２０１７年第９期（总第１４４期） ＥＮＥＲＧＹ ＡＮＤ ＥＮＥＲＧＹ Ｃ０ＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ 缸漾占 钍 ２０１７年９月 ６ ｋＶ凝结水泵永磁传动与变频控制效果对比 陈少毅 （福建省鸿山热电有限责任公司，福建泉州３６２７００） 摘要： 通过对变频控制和永磁传动的凝结水泵运行特性进行比较，分析了两种技术路线的节能效果、经济性、可靠 性等方面，提出了有效的节能改造建议。 关键词： 火力发电厂；永磁；变频；凝结水泵；节能 中图分类号：ＴＫ２６４ 文献标识码： Ａ 文章编号： ２０９５—０８０２一（２０１７）０９—００９６—０３ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｄｒｉｖｅ ａｎｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ６ ｋＶ Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ Ｐｕｍｐ ＣＨＥＮ Ｓｈａｏｙｉ （Ｈｏｎｇｓｈａｎ Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ｏｆ Ｆｕｊｉａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｑｕａｎｚｈｏｕ ３６２７００，Ｆｕｊｉａｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ ｐｕｍｐ ｏｆ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｄｒｉｖｅ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅ－ ｎｃｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ，ｅｃｏｎｏｍｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｏｕｔｅｓ ａｎｄ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ；ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ；￣ｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ ｐｕｍｐ；ｅｎｅｒｙ ｓａｖｉｇｎｇ Ｏ引言 Ａ发电企业其凝结水泵采用长沙水泵厂生产的 Ｃ７２０ＩＩＩ一４型立式筒袋泵，电机功率２ ２００ ｋＷ，额定电 流２４９．１ Ａ，原采用一拖二的变频控制。２０１７年１月，为 解决凝泵振动及变频维护量大等问题，２Ａ凝结水泵进 行了永磁传动改造，２Ｂ凝泵仍采用变频控制。 控制方式。图１中，Ｑｓ指刀闸；ＫＭ指接触器。 ６ ｋｖ Ａ段６ 柜６ ｋｖ Ａ段７ 柜 ６ ｋＶ Ｂ段６ 柜 单位：ｋｗ １技术原理 １．１变频控制 变频系利用半导体元件的通断功能将工频电源通 过交一直一交变换为另一频率的电能。高压变频器是一 种串联叠加性高压变频器，即采用多台单相三电平逆 变器串联连接，输出可变频变压的高压交流电。随着 现代电力电子技术的迅猛发展，中国的变频调速装置 不断成熟起来，在电厂内部得到了广泛运用，其可靠 性和生产工艺上不断完善，但变频器的核心部件ＩＧＢＴ （Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，绝缘栅双极型晶体 管）仍始终依赖进口。 １．２永磁传动 永磁传动是一种透过气隙传递转矩的传动技术。 电动机侧的导体转子在负载侧永磁转子产生的磁场中 旋转，切割磁力线，从而产生感应磁场，与永磁转子 的磁场相互作用产生扭力，推动负载旋转，实现电动 机到负载之间转矩的无接触传递。