【摘 要】本文对呼伦贝尔电厂超临界直接空冷机组的室外空冷岛主驱动电机的冷却风扇电机浪费电能问题进行了改造研究。
【关键词】启动连锁 低温天气 技术改造方案
1.概述
内蒙古国华呼伦贝尔电厂一期工程两台国产600MW超临界直接空冷机组分别于2010年11月20日、12月1日完成了168小时试运行后，双机移交生产。
2.电厂地理特点与气象环境
呼伦贝尔地区位于欧亚大陆中纬度偏高地带，属于大陆性季风气候。由于纬度偏高加之大兴安岭山脉的阻挡，来自太平洋的东南季风很难深入到该流域。同时也使来自西伯利亚的寒流受到阻挡，因而造就了呼伦贝尔冬季寒冷漫长；夏季温凉短促的气候特点。呼伦贝尔地区年平均温度为-1.0℃，2012年实测最低气温甚至超过-50℃，一月份甚至出现长达9天连续-40℃以下的低温极寒情况。
3.室外空冷岛电机运行基本状况
呼伦贝尔发电有限公司一期两台600MW超临界直接空冷机组，每台机的空冷岛各配置8列7排56个冷却单元，每个单元内有一台轴流冷却风机，主驱动电机型号：YSP315L-6W，额定功率为110KW，转速：990r/min。采用变频器调速控制,电机尾部安装有定子旋转式冷却风扇电机，型号：G315A，通风压180pa，转速：1250r/min， 功率370W ，通风量6200立方米/小时，冷却风扇电机外壳材料全部采用为铸铝。通过产生轴向气流来给主驱动电机散热。
3.1厂用电浪费现象
我厂一期空冷岛冷却风扇电机全部处于室外，工作环境温度与户外温度无差异，常年工作温度在零度以下有近七个月，环境温度低时浪费电能。呼伦贝尔地区全年平均气温零下1℃,在1、2月份测量户外的温度,最低可以达到零下50℃,有一阶段更是出现连续11天低于零下40℃长期极寒天气，变频电机处最低可达零下43℃,即便在如此低温情况下,空冷岛轴流风机主驱动电机工作前也必须开启尾部冷却风扇电机,否则PLC报故障,主驱动电机无法启动作业,严重浪费能源，枉费厂用电率指标。机组高负荷情况和低负荷状态时所需冷却水量也不同，有时主驱动电机工作频率较低如10Hz左右，温升较小。（由于我厂采用的是专业变频电机内部磁通、铁心结构进行了优化。使电机在低速运行时具有较高起动转矩，且运行平稳，无转矩爬行现象。不会发生低频的时候，电机内建立的旋转磁场不规范，导致容易发热现象），由于设计施工中采取了启动链锁逻辑保护措施，这样一来，即便是在环境温度零下几十度的情况下运行中一旦小冷却风扇电机出现故障跳闸，随即主驱动电机也随即跳闸甩负荷。影响机组有功出力，影响安全稳定运行，机组可靠性得不到保障。
3.2 维护任务量增大
两台机共计112台该种冷却风扇电机，冬季由于室外机力通风塔飘散水雾，被冷却风扇吸入导致风扇罩结成厚厚的冰壳，冷却风扇几近堵转，发生故障频率较高。据近10年电机故障数量统计，近十年的冬季1、2月份为故障高发期，平均故障数量为每年28次，不仅耗费大量检修人力，而且增加检修维护费用，对机组长周期安全稳定运行带来一定安全隐患。
4．节能改造方式
4.1节能技术措施
为了解决以上问题,采用了对电机风机进行温度控制的解决方案,即由智能温度控制器根据电机温度的高低来控制主驱动电机尾部的冷却风扇电机的启动与停止,以达到节能与降耗的目的。
空冷岛主驱动电机内部已有线圈、轴承两处温度传感器，可以考虑在空冷配电柜内增设一温度控制器。
4.2温度控制器温度的设置。
温控器的保护温度要根据电机的绝缘级别设定,例如F级的极限工作温度为155℃, F级的最高允许工作温度为135℃。但是电机的保护温度不能只考虑绝缘材料的工作温度,还要考虑电机以下部位的温度限度:
(1)电动机的内部绝缘的温度等级一般分为 A级 E级 B级 F级 H级，其最高允许温度（℃）
Y 90 、A 105 、E 120、B 130 、F 155 、H 180 。
(2)滚动轴承温度应不超过95℃,滑动轴承的温度应不超过80℃,温度太高会使油质发生变化和破坏油膜,导致轴承损坏。
所以温度控制器保护温度设定时,要同时考虑以上各个部位的工作温度要求,在满足部件最低工作温度要求的同时,还要留有一定的裕量。当主驱动电机温度从低往高穿越设置的保护温度时,温度控制器立即启动冷却风扇电机;当主驱动电机温度从高往低穿越设置的保护温度时,温度控制器延时60 min关闭风机,防止在设定温度附近风机频繁启动。
4.3风机控制电路的设计
整个风机控制电路的设计使用也比较简单,见下图
冷却风扇电机主回路保持原有的电气线路不变, 只是控制回路在原有的基础上进行了相关的改动,增加温度控制器的输入输出线路。通过更改PLC程序,改变主驱动电机启动前必须启动冷却风扇电机的逻辑控制,改为温度控制器输出继电器动作后才启动冷却风扇电机。
电机启动前,首先合上断路器Q211和Q311B,温度控制器处于工作状态,电机就可以正常运转,当温度控制器检测温度超过设定温度时,温度控制器的输出继电器NC1断开, PLC接收到信号后接通接触器K803的线圈,接触器K803的主触点闭合后风机便启动, 冷却风扇电机开始降温工作,当温度降低到设定温度后,延时60 min后接触器K803断开,风机停止工作。为了保证电机的使用安全,增加温度控制器的可靠性,还要在PLC的程序中加入温度控制器故障报警功能。在温度控制器、温度传感器或线路出现故障时, PLC均发出故障报警,并立即直接启动冷却风扇电机,让电机机处于一直运行状态,恢复到没有温控的状态,确保主驱动电机的运行安全。
5改造后节能效果分析
1台冷却风扇电机功率为0. 37 kW,假设空冷岛的8列冷却管束的平均年利用率约为80%,使用温控后的年平均节电率按70%计算(呼伦贝尔地区基本能达到70%时间处于零度以下),那么两台机组(有112台冷却风扇电机)1年节省的电量是0. 37×24×365×0.8×0.7×112=203288 kWh。从以上数据可以看到,由于温度控制的变频电机的冷却风机具有明显的节能效果,有比较可观的经济效益。空冷岛冷却风扇电机经这样的改造后,必可达到可靠性高、成本低、节能效果较好,节能增效的目的。
6.结束语
呼伦贝尔电厂的空冷岛冷却风扇电机即便在零下几十度的情况下还要运行为主驱动电机“冷却”浪费电能，并且频繁跳闸容易造成个别空冷管束温度过低（高），导致背压升高，机组整体冷却效果降低影响机组满负荷出力。通过上述技改措施可以有效减少该种电动机的电能浪费、故障跳闸概率，有效保障机组安全稳定长周期运行。
参考文献
[1] 内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司空冷技术协议
[2]唐介.《电机与拖动》M.高等教育出版社
[3]李立碑、孙玉福.《金属材料的热膨胀系数》.机械工业出版社