分析如圖1所示。

1.2.2.2 矢量值計(jì)算

繞組分布系數(shù)為:A相15.26/16≈0.954；B相15.26/16≈0.954；C相15.10/16≈0.944。

1.2.2.3 矢量角度計(jì)算

圖1 槽相量分析圖

A、B相位差:149.12-30.88=118.24。；B、C相位差:270-149.12=120.88。；C、A相位差:90+30.88=120.88。。1.2.2.4 矢量值與矢量角分析

矢量值誤差:(量大值-最小值）/最小值×100%=[(15.26-15.10）/15.10]×100%≈1.0%；

矢量角分析:(最大值-最小值）/最小值×100%=[(120.88-118.24）/118.24]×100%≈2.2%。

1.2.3 4/6極2種轉(zhuǎn)速下的線圈參數(shù)調(diào)節(jié)及電機(jī)性能計(jì)算參數(shù)

考慮到要求電機(jī)6極時(shí)的功率為600 k W，故確定電機(jī)2種極數(shù)下4/6極的接法為2Y/△。6極時(shí)，電機(jī)即使在△接法運(yùn)行，磁通密度變化也相當(dāng)大，因此盡可能調(diào)整節(jié)距，提高短距系數(shù)，以增加有效匝數(shù)。同時(shí)節(jié)距調(diào)整后，電機(jī)在4極時(shí)短距系數(shù)降低了，有效匝數(shù)就減少，因此必須增加匝數(shù)來(lái)保證4極性能基本不變，同時(shí)增加匝數(shù)后，又能增加6極時(shí)的有效匝數(shù)，降低6極運(yùn)行時(shí)的磁通密度，改善6極運(yùn)行時(shí)的性能。實(shí)際計(jì)算結(jié)果為:匝數(shù)由16圈增加到18圈，繞組節(jié)距調(diào)整為8，即4極時(shí)為短距，6極時(shí)為整距，2種極數(shù)下的氣隙磁通密度分別為0.757 2 T/0.838 1 T。

1.2.4 電機(jī)的熱負(fù)荷控制

由于電機(jī)6極時(shí)功率為600 kW，所以熱負(fù)荷不作分析計(jì)算。電機(jī)4極運(yùn)行時(shí)，原電機(jī)熱負(fù)荷為2 100 kW，通過(guò)調(diào)整電機(jī)電磁線尺寸，提高槽滿率，改造后4極運(yùn)行時(shí)熱負(fù)荷2 133 kW，接近原數(shù)值。

1.2.5 電機(jī)主要參數(shù)

本方案中電機(jī)改造前后的主要參數(shù)對(duì)比如表2所示。

1.2.6 電機(jī)內(nèi)、外部接線方案

YKK500-4 1 000 k W、6 000 V送風(fēng)機(jī)電機(jī)改4/6極方案中，送風(fēng)機(jī)電機(jī)內(nèi)部和外部接線圖如圖2、圖3所示。

表2 電機(jī)主要參數(shù)對(duì)比表

圖2 電機(jī)內(nèi)部接線圖

圖3 電機(jī)外部接線圖

2 電機(jī)改造后的實(shí)際運(yùn)行狀況

2014年5月上海外高橋電廠1A、1B送風(fēng)機(jī)改造后，每年用電低谷可以實(shí)現(xiàn)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，用電高峰月份倒接線端子，保持在高速(即原轉(zhuǎn)速）。投運(yùn)3個(gè)月后，得出如下結(jié)論:

(1）該電機(jī)改雙速后，無(wú)論高速(即原轉(zhuǎn)速）運(yùn)行或是低速運(yùn)行，各項(xiàng)性能指標(biāo)(振動(dòng)、繞組溫升、噪聲、輸出功率）均能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；

(2）送風(fēng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，能夠滿足爐膛內(nèi)的正壓力，保證鍋爐的正常運(yùn)行；

(3）送風(fēng)機(jī)電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，耗電量大大降低，電機(jī)電流由原先的113 A降低到75.4 A，日節(jié)電量約7 380 kW·h。

實(shí)際運(yùn)行證明，改造計(jì)算正確，電機(jī)的各項(xiàng)性能正常，改造獲得成功。

3 結(jié)語(yǔ)

送風(fēng)機(jī)改造后，該廠就可以根據(jù)季節(jié)條件來(lái)改變驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量、節(jié)約廠用電的目的。根據(jù)該廠實(shí)際情況，送風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式為:春秋季5個(gè)月(10、11、12、3、4月）均可采用低速運(yùn)行方式，其余月份仍為原轉(zhuǎn)速運(yùn)行方式。考慮設(shè)備需要定期切換或調(diào)停，該風(fēng)機(jī)至少每年低速運(yùn)行近90天，年節(jié)電量約為664 200 kW·h，折合人民幣約13.3萬(wàn)元，基本上2年即可收回成本。變極調(diào)速運(yùn)行可靠、技改資金投入低是送風(fēng)機(jī)電機(jī)改雙速電機(jī)的最大優(yōu)勢(shì)。根據(jù)氣溫變化采用4/6極組合運(yùn)行方式，合理調(diào)節(jié)風(fēng)量，能使機(jī)組在最合理的負(fù)荷下運(yùn)行。因此，選擇變極調(diào)速電機(jī)，是目前送風(fēng)機(jī)電機(jī)節(jié)能改造中最經(jīng)濟(jì)、最實(shí)用的方案。

[1]胡虔生.電機(jī)學(xué)[M].北京:中國(guó)電力出版社，2005

[2]劉景峰.電機(jī)檢修[M].北京:中國(guó)電力出版社，2005

[3]譚金鵬.電動(dòng)機(jī)繞組維修實(shí)用技術(shù)數(shù)據(jù)手冊(cè)[M].北京:科學(xué)出版社，2011

2014-10-16

金健明(1964—），男，上海人，高級(jí)工程師，研究方向:電機(jī)檢修。