该技术的发展得益 于近年来永磁体技术的发展，但目前国内应用于大型 凝结水泵的较少，２０１５年前仅安徽田集电厂有应用。 ２Ａ凝泵电机 ２Ｂ凝泵电机 图１变频接线图 改造后的２Ａ凝泵控制系统如图２所示，２Ａ凝泵采用 永磁传动，２Ｂ凝泵则仍采用变频控制。 图２中，ＤＣＳ指分布式控制系统；ＰＬＣ指可编程逻辑 控制器。 ３对比工况 为精确对比两种调节方式，故在两种运行条件下进 行了数据采集和分析比较。 ３．１循环工况 在机组检修期间，将凝结水系统的用户全部隔离， 仅开启凝泵的再循环门，在系统条件全部一致的情况下， 对两种调节方式的各项参数进行了采集，其数据见表１。 ２改造前后凝结水系统对比 改造前凝泵的控制系统如图１所示，采用一拖二的 收稿日期：２０１７—０５—１２ 作者简介：陈少毅，１９７８年生，男，福建泉州人，２０００年毕业于华 北电力大学热动专业，高级工程师。 ・９６・ ２０１７年第９期 陈少毅：６ ｋＶ凝结水泵永磁传动与变频控制效果对比 ２０１７年９月 图２永磁接线圈 ３．２运行工况 在机组运行中，分别针对不同的运行负荷，选取 相同工况点，对参数进行了采集，其数据见表２。 表１ 循环工况变频与永磁运行参数对比 出振动 口 压力 转速 流量 电流 ｒ，ｍ１１３ ｔ Ａ 泵驱动端 泵驱动端 ＭＰａ （水平） （轴向） ２Ａ ２Ｂ ２Ａ ２Ｂ ２Ａ ２Ｂ ２Ａ ２Ｂ ２Ａ ２Ｂ １．２５ ８４１ ８１５ ４６７ ４２１ ７９．９８ ６８．６ ０．０１５ Ｏ．０３ Ｏ．ｏ０８ Ｏ．Ｏ１５ １．５ ９１１ ９０５ ５Ｏ５ ４７０．９ ８５．９ ７５．３ ０．０１３ ０．Ｏ４５ ０．００３ Ｏ．Ｏ２ ２ ｌ ０６３ １ ０９６ ５８５．９ ６ｏｏ １０１．５ ０．０１４ ０．０５ ０．００２ Ｏ．Ｏ３ ２．５ １ １７３ １ １５０ ６００ ６００ １１５．８ １１２．３ ０．０１３ ０．０４２ Ｏ．００２ ０．０２７ ３ １ ３Ｏ５ １ ２５７ ６００ ６ｏｏ １３６．５２ １３１．２ ０．０１１ ０．０４５ ０．ｏ０２ Ｏ．Ｏ１６ ３．２５ １ ３３５ １ ３１７ ６００ ６ｏｏ １４１．６８ １４４．５ ０．０１７ ０．Ｏ４４ Ｏ．００２ ０．０１５ ３．４５ １ ３７６ ６００ １４８．９１ ０．０１６ ０．００２ ３．７５ １ ４６０ ６００ １７６．５ ０．０３６ ０．Ｏ１１ 振动 出口 ｍｍ 永磁 永磁 压力 驱动 驱动 电机非驱动 电机非驱动 电机驱动端 电机驱动端 ＭＰａ 端（水 端（轴 端（水平） 端（轴向） （水平） （轴向） 平） 向） ２Ａ ２Ａ ２Ａ ２Ｂ ２Ａ ２Ｂ ２Ａ ２Ｂ ２Ａ ２Ｂ １．２５ ｏ．０２３ ｏ．００７ ｏ．０４５ ０．１３ Ｏ．００８ ０．Ｏ５ ｏ．０２４ ｏ．０８６ ｏ．００８ Ｏ．Ｏ２ １．５ ｏ．ｏ１９ ｏ．００４ Ｏ．Ｏ４５ Ｏ．ｏ０８ ｏ．０２３ ｏ．００８ ２ ｏ．ｏ２１ ０．ＯＯ４ ０．Ｏ４５ ０．２６ ０．０１ Ｏ．Ｏ９ ｏ．０２５ ０．１ ｏ．００８ ｏ．０２２ ２．５ ｏ．ｏ１９ ｏ．００６ ｏ．０４５ ０．２９ ０．０１１ ０．Ｏ８ ｏ．０２２ ｏ．１Ｏ６ ｏ．００７ Ｏ．０３ ３ ０．０１１ ０．０ｏ６ ｏ．０４９ Ｏ－２２ ０．Ｏ１１ Ｏ．０５ Ｏ．Ｏ２ ｏ．０７１ ｏ．００７ ｏ．０３２ ３．２５ ０．０１８ Ｏ．ｏｏ６ Ｏ．０４３ Ｏ．２ ０．０１ ｏ．０６２ ０．０２ ｏ．０７６ ｏ．００７ Ｏ．Ｏ２ ３．４５ ｏ．ｏ１７ ｏ．００６ ｏ．０４７ ｏ．００８ ｏ．ｏ２１ ｏ．００７ ３．７５ Ｏ．１８ Ｏ．Ｏ４１ ｏ．０６７ ｏ．０２２ ４使用对比 ４．１系统灵活性 变频控制１套变频器可控制２台凝泵，如变频故障 时，仍可切换至工频运行，系统的运行方式灵活。而 永磁传动故障时，则只能切换至另一台泵运行，运行 方式不够灵活，且备用方式较变频控制少。但永磁传 表２机制运行工况下变频与永磁运行参数对比 凝结 除氧器 凝结 永磁 冷却 设备 负荷 凝泵 水母 上水调 水流 凝泵 （变频） 水流 凝泵耗电量 名称 ＭＷ 电流 管压 Ａ 力 门开度 量 转速 执行器 １＂／ＩＴＩ１ｎ 开度 量 ｋＷ・ｈ ％ ｔ／ｈ ｄｈ ＭＰａ ％ ２Ａ 凝泵 ５７９ １４８ １．