《发电厂风机、水泵变频调速与液力偶合器调速运行比拟.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发电厂风机、水泵变频调速与液力偶合器调速运行比拟.docx（8页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、发电厂风机、水泵变频调速与液力偶合器调速运行比拟摘要:发电厂的辅机设备风机、水泵每年要消耗大量的电能，如能采用变频调速装置取代低效的液力偶合器或者定速系统，那么能获得宏大的经济效益。本文通过对液力偶合器和变频器两种调速装置的分析及性能比拟，讲明在风机、水泵类负载推广使用变频调速装置的重要性。关键词:液力偶合器调速;变频调速;节能比拟balign=centerAnOperationalComparisonofACDriveandHydraulicFluidCouplingControllerinPowerPlantBlowerandPumpApplicationSUNGuo-qin/align/
2、bSchoolofMechanicalandAutanationEngineering,ShanghaiInstituteofTechnology,Shanghai200235,ChinaAbstract:Auxiliaryequipmentinpowerplant,suchasblowersandpumps,consumeslargeamountofelectricalenergy,butitcanbeimprovedalotintermsofenergysavingandeconomicbenefitsiflowefficiencyhydraulicfluidcouplingorconst
3、antspeedsystemcanbereplacedbyfrequencycontrolleddrivesystem.Thearticleillustratestheimportanceofthefrequencycontrolleddrivesysteminblowerandpumpapplicationbydataanalysis.Keywords:hydraulicfluidcouplingspeedcontrol;frequencycontrolledspeed;energysavingcompariso在火力发电厂中，风机和水泵是最主要的耗机和水泵增设了调速装置，但一般采用液力偶合
4、电设备，而且这些设备都是长期连续运行或者处于器调速，其运行效率较低，节能效果不明显。自低负荷及变负荷运行状态，其节能潜力那么更加巨20世纪80年代开场，国外电厂的风机、水泵已纷大。据统计，全国火力发电厂配套电动机的总容纷增设高压大功率变频装置，20世纪末国内少数目为15000MW，年总用电量为520亿kWh，占电厂采用进口高压变频器对风机水泵进展改造，全国火电发电量的5.8%。发电厂辅机电动机的节能效果明显，但因进口高压变频器价格较贵，推经济运行，直接关系到用电率的上下。我国电厂广使用受到了限制。、进入21世纪，国产高压变频大局部风机和水泵都采用定速驱动，只有少数风器迅速崛起，现正以每年上百台
5、的速度占领市场，这对于风机水泵的节能改造无疑起了很大的推动作用。1变频调速与液力偶合器调速的工作原理1.1液力偶合器调速原理液力偶合器是一种利用液体多数为油的动能来传递能量的叶片式传动机械，安装在定速电动机电动机由电网供电，即全速运行与风机、水泵之间，到达平滑调节速度的目的。液力偶合器的核心部件是一对叶轮，它是通过控制工作腔内工作油液的动力矩变化来传递电动机能量并改变输出转速的。电动机通过液力偶合器的输人轴拖动其主开工作轮称泵轮，对工作油进展加速，被加速的工作油再带动液力偶合器的从开工作轮称涡轮，把能量传递到输出轴和负载，这样，可以通过控制工作腔内介入能量传递的工作油多少来控制输出轴的力矩，进
