淺談火電廠中變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)能分析

時間：2019-07-09作者：河北國源電氣股份有限公司瀏覽：204

　　【摘要】本文首先分析了火電廠風(fēng)機(jī)類設(shè)備與泵類設(shè)備的現(xiàn)狀，然后結(jié)合變頻調(diào)速技術(shù)的相關(guān)理論對火電廠中廣泛應(yīng)用的高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行了介紹，最后淺要指出了應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)需要注意的要點。
　　【關(guān)鍵詞】變頻調(diào)速技術(shù)；火電廠
　　1.前言
　　能源短缺是限制我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要因素，火電廠作為資源消耗大戶，推行節(jié)能技術(shù)，提高能源利用率具有重大的現(xiàn)實意義。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)以其運(yùn)行穩(wěn)定、故障率低、噪音污染小、節(jié)能效果顯著等優(yōu)點被不斷的運(yùn)用到火電廠節(jié)能降耗改造中。
　　2.火電廠變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)勢
　　2.1 火電廠風(fēng)機(jī)及泵類設(shè)備現(xiàn)狀
　　大型現(xiàn)代火力發(fā)電電廠中的風(fēng)機(jī)類設(shè)備與泵類設(shè)備通常由定速電機(jī)驅(qū)動，負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速平方成正比，采用擋板門的方式進(jìn)行節(jié)流調(diào)控，雖然高效風(fēng)機(jī)及水泵的額定效率已經(jīng)能達(dá)到80%以上，但是為了滿足汽輪機(jī)出力大于發(fā)電機(jī)出力、燃燒鍋爐出力大于汽輪機(jī)出力，鍋爐輔機(jī)設(shè)備出力大于燃燒鍋爐出力的設(shè)計原則，電廠配置的風(fēng)機(jī)和水泵設(shè)備容量遠(yuǎn)大實際值，大型風(fēng)機(jī)和泵類設(shè)備處于低負(fù)荷、變負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)。
　　據(jù)統(tǒng)計，大型水泵和風(fēng)機(jī)的用電量約占到廠用電量的30%，再加上火電廠所用燃料與設(shè)計類型偏差較大，火電廠現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)、水泵、磨煤機(jī)等用電設(shè)備普遍存在著能耗高，機(jī)組負(fù)荷率偏低的問題。另一方面，為了應(yīng)對電網(wǎng)負(fù)荷變化，參加調(diào)峰運(yùn)行的機(jī)組必須能夠隨時調(diào)整器發(fā)電能力，而風(fēng)機(jī)閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方式缺乏可靠性，耗能過大，隨著變頻技術(shù)的日益完善，采用變頻技術(shù)改造大型風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備等大容量電動機(jī)被應(yīng)用到火電廠中并且**了良好的效果。
　　2.2 變頻調(diào)速技術(shù)原理分析
　　三相感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速如關(guān)系如下：
　　式中：n為電機(jī)轉(zhuǎn)速；f為交流電源頻率；p為電機(jī)的較對數(shù)；s為異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率。根據(jù)此公式可知，可以通過變頻調(diào)速、變較調(diào)速、變差率調(diào)速幾種方式改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，其中變差率調(diào)速是變頻調(diào)速技術(shù)產(chǎn)生之前的主要調(diào)速方式，調(diào)節(jié)效率較低且調(diào)節(jié)范圍窄，對電網(wǎng)的影響較大。除以上幾種電氣調(diào)速方式之外，還有液力耦合器調(diào)速、液粘離合器調(diào)速等機(jī)械調(diào)速方式。
　　典型的變頻調(diào)速系統(tǒng)由變頻器、控制裝置、傳動機(jī)和負(fù)載組成，變頻器可以利用半導(dǎo)體器件的開關(guān)作用將電網(wǎng)工頻變成可調(diào)頻率輸送給電機(jī)，從而調(diào)節(jié)電機(jī)速度，屬于無級變速。變頻調(diào)速技術(shù)的調(diào)節(jié)方式包括直流調(diào)速與交流調(diào)速兩種，其中高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)比較成熟，在電廠風(fēng)機(jī)和泵類設(shè)備應(yīng)用效果顯著，是火電廠大型風(fēng)機(jī)節(jié)能改造的主要手段。據(jù)統(tǒng)計，采用高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)改造大型設(shè)備后，至少可以減少20%的廠用電量。高壓變頻器技術(shù)中以AC/DC/AC變頻器應(yīng)用較為廣泛，根據(jù)直流段使用電器元件的不同，AC/DC/AC變頻器又可以分為電流源型變頻器和電壓源型變頻器，其中級聯(lián)電壓源型高壓變頻器的應(yīng)用前景較好，級聯(lián)多電平電壓源型變頻器由多個功率單元串聯(lián)而成，每個功率單元都是一個低壓變頻器，通過三相不可控橋式整流將交流轉(zhuǎn)化為直流，直流經(jīng)電容器濾波后進(jìn)入逆變器，逆變器采用H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，輸出電壓為電平，再通過載波脈寬調(diào)直技術(shù)輸出所需的電壓階梯波。
