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掃描冷卻風直流驅動電機工況的改進論文
摘要：詳細介紹了在北侖電廠二期工程直流掃描風系統(tǒng)安裝調試過程中發(fā)現的風機和配套電機選型不配合導致無法滿足設計要求的情況，分析了其原因，并提出了相應的解決方法。
關鍵詞：掃描冷卻風 直流電機 改進
1 概述
掃描冷卻風系統(tǒng)用于爐膛火焰監(jiān)測器探頭的冷卻、清掃，使其能正常地監(jiān)視爐膛火焰情況。北侖電廠二期工程機組的掃描風系統(tǒng)由美國S＆L公司設計、提供，配備有2臺100％容量的交流掃描風機和1臺100％容量的直流掃描風機，進口氣源可以是外界大氣或送風機出口空氣。
根據系統(tǒng)設計說明書，在正常情況下，1臺交 流掃描風機運行，另1臺交流掃描風機以及直流掃描風機處于熱備用狀態(tài)。當運行的交流掃描風機跳閘或出口壓力低低時，另1臺交流掃描風機延時3 s后自啟動；當2臺交流掃描風機均跳閘或同時運行出口壓力仍低低時，直流掃描風機延時3s后自啟動。為保證爐膛火焰監(jiān)測器探頭冷卻效果，設計要求各火焰監(jiān)測器探頭處冷卻風壓力不低于3．0 kPa，流量不小于17 Nm3／min。設備主要技術規(guī)范如表1。
2 存在的問題
當進入分系統(tǒng)調試階段時，發(fā)現與掃描風機配套的直流驅動電機選型不甚合理，導致直流掃描風機遲遲不能投入正常備用，嚴重威脅著設備乃至機組的安全可靠運行。主要表現在：
�。�1）直流電機輸出功率雖然與交流電機一致，但額定轉速卻遠高于風機設計轉速，使得當風機出口擋板開度大于20％后，就引起直流電機過電流保護動作而跳閘。因為根據有關風機理論，離心式風機的負載轉矩與轉速n成2次方關系，因此當風機轉速上升后相應負載也隨之增大，從而導致拖動電機電流劇增。另一方面，當出口擋板開度小于20％時，火焰監(jiān)測器探頭出口處壓力和流量都達不到設計值，無法滿足火檢探頭的安全運行要求。而且鍋爐改造后燃燒器層整體提高了3 m，增大了掃描冷卻風的管線阻力，加劇了上述二者之間的矛盾。
�。�2）直流電機啟動回路采取了直接啟動方式，瞬間最大啟動電流大約為1500 A左右，對廠區(qū)應急直流供電系統(tǒng)（蓄電池組）沖擊很大．
3 解決方法的提出和實施
鑒于以上情況，考慮在原設計設計基礎上作一改進，即在電機電樞回路中串入電阻，以解決直流掃描風機不能正常投入備用狀態(tài)的問題。其原因有以下幾點：
�。�1）在電樞回路串入電阻，可以有效地降低啟動電流，將啟動電流值限制在允許的范圍之內（見圖1）。
�。�2）在電樞回路串入電阻，可以改變電樞端電壓，進而可降低電機的轉速，即將電機轉速從額定的3500r／min調整至與風機設計轉速相近的區(qū)域，以滿足風機的工作要求（見圖2）。
�。�3）盡管在電樞回路串入電阻后，會將一部分電能消耗在電阻上，降低了電機效率，但從總體考慮還是值得的。這是因為：直流掃描風機是交流掃描風機的備用，實際投入運行的機會甚低，通常是在全廠交流電源失去時作為應急使用的。因而對直流掃描風機來說，效率和經濟性是次要的，主要決定因素應該是投運的可靠性以及對廠區(qū)應急直流電源系統(tǒng)的影響。在電樞回路串入電阻，可以使直流電機可靠運行，還能避免直流電源系統(tǒng)不受大電流的沖擊，維護了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
根據以上分析以及廠商提供的設備參數，進行了需要串入電阻值的試算。已知直流電機為并勵方式，Pn＝5．5 kW，n＝3500 r／min，Un＝220 V，In＝29．5 A，Ifn＝1．35A,Ra=0.164Ω。根據以下基本公式,并近似地認為=常數，2ΔUb＝2V，串入電阻前后Ia也不變：
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
經過計算，得到以下數據：
當串入電阻值Rj＝2Ω時，電機轉速、啟動電流以及效率對比如表2。
根據得到的計算數據，利用滑線變阻器串入電樞回路的方法進行了試驗。當滑線變阻器阻值為2Ω時，試驗數據如下：
電機穩(wěn)定電流：24．8 A
轉速：2650r／min
火檢探頭處出口壓力：3．65 kPa
火檢探頭處出口流量：22 Nm3／min
由此可見，在電機電樞回路中串入的電阻值是恰當的。在此基礎上，要求設備供貨商美國的S＆L公司提供2Ω、功率為3 kW左右的電阻，并要求能夠可靠散熱。經過現場測試，電機瞬間啟動電流、穩(wěn)定電流均在可接受的范圍內，各個火焰監(jiān)測器探頭出口處壓力、流量均達到或超過設計值，說明了對直流掃描風機電機改造的效果十分顯著。自此，北侖電廠二期工程3、4、5號機組直流掃描風機系統(tǒng)均投入了正常備用，消除了運行設備的不安全因素，提高了系統(tǒng)和機組的穩(wěn)定性。
參考文獻：
�。�1］宋銀賓主編．電機拖動基礎．冶金工業(yè)出版社
�。�2］許實章主編．電機學（上）．機械工業(yè)出版社
�。�3］郭立君主編．泵與風機．水利電力出版社
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