永磁直驅技術在火力發電廠燃料輸送系統中的應用研究與評價

國能清遠發電有限責任公司 蓋雪浩 刁 虎 天津成科傳動機電技術股份有限公司 劉志超

現階段，在碳達峰、碳中和背景下，對電機額定效率、運行效率提出更高要求，對發電廠企業能耗提出更高要求，節能環保工作迫在眉睫。新要求下，低效電機逐漸被淘汰，永磁直驅技術應運而生。永磁直驅技術具有高可靠性、結構緊湊、免維護、低振動、低噪聲等問題，可在火力發電廠燃料運輸系統中發揮重要作用。

1 永磁直驅技術在火電廠的應用優勢

1.1 研究背景

永磁滾筒在火力發電廠中，通常運輸煤礦石燃料，通過永磁滾筒，去除燃煤中混有的鐵雜質，以此提高燃料的質量，防止出現燃燒結塊問題。本廠在使用永磁滾筒時搭配驅動裝置共同使用，但由于火電廠長期處于高溫環境下，在長時間運輸需求下，永磁滾筒驅動裝置負荷加大，單機殼體中的溫度相對較高，進而影響電機的使用期限。因此，為優化永磁滾筒的使用效果，本廠對永磁滾筒進行優化，再將其應用到燃料運輸系統當中。

針對永磁滾筒的優化，本廠采用增加保護殼的方式，保護殼底面固定與安裝殼連接，安裝殼的頂面安裝驅動電機，驅動電機輸出端連接外部，安裝殼的內部傳動結構連接空壓螺桿。同時，驅動電機、空壓螺桿還與皮帶輪連接，用于保護殼體的內部，殼體底部還設有排氣通孔，保證整體運行效果。

1.2 傳動效率高

以往驅動系統，由于電機電壓不穩、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行，導致驅動系統效率下降。理想狀態下，驅動系統可達到0.9效率，但實際運行中，效率通常在0.8以下。但永磁滾筒兼備變頻調速設備的防爆性能和本身安全性能由顯示系統、變頻調速系統、參數設定等模塊組成，能夠結合實際需要，靈活運轉。同時，永磁滾筒的關鍵構件性能好，產品質量較高，散熱效果較好，保護功能齊全，可以有效降低損耗，提高傳動效率。

1.3 節能效果明顯

理想情況下，永磁滾動可實現永磁傳動系統功率因數，在運行過程中，可從電網吸收能量，將其用在有功，功率系數有所提高，進而有效節省電能。永磁滾筒的運用不需要無功補償設備，減少線路損耗，可實現節能[1]。同時，永磁滾筒高效運行，傳動鏈有所簡化，電機本體額定效率比異步電機高出5%左右，也是節能的重要原因，系統電流計算公式如下：

I=（P×1000）/（1.732×U×η×cosφ）

1.4 具有冗余功能

永磁滾筒運行過程中，若功率相對較小，軟件可進行單機運行或多機冗余切換動作，實現系統多機備用效果。根據火力發電廠燃料運輸量，閉環控制系統速度，在運輸量較少時，降低系統運行速度，以此能夠有效節省10%～60%左右的能量；在輕載運行時，能夠實現更明顯的節能減排效果。

2 永磁直驅技術在火力發電廠燃料運輸系統中的應用與評價

2.1 安裝

機架設計。以保證設備安全運行和方便檢修為原則進行機架設計。在設備周圍留出足夠的空間，以便于監控和維護設備系統。注意冷空氣流入流出設備不可出現阻礙問題，防止永磁滾筒周圍設備對冷卻空氣加熱。機架設計要求剛度和強度到位，保證安裝平坦，不可有外部振動問題，控制機架自然頻率在運行速度頻率20%以內，防止出現與永磁滾筒共振情況[2]。機架設計過程中，還應在永磁滾筒支撐底座腳下，放置調節墊片，為后續更換安裝奠定基礎。機架螺栓需具有承受永磁固體機械動力的需求，能夠在永磁滾筒啟動、短路或堵轉時，承受機械扭矩。

安裝前準備。安裝前首先測量絕緣電阻，尤其注意設備首次驅動前和長期停機維護后的電阻測量，重點測量定子繞組以及輔助裝置的測量。并且，在安裝前將運輸鎖定裝置拆除，在支持座涂刷防腐蝕涂層，將鎖定裝置保留，以備后續使用。

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

2.2 機械連接與電氣連接

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

2.2.1 機械連接

首先連接水冷系統。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行連接。

其次連接外置水冷換熱器設備，使用合適的冷卻水管和連接法蘭，連接水冷系統和永磁滾筒。永磁滾筒啟動前，保證連通供水。外置水冷換熱器的水箱當中，應包含防腐劑、防凍液等冷卻介質。無外置水冷換熱器設備的連接中，采用封閉式水循環連接鋼機座水冷結構，按照規定圖紙要求進行連接。使用工業自來水、工業軟化水，添加抑制劑，保證冷卻水正常流通，避免腐蝕產物堵塞管道。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。嚴格按照規定標準，使用國際標準的密封件和連接部件，并做好連接后的泄漏檢查工作。

