扫描冷却风直流驱动电机工况的改进论文
摘要：详细介绍了在北仑电厂二期工程直流扫描风系统安装调试过程中发现的风机和配套电机选型不配合导致无法满足设计要求的情况，分析了其原因，并提出了相应的解决方法。
关键词：扫描冷却风 直流电机 改进
1 概述
扫描冷却风系统用于炉膛火焰监测器探头的冷却、清扫，使其能正常地监视炉膛火焰情况。北仑电厂二期工程机组的扫描风系统由美国S＆L公司设计、提供，配备有2台100％容量的交流扫描风机和1台100％容量的直流扫描风机，进口气源可以是外界大气或送风机出口空气。
根据系统设计说明书，在正常情况下，1台交 流扫描风机运行，另1台交流扫描风机以及直流扫描风机处于热备用状态。当运行的交流扫描风机跳闸或出口压力低低时，另1台交流扫描风机延时3 s后自启动；当2台交流扫描风机均跳闸或同时运行出口压力仍低低时，直流扫描风机延时3s后自启动。为保证炉膛火焰监测器探头冷却效果，设计要求各火焰监测器探头处冷却风压力不低于3．0 kPa，流量不小于17 Nm3／min。设备主要技术规范如表1。
2 存在的问题
当进入分系统调试阶段时，发现与扫描风机配套的直流驱动电机选型不甚合理，导致直流扫描风机迟迟不能投入正常备用，严重威胁着设备乃至机组的安全可靠运行。主要表现在：
（1）直流电机输出功率虽然与交流电机一致，但额定转速却远高于风机设计转速，使得当风机出口挡板开度大于20％后，就引起直流电机过电流保护动作而跳闸。因为根据有关风机理论，离心式风机的负载转矩与转速n成2次方关系，因此当风机转速上升后相应负载也随之增大，从而导致拖动电机电流剧增。另一方面，当出口挡板开度小于20％时，火焰监测器探头出口处压力和流量都达不到设计值，无法满足火检探头的安全运行要求。而且锅炉改造后燃烧器层整体提高了3 m，增大了扫描冷却风的管线阻力，加剧了上述二者之间的矛盾。
（2）直流电机启动回路采取了直接启动方式，瞬间最大启动电流大约为1500 A左右，对厂区应急直流供电系统（蓄电池组）冲击很大．
3 解决方法的提出和实施
鉴于以上情况，考虑在原设计设计基础上作一改进，即在电机电枢回路中串入电阻，以解决直流扫描风机不能正常投入备用状态的问题。其原因有以下几点：
（1）在电枢回路串入电阻，可以有效地降低启动电流，将启动电流值限制在允许的范围之内（见图1）。
（2）在电枢回路串入电阻，可以改变电枢端电压，进而可降低电机的转速，即将电机转速从额定的3500r／min调整至与风机设计转速相近的区域，以满足风机的工作要求（见图2）。
（3）尽管在电枢回路串入电阻后，会将一部分电能消耗在电阻上，降低了电机效率，但从总体考虑还是值得的。这是因为：直流扫描风机是交流扫描风机的备用，实际投入运行的机会甚低，通常是在全厂交流电源失去时作为应急使用的.。因而对直流扫描风机来说，效率和经济性是次要的，主要决定因素应该是投运的可靠性以及对厂区应急直流电源系统的影响。在电枢回路串入电阻，可以使直流电机可靠运行，还能避免直流电源系统不受大电流的冲击，维护了系统的稳定性。
根据以上分析以及厂商提供的设备参数，进行了需要串入电阻值的试算。已知直流电机为并励方式，Pn＝5．5 kW，n＝3500 r／min，Un＝220 V，In＝29．5 A，Ifn＝1．35A,Ra=0.164Ω。根据以下基本公式,并近似地认为=常数，2ΔUb＝2V，串入电阻前后Ia也不变：
1）Un－Ia×Ra－2ΔUb＝n×Ce×
2）Un－Ia×（Ra＋Rj）－2ΔUb＝n′×Ce×
3）Ia＝In－Ifn
4）Ist＝Un／Ra
5）η＝Pn／P1
经过计算，得到以下数据：
当串入电阻值Rj＝2Ω时，电机转速、启动电流以及效率对比如表2。
根据得到的计算数据，利用滑线变阻器串入电枢回路的方法进行了试验。当滑线变阻器阻值为2Ω时，试验数据如下：
电机稳定电流：24．8 A
转速：2650r／min
火检探头处出口压力：3．65 kPa
火检探头处出口流量：22 Nm3／min
由此可见，在电机电枢回路中串入的电阻值是恰当的。在此基础上，要求设备供货商美国的S＆L公司提供2Ω、功率为3 kW左右的电阻，并要求能够可靠散热。经过现场测试，电机瞬间启动电流、稳定电流均在可接受的范围内，各个火焰监测器探头出口处压力、流量均达到或超过设计值，说明了对直流扫描风机电机改造的效果十分显著。自此，北仑电厂二期工程3、4、5号机组直流扫描风机系统均投入了正常备用，消除了运行设备的不安全因素，提高了系统和机组的稳定性。
参考文献：
［1］宋银宾主编．电机拖动基础．冶金工业出版社
［2］许实章主编．电机学（上）．机械工业出版社
［3］郭立君主编．泵与风机．水利电力出版社
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