９６ ８０ １ ３２１ ｌ ２５１ ８５．５ ９ １ ４５３．４２５ １２ ２Ｂ 凝泵 ５７７ １４２ １．８８ ８０ １ ２５０ ｌ １５４ ７８ １ ３９４．５０２ ４８ ２Ａ ４５０ １３０ ２ ４２ １ ０１２ １ １５５ ８２ ９ ｌ ２７６．６５７ ２ 凝泵 ２Ｂ ４５３ １２４ １．９８ ４２ １ ０４１ １ １２５ ７６ １ ２１７．７３４ ５６ 凝泵 ２Ａ ２９８ １３１ ２．５ １７ ６８２ １ １５０ ８２ ９ １ ２８６．４７７ ６４ 凝泵 ２Ｂ ３００ １１２ ２．２ １９ ６９２ １ １２５ ７６ １ ０９９．８８９ ２８ 凝泵 动在进行凝泵定期切换时较变频控制方便，无需进行 复杂的倒泵即可完成，从这点上，永磁则更为灵活。 ４．２设备可靠性 永磁传动为纯机械设备，核心部件寿命长且运行 稳定。目前改造后主要问题为２Ａ凝泵转速在１ １９０ ｒ／ａｒｉｎ左右时，当输出指令无变化时，会出现转速突降７０ ｒ／ｍｉｎ左右、电流突降１２ Ａ左右、泵出力流量突降１００ ｔ／ｈ 左右的情况；而在转速１ ３００ ｒ／ａｒｉｎ左右时，当输出指令 无变化时，会出现转速突升４５ ｒ／ａｒｉｎ左右、电流突升１２ Ａ左右、泵出力流量突升１００ ｔ／ｈ左右的现象。厂家解释 为泵转速在此２个临界点时，磁场强度出现突变导致。 故变频器可靠性略低于永磁传动，但因改造刚完成， 具体仍需时间的检验。 ４．３出力分析 该凝泵电机的额定转速为１ ４８０ ｒ／ｍｉｎ。从表１可看 出，永磁传动的输出转速最高为１ ３７６ ｒ／ａｒｉｎ，凝泵最 高转速仅能达到电机转速的９３％，故改造后凝泵出力将 下降至原来变频的９４％，从２Ａ凝泵出口压力最高仅能升 至３．４５ Ｍｒ＇ａｔ￣得到验证。 ４．４振动分析 从表１可看出，永磁传动的振动整体水平均优于变 频控制。而变频控制的凝泵振动随着转速上升逐步增 大，在１ １７３ ｒ／ａｒｉｎ时达到峰值，随后又逐步下降。后 续２Ｂ凝泵随再次进行平衡块的调整，最大振动峰值降 至０．１４ ｍｍ，但总体趋势仍保持不变。故永磁转动在振 动控制上要优于变频，有利于凝泵的全工况调节。 ４．５能耗分析 从表１可看出，永磁传动在１ ３３５ ｒ／ａｒｉｎ转速以下， 凝泵电流均高于变频运行的电流。说明在测试工况下， 永磁传动在９０％以下凝泵容量运行工况下耗能是高于变 频控制的。且永磁传动还配置２台３８０ Ｖ ５．５ ｋＷ的冷却 水增压泵。同时，从表２的能耗分析中也可看出，永磁 相对于变频能耗会略有增加。 ４．６调节特性 两者的调节特性，从调节精度来讲均可满足使用 ・９７・ ２０１７年第９期 红ｉｊＩ占 钍 表３变频与永磁投资对比表 变频 项目 金额 ×１０４元 ２０１７年９月 永磁 金额 Ｘｌｏ４元 要求。但在生产人员的使用反馈中就响应速度而言， 永磁转动会略低于变频控制【”。 ４．７投资收益评估 设备价格为调研了解的价格，实际价格需以厂家 提供为准。由表３可知，因变频为一拖二改造，而永磁 为单台改造，故如果进行初期２台凝泵的改造，变频的 次投入成本远低于永磁转动，同时因高频相对于工 频的节能效果更佳，故投资回收期将更短圈。 一说明 说明 本体 寿命８ ａ，按２４ ａ计，为 ７１ ２１３２９８ 寿命２４ ａ，单台 ｘ１０ 元 空调 主体施４ 寿命８ ａ，按２４ ａ计，为 ０ １２￣１ｏ４元 工 ５ 寿命８ ａ，按２４ ａ计，为 １５￣１ｏ４元 ０ ５结语 永磁传动与变频控制应用在６ ｋＶ凝泵上，相对于 工频均能达到较好的节能效果。ａ１永磁传动改造后凝 泵容量下降约７％，对于泵容量不足、有扩容计划的机 组及供热机组需慎重考虑；ｂ）变频控制采用“一拖二” 配置方式，系统灵活性优于永磁传动；ｃ）永磁在振动 的控制、运行可靠性、日常维护上均优于变频控制；ｄ１ 大部分负荷区间，变频控制的节能深度、投资造价均优 于永磁传动。