發(fā)電廠高壓電機(jī)節(jié)能變頻改造分析
摘 要：文章介紹了高壓變頻裝置的原理以及在豐鎮(zhèn)發(fā)電 廠實(shí)施的變頻改造，改造后節(jié)能效果顯著。
關(guān)鍵詞：變頻；節(jié)能降耗；原理；應(yīng)用
中圖分類號(hào)：TM301 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007—6921(2009)22—0096—02
1 存在的問題
豐鎮(zhèn)發(fā)電廠為單機(jī)200MW國產(chǎn)發(fā)電機(jī)組，電機(jī)容量設(shè)計(jì)在發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷時(shí)還有10％～15％的 余量。年負(fù)荷率不到75％（一般在150MW運(yùn)行）工況下運(yùn)行，所以運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性能差，2008年 上半年綜合廠用電率達(dá)9.89%，供電煤耗383g/kW·h。針對(duì)以上問題，將高壓變頻技術(shù)應(yīng)用 在風(fēng)機(jī)和泵類等流量的調(diào)節(jié)中，起到了節(jié)能降耗的作用。
2 高壓變頻技術(shù)原理簡介
高壓變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。 主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測 單元微處理單元等組成的。為了節(jié)能去更好地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，由公式n=60f/p(n—同步轉(zhuǎn) 速；f—電源頻率；p—電機(jī)的極對(duì)數(shù))可知：p值不是一個(gè)連續(xù)數(shù)值（為2的倍數(shù)）所以一般 不適合通過改變?cè)撝祦碚{(diào)整電機(jī)的速度。但f能夠在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)，再供給電機(jī)，且與n成 正比關(guān)系，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由控制。因此，以控制頻率為目的的變頻裝置， 就作為電機(jī)調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選。
當(dāng)然，如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時(shí)會(huì)使電機(jī)出于過電壓（過勵(lì)磁），導(dǎo)致電 機(jī)可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時(shí)必須要同時(shí)改變電壓。輸出頻率在額定頻率以 上時(shí)，電壓卻不可以繼續(xù)增加，最高只能是等于電機(jī)的額定電壓。
當(dāng)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，變頻器的輸出電流、變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用 工頻電源驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)的值，在工頻電源驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，其啟動(dòng)和加速?zèng)_擊電流都很大，為額定 電流的6～7倍。而使用變頻器供電時(shí)，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的，所以 電機(jī)啟動(dòng)電流和沖擊要小些，啟動(dòng)電流為額定電流的1.2～1.5倍，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為70%～120%額 定轉(zhuǎn)矩，從而降低了能耗，增加了電機(jī)的使用壽命。
根據(jù)流體力學(xué)原理，風(fēng)機(jī)或泵類設(shè)備的輸出流量與其轉(zhuǎn)速成正比，輸出壓力與其轉(zhuǎn)速的平方 成正比，其消耗的功率與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比。由此可見，當(dāng)流量減少10%時(shí)，則相應(yīng)降 低電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)功耗可降低30%，采用變頻調(diào)速改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變風(fēng)機(jī)或泵的 轉(zhuǎn)速，以此來調(diào)節(jié)流量。在這種調(diào)節(jié)方式下，可以將節(jié)流調(diào)節(jié)的閥門或擋板等開度調(diào)至最大 ，減小管道系統(tǒng)的阻力，節(jié)約因克服調(diào)節(jié)阻力而引起的能耗。同時(shí)，采用變頻調(diào)節(jié)后，管道 系統(tǒng)的阻力能保持在使風(fēng)機(jī)或泵工作的高效率點(diǎn)，減少因風(fēng)機(jī)或泵的效率降低而造成的能耗 損失。
由此可見，變頻改造就是以調(diào)節(jié)頻率，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來滿足實(shí)際負(fù)載需要，從而代替原來工 頻運(yùn)行的擋板或閥門調(diào)節(jié)控制方式，以達(dá)到節(jié)能的目的。采用變頻調(diào)速后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸與負(fù) 載直接相連，但電動(dòng)機(jī)不再由電網(wǎng)直接供電，而是由變頻器供電，變頻器通過改變電動(dòng)機(jī)的 供電頻率改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，因此可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)速，而且在全范圍內(nèi)具有 優(yōu)異的效率和功率因數(shù)特性。采用變頻調(diào)速后，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變?yōu)閚=60f(1-s)/p，其中f 為變頻器輸出頻率，s為異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率，p為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。為了形成交流電壓，需要將 工頻電源整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流），通過一系列的技術(shù)處理， 在變頻器的輸出端子間產(chǎn)生三相對(duì)稱的交流電壓。就可以通過調(diào)整此電壓的頻率來控制高壓 電機(jī)的輸出功率。