其中，冷卻水標準值如下：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。

最后安裝振動傳感器。振動傳感器安裝過程中，先從隨機傳感器包裝中，將振動傳感器取出，再使用合適的防腐劑，將安裝表面涂抹均勻，防止螺紋表面出現生銹問題[3]。按照振動傳感器安裝說明，在安裝表面安裝振動傳感器，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重要。必須由專業人員進行電氣連接操作，將設備電源全部切斷，采取必要安全措施，注意檢查電源隔離情況，做好保護地線連接，必要時設置屏障等保護裝置，保護帶電部件。

在電氣連接時，首先對首次啟動永磁滾筒，或長期停機維護的永磁滾筒絕緣電阻進行測量。檢查主出線盒是否有雜質、污垢等問題，保證出線盒、電纜進口等封閉處理，防止灰塵雜質進入其中。部分主出線盒可旋轉90°，在旋轉前，要注意檢查其內部的電纜長度是否能符合旋轉要求。選擇電力電纜時，應按照其能夠承受的最值條件進行。為保證絕緣裝置長期穩定運行，應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。嚴格按照國家標準，輸入電力電纜尺寸，使用合適尺寸規格的電纜銅接頭。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。嚴格按照本廠的使用需求，根據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。其余輔助設備與儀器連接時，嚴格按照接線圖和相關資料進行，做好連接前的檢查工作。由于本廠永磁滾筒有獨立冷卻風機，外部電機為三相異步電動機，機座上有接線箱，銘牌標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、輔助出線盒等設備，連接保護地線，確保永磁滾筒機座不出現危險或有害電壓。控制接地電阻在0.1Ω以內，按照國家規定標準進行接地操作。

2.3 調試運行

調試運行工作，為排除故障，后續維修提供重要參考，只有調試運行通過，才能正式運行和使用，保證永磁滾筒運行質量和效率。

機械安裝。機械安裝調試運行，主要檢查設備是否對正，按照報告要求，做好校正工作，檢查永磁滾筒是否安裝完好并固定，檢查是否存在機架裂紋、螺絲是否緊固、主出線盒與冷卻系統是否裝配合理、冷卻水溫度、流量、壓力是否正常等。在啟動前，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。重點檢查電纜布置、電纜螺栓是否緊固、輔助設備是否連接正確、電纜去除應力方法是否正確等。

控制與保護設備。永磁滾筒包含溫度傳感器，可在出線盒作用下，與保護系統和溫控系統連接。盡量設置電阻溫度傳感器報警極限值，根據制造商規定或測試結果，設置合適的報警與停機溫度。若設備出現跳閘問題，須在永磁滾筒重啟前，定位故障問題，找出報警原因等。此外，還要重點做好首次運行的檢查和監控工作。

2.4 維護

永磁滾筒是成套設備中的一部分，對其進行有效維護監控，可確保其穩定運行，延長其使用期限，避免出現故障或意外，減少停機維護的時間。在運行過程中，根據運行數據，進行定期維護，測量絕緣電阻，檢查潤滑情況等。維護工作結合監控工作，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，一般結構維護對象主要包括設備運行、安裝和基礎、外表面、緊固件、地腳螺栓等；電源連接的維護對象包括電源電纜、電源電纜連接、接線端子、出線盒附件等；定子和轉子維護對象，包括定子鐵芯、定子繞組絕緣、定子線圈支架等；輔助設備維護對象包括Pt100元件、防冷凝加熱器、機電衛士、輔助出線盒；冷卻系統維護對象包括換熱器、管道、風扇、外殼、密封與墊片等。

在維護和故障排查工作中，還要注意保護和控制電氣性能。對異常運行的電氣機械，設備具有報警和自動跳閘保護功能，若找出故障，可恢復保護功能，重啟設備。冷卻系統出現問題，冷卻系統效果下降、設備產生過多熱量等問題，都容易導致設備溫度升高，出現這種情況，可能由于電網失衡或繞組等問題造成，應調整冷卻系統。若繞組或溫度傳感器顯示異常溫度，要檢查冷卻系統，定期清潔和檢查冷卻器，保證其正常運行。同時，檢查冷卻器水流通過情況，若冷卻器有外部風機電扇，須檢查運行情況，保證冷卻水循環良好[4]。

2.5 效果評價

永磁滾筒的使用，在本廠燃料運輸系統運行當中有效實現了減少設備損耗、減少維修問題，有效完成重載、滿載啟動工作。永磁滾筒的應用，有效節省了50%～60%的空間，減少了60%以上的維修工作，節約能源超過15%，減少人工消耗。

綜上，永磁滾筒作為永磁直驅技術，在火力發電廠燃料運輸系統中應用，發揮著有效作用和價值。由磁力齒輪代替傳統電動滾筒機械齒輪減速器，可實現高效、節能效果，降低設備故障和損壞，減少維修環節。在火力發電廠燃料運輸系統中，應用永磁滾筒，先做好安裝前的檢查和處理工作，再進行正確安裝，做好機械連接與電氣連接，注意調試運行，完善維護維修工作，做好故障排查等，保證永磁滾筒在火力發電廠燃料運輸系統中的有效運用，發揮其價值和意義，保證運行成效，提高火力發電廠燃料運輸的質量和效率。