如考虑变频器的故障时间导致凝泵工频 运行所增加的耗能，还需长时间的数据统计方能对比。 总体而言，永磁传动与变频控制均各有优缺点， 如需进行相关改造，具体改造方向需依据改造的侧重 ＜＞●＜＞●＜＞●ｏ●０●０●◇●◇●０●ｏ●＜＞●＜＞●０●０●◇●０●０●◇●０●０●０●◇●０●０●０电缆土建等 １００ ７ ２４ ａ设备投资 按２台凝泵均 合计 ３４０ 前四项２４ ａ费用合计 ６１０ 改造计 年均备件维护 １０ ３ 年均运行费用 １０ ２ 点是节能还是可靠性而定。 参考文献： ［１］侯剑雄，杨群发，何淦标．大型凝结水泵采用永磁调速与高压 变频技术改造效果比较ＥＪ ３．中国电力，２０１５（８）：１３５—１４０． ［２］潘龙兴．６００ ＭＷ机组凝结水泵永磁调速节能技术应用研究 ［Ｊ］．华东电力，２０１２（１）：１４９—１５２． （责任编辑：高志凤） ●０●◇●◇●０●◇●◇●０●０●０●０●０●０●◇●◇●◇●＜＞Ｏ０●０●◇●◇●０●◇●◇● （上接１３页） ２．２图纸资料不全 在进行煤矿工程施工时，没有对相关施工图纸进 行保存，这就导致图纸方面的资料不很全面，进而其 他资料也相对不完整，就不能对施工地区的巷道分布 情况进行掌握，对巷道支护方式也不够了解，对施工 造成影响。还有在进行现场施工的过程中，会出现现 场施工情况及环境等与设计的图纸之间存在一定偏差， 这也会对煤矿巷道设计和施工带来一定的影响。 现的构造活动进行改良，最好的办法就是建立相关地 质灾害预警系统，从根本上减少出现的几率圆。 ３．２掘进设备及技术改进 能对煤矿巷道快速掘进速度进行提高的最有效方 式，就是对掘进设备和技术进行改进。对掘进设备进行 合理应用，能在短时间内提高对机械设备的使用情况， 提高效率的同时还能保证安全生产。积极引进先进的生 产技术及支护设备和技术，不仅能提高生产效率，还能 在一定程度上减少人工使用，减少安全事故的发生。 ３－３完善施工组织流程 ３复杂地质条件下煤矿巷道快速掘进的技术措施 地质条件比较复杂的情况下煤矿巷道的快速掘进， 在技术及施工方面存在一定的问题。想要提高施工技 术，应首先从已存在的问题人手，在保证煤矿能进行安 全生产的情况下，从其他方面人手进行改进。包括改良 复杂地质条件，提高快速掘进的施工技术及相关设备， 完善相关管理工作及对施工环境进行优化等方面。 ３．１ 大胆推测并验证前方地质变化及小窑破坏范围 煤炭资源开采区域复杂的地质情况，会给开采带 来很多困难。在施工期间可根据煤层变化情况及钻探 结果对前方将遇到的地质变化及小窑破坏区进行大胆 推测，并再次钻探、分析进行验证。根据验证结果及 时对施工方案进行调整。同时施工探巷至小窑破坏区 域内，对小窑分布及积水、积气情况进行探测并绘制 至采掘工程平面图上。对巷道围岩不稳定的情况，应 首先加强巷道支护工作，尽量减少开采时间，对围岩 变形情况进行监测；对地下水位出现不正常情况的地 区进行改善，首先要做的就是要对地下水位进行监测 及预警，提前勘察水文地质情况，对地下水排泄等采 用相应措施进行维护，防止出现巷道涌水情况；对出 ・在保证煤矿工程能进行安全生产之后，要对相关 组织施工流程进行合理改进。ａ）让不同施工程序在合 理的情况下同时或交叉进行，这样能在一定程度上对 工人进行合理配置，也能节省一定的施工时间。要使 每个环节之间都能进行合理衔接，流畅施工；ｂ）在施 工过程中，现场一定要配备相关管理工作人员，尽职 尽责地对自己的生产职责进行监督。 ４结语 在煤炭资源开采过程中，复杂地质条件是不可避 免的。应在技术、施工及其他方面进行改善以后，不 仅提高了复杂地质条件下煤矿巷道快速掘进的质量， 还提高了煤炭资源开采效率和安全生产效率，还增长 了社会的经济效益。 参考文献： ［１］杜启军，赵启峰，杨壮，等．复杂地质条件下大断面煤巷快速 掘进研究与实践［Ｊ］．煤炭工程，２０１３，４５（６）：７６—７９． ［２］ 李晓明．复杂地质条件下煤矿掘进支护技术应用［Ｊ］．山西焦 煤科技，２０１５（ｚ１）：９９—１０１． （责任编辑：高志凤） ９８・