3 豐鎮(zhèn)發(fā)電廠高壓變頻器改造及應(yīng)用
3.1 高壓電機(jī)參數(shù)及變頻器配置情況
豐鎮(zhèn)發(fā)電廠變頻改造高壓電機(jī)參數(shù)見表1所示。
3號(hào)～6號(hào)機(jī)組每臺(tái)機(jī)組2臺(tái)引風(fēng)機(jī)、2臺(tái)送風(fēng)機(jī)、2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)電機(jī)采用一拖一方式加裝 變頻 裝置。即每臺(tái)電機(jī)加裝１臺(tái)變頻器；對(duì)2臺(tái)凝升泵電機(jī)采用一拖二方式加裝變頻裝置，即每 臺(tái)機(jī)組2臺(tái)凝升泵電機(jī)加裝１臺(tái)變頻器，正常１臺(tái)變頻運(yùn)行，１臺(tái)工頻備用。
3.2 改造前后能耗比較
變頻器的運(yùn)行頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，拿凝升泵某一負(fù)荷段閥門開度X舉例，工頻運(yùn)行時(shí)耗 能 E=1.732×6 000Icos∮（I—實(shí)際電流；cos∮—功率因素），經(jīng)過變頻改造后在該負(fù)荷段變 頻大概運(yùn)行頻率應(yīng)該為50X(Hz)，即變頻器在該負(fù)荷段軸功率降為額定功率的X的立方倍，即 P =XXXPe，減去變頻器本身和空調(diào)及其他耗能最大值10%Pe，即該負(fù)荷段變頻改造后預(yù)計(jì)節(jié)能P i=E-P-10%Pe。根據(jù)以上公式，對(duì)各具體負(fù)載年節(jié)能預(yù)算如下。
3.2.1 引風(fēng)機(jī)節(jié)能。工頻運(yùn)行參數(shù)（額定電流201A）見表2所示。
200MW負(fù)荷時(shí)由于電廠摻煨煤擋板全開，變頻器改造不節(jié)能。
150MW負(fù)荷時(shí)節(jié)能量：
Pi=1 325-939=386kW（節(jié)能比i=Pi/E=37%）
130MW負(fù)荷時(shí)節(jié)能量：
Pi=1148-569=580 kW（i=50.5%）
100MW負(fù)荷時(shí)節(jié)能量：
Pi=1060-334=726 kW（i=68.5%）
以有效時(shí)間計(jì)算引風(fēng)機(jī)變頻器改造后可比之前節(jié)能：
(37%×4/12+50.5%×6/12+68.5%×1/24)/1=40.4%。〖HT5”，5〗
4臺(tái)機(jī)組1a節(jié)約電量約為：
700萬kW·h×4＝2 800萬kW·h。
3.2.2 送風(fēng)機(jī)節(jié)能。工頻運(yùn)行參數(shù)(額定電流56A)見表3所示。
3.2.2.1 夏天節(jié)能計(jì)算：
200MW負(fù)荷時(shí)因之前工頻擋板全開，無變頻節(jié)能（i=0%)；
150MW負(fù)荷時(shí)節(jié)能量：
Pi=338-142=196 kW（i=58.0%）
100MW負(fù)荷時(shí)節(jié)能量：
Pi=281-57=224kW（i=79.7%）
以有效時(shí)間計(jì)算引風(fēng)機(jī)變頻器改造后可比之前節(jié)能：
(0%×1/4+58.0%×13/18+79.7%×1/36)/1=44.1%。
3.2.2.2 冬天節(jié)能計(jì)算：
200MW負(fù)荷時(shí)節(jié)能量：
Pi=417.8-320.8=97 kW（i=23.2%）
150MW負(fù)荷時(shí)節(jié)能量：
Pi=337.5-100.5 =237 kW（i=70.2%）
100MW負(fù)荷時(shí)節(jié)能量
Pi=281-57=224kW（i=79.7%）
以有效時(shí)間計(jì)算引風(fēng)機(jī)變頻器改造后可比原先節(jié)能：
(23.2%×1/4+70.2%×13/18+79.7%×1/36)/1=58.7%。
送風(fēng)機(jī)年節(jié)電率為(44.1%+58.7%)/2=51.4%，4臺(tái)機(jī)組1a就節(jié)約電量約201萬kW·h×4＝8 04萬kW·h。
3.3 一次風(fēng)機(jī)節(jié)能
工頻運(yùn)行參數(shù)(額定電流140A)見表4所示。
200MW負(fù)荷時(shí)節(jié)能量：
Pi=714-395=319 kW（i=44.7%）
150MW負(fù)荷時(shí)節(jié)能量：
Pi=625-238=387 kW（i=61.9%）
100MW負(fù)荷時(shí)節(jié)能量：
Pi=535-188=347 kW（i=64.8%）
以有效時(shí)間計(jì)算一次風(fēng)機(jī)變頻器改造后可比之前節(jié)能：
(44.7%×1/4+61.9%×13/18+64.8%×1/36)/1=57.6%
4臺(tái)機(jī)組1a節(jié)約電量約402萬kW·h×4＝1 608萬kW·h。
3.4 凝升泵節(jié)能
工頻運(yùn)行參數(shù)(額定電流41.3A)見表5所示。
200MW負(fù)荷時(shí)節(jié)能量：Pi=244-81=163 kW（i=66.8%）
150MW負(fù)荷時(shí)節(jié)能量：Pi=225-59=166 kW（i=65.0%）
100MW負(fù)荷時(shí)節(jié)能量：Pi=216-39=177kW（i=81.9%）
以有效時(shí)間計(jì)算凝升泵變頻器改造后可比原先節(jié)能：
(66.8%×1/4+65.0%×13/18+81.9%×1/36)/1=65.9%
4臺(tái)機(jī)組1a節(jié)約電量約60萬kW·h×4＝240萬kW·h。
4 結(jié)束語
2008年豐鎮(zhèn)發(fā)電廠對(duì)3號(hào)～6號(hào)機(jī)組32臺(tái)轉(zhuǎn)機(jī)實(shí)施了變頻節(jié)能改造，共安裝變頻器28臺(tái)，一次 性投資3 453萬元。通過分析計(jì)算每年可節(jié)電約5 452萬kW·h，按0.3元/kW·h計(jì)算，每年不 但增加利潤1 635.6元，而且廠用電率下降0.5～0.8個(gè)百分點(diǎn)。投資回收期2.17a，節(jié)能 效果明顯。
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