　　級聯(lián)多平電壓源型變頻器技術(shù)的各器件du/dt較低，調(diào)節(jié)過程中功率因素高，不需均壓電路，發(fā)熱低，而且多重化配置的變頻器通常采用IGBT控制，輸出的電壓電流波形諧波較少，電動機(jī)噪音相對較小，是高壓變頻技術(shù)的研究重點。
　　3.火電廠變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用要點
　　3.1 火電廠變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用條件
　　交流電動機(jī)的工作原理是通過內(nèi)部磁場的旋轉(zhuǎn)傳遞能量，如果電機(jī)的氣隙磁通量過大，會導(dǎo)致鐵心飽和，從而使勵磁電流過大，燒壞電機(jī)繞組。如果電機(jī)氣隙磁通量較小，電機(jī)出力不足，因此進(jìn)行電機(jī)變頻改造前必須保證電機(jī)的氣隙磁通量恒定。另一方面，根據(jù)異步電機(jī)的變頻調(diào)速的控制特性，如果電動機(jī)額定頻率比供電頻率低，那么電動機(jī)的電壓只能保持額定電壓而不能隨之升高，而且此時提高頻率會導(dǎo)致電動機(jī)氣隙磁通量減弱，轉(zhuǎn)矩減小。所以，電動機(jī)供電頻率**基頻時為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，保持氣隙磁通量較大值，供電頻率**基頻時為恒功率調(diào)速，保持較大電壓輸出值。
　　3.2 火電廠變頻調(diào)速裝置的配制
　　火電廠變頻裝置配制需要注意的問題如下：
　　**，火電廠的大型輔機(jī)多成對配制，一臺機(jī)器基本能夠滿足大部分符合的要求。另外，輔機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時采用變頻技術(shù)可能增加耗損，因此可以對一臺輔機(jī)進(jìn)行變頻改造，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷較高時，采用兩機(jī)并列運(yùn)行的方式，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷較低時，可以使用變頻輔機(jī)單獨運(yùn)行，通過監(jiān)測爐膛的壓力自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；
　　*二，對異步電動機(jī)進(jìn)行變頻改造后，必然會影響電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，比如對鼠籠式異步電動機(jī)改造后，電動機(jī)定子電流中會含有高次諧波，增加電動機(jī)的耗損，造成電動機(jī)升溫程度變大，效率和功率因素降低，另一方面，高壓變頻器電容容量衰減小，降低了電動機(jī)啟動電流，延長了設(shè)備壽命。因此設(shè)計時應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)的安全性、可靠性，必要時增設(shè)變頻器旁路系統(tǒng)并且保證通風(fēng)效果；
　　*三，風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速平方正相關(guān)，進(jìn)行變頻改造后，電機(jī)電流隨之下降，發(fā)熱量下降，為避**側(cè)風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行后兩側(cè)風(fēng)路的排煙溫度相差過大，可以將兩路送風(fēng)配置設(shè)為母管送風(fēng)運(yùn)行[1]；
　　*四，電動機(jī)鐵心的固有頻率與變頻器的載波頻率可能會發(fā)生諧振，從而產(chǎn)生較大的噪音，對此工作人員可以適當(dāng)調(diào)整載波頻率；*五，風(fēng)機(jī)調(diào)速時必須*避開設(shè)備的臨界共振轉(zhuǎn)速區(qū)，以避免在調(diào)速過程中與風(fēng)機(jī)繞性轉(zhuǎn)子產(chǎn)生機(jī)械共振而損壞設(shè)備。電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩含有脈動分量，普通的電流源型變頻器與三平或多電平變頻器相比轉(zhuǎn)矩脈動分量較大，也較*引起電動機(jī)與機(jī)械負(fù)載共振，因此變頻器的選型十分重要。
　　4.結(jié)語
　　降低電廠能耗不僅是降低運(yùn)營成本，提高電廠競爭力的有效手段，而且也符合國家建設(shè)“兩型”社會的要求，通過對大型風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備的變頻調(diào)速節(jié)能改造，可以直接降低電廠廠用電，節(jié)約煤炭資源，具有十分明顯的經(jīng)濟(jì)效益和市場潛力，值得在火電廠中進(jìn)一步推廣。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]范利文.高壓變頻調(diào)速技術(shù)在火電廠風(fēng)機(jī)和泵類應(yīng)用中的節(jié)能分析[J].山西科技，2013（28）：45-46.


河北國源電氣股份有限公司專注于汽輪機(jī)汽缸修復(fù),高壓緊固件,螺栓等

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