6、而到达控制负载转速的目的。1.2变频调速原理异步电动机的转速表达式为式中:fsub1/sub为供电电源的频率即变频器输出频率,Hz;p为异步电动机的磁极对数;s为异步电动机的转差率。采用变频器调速时，电动机转轴直接与负载相连，而电动机由变频器供电，通过改变变频器输出频率即改变电动机的供电频率来改变电动机的转速。由于发电厂风机、水泵的电动机功率都很大，一般采用3kV,6kV供电，所以必须采用高压变频器进展调速运行。2变频调速与液力偶合器调速的节能比拟电动机除本身功率损耗外，无论是变频调速还是液力偶合器调速，均存在额外的功率损耗。液力偶合器从电动机输出轴获得机械能，通过液力变送后送人负载，其间存在
7、功率损耗;变频器从电网获得电能，通过电动机变送后送人负载，其间同样存在功率损耗。在全转速范围内，两种调速方式的效率一转速曲线如图1所示。由图1可见，液力偶合器的效率随着输出转速的降低而降低，额定转速时效率为0.95A点,75%额定转速时效率为0.72B点,20%额定转速时效率为0.19C点;而变频调速在电动机输出转速降低时效率仍然较高，额定转速时效率为0.97,75%额定转速时效率大于0.95,200x6额定转速时效率大于0.9。由于输出转速降低时，液力偶合器的效率下降得快，故变频调速的低速性能比液力偶合器要好。2.1理论计算节能比拟风机、水泵的一大特点就是通常负载转矩与转速的平方成正比，轴功
8、率与转速的立方成正比，其流量、压力、轴功率之间的关系如式2、式3,式4所示。例如:1000kW风机风量从100%降低到70，由于流量与转速一次方成正比，因此转速可以降低70%，而负载功率与转速的立方成正比，因此负载功率理论上降为34.3%0电网总输入功率为式中:P为负载功率，kW;为调速装置的效率;subM/sub为电动机的效率;subP/sub为管道系统效率。假如采用变频高一高调速，其效率按0.95计算，再考虑电动机效率0.85，管道系统效率0.95，那么电网总输人功率约为即447.1kW，节能55.29，全年按300日计算年节电398万度。假如采用液力偶合器，其效率按0.665计算，再考虑
9、电动机效率0.85，管道系统效率0.95，那么电网总输人功率约为即638.7kW，节能36.13%，年节电260万度，可见变频调速每年多节电138万度，两种调速方法节电比拟如表1所示。2.2实测节能比拟以某电力设计院实测一台20万千瓦机组风机改造为例，该异步电动机额定参数为1250kW,6kV,142A、额定效率95%、额定转速742r/min、额定功率因数0.85。采用液力偶合器调速及变频调速两种调节方式在不同发电机负荷下的输人电流如表2所示，两种调节方式下的电动机综合输人功率如表3所示，两种调节方式下的日耗电量预计如表4所示。按机组年运行300日7200小时计算，应用变频调速较液力偶合器调
10、速年节电140万度=337万度-197万度，固然电动机功率不一致，但实测的节电比例与理论计算根本一致。3变频调速与液力偶合器调速其他性能的比拟3.1起动性能电动机带负载直接起动会产生很大的冲击电流，这对电动机和电网都是不利的。一方面该电流在线路和电动机中产生损耗、引起发热进而使绝缘老化，另一方面，起动时的力矩冲击增加了电动机转子鼠笼断条、定子引线开焊等故障隐患的可能。据统计约15%的电动机故障由直接起动引起。另外，大的起动电流使母线电压偏低，可能造成电动机不能正常起动，或者影响该母线上其他设备的正常运行。采用液力偶合器调速不能直接改善起动性能，起动电流为额定电流的5一7倍，如为绕线式异步电动机
11、，虽可通过转子回路串电阻来改善起动性能，但起动电流仍将是额定电流的2倍以上，并且还要增加起动装置。而采用变频调速可实现软起动，即起动电流缓慢增加，起动经过比拟平滑，对电网和机械都没有冲击，故可以降低用电装备容量，十分是在新上工程时，可节省增容费的开支，而且起动的全经过可以控制，起动点、爬坡时间均可设置。3.2调节及控制性能液力祸合器是依靠调节工作腔油量的大小来改变输出转速的，因此响应速度比拟慢，可能跟不上控制的要求，而且其速度调节的精度也较低。而变频调速的调速经过可以进展得非常快，并且采用数字控制后，其稳频精度可到达0.1%以上，故可实现准确控制。3.3功率因数变频调速可以在很宽的转速范围内保
12、持高功率因数运行例如20%以上转速时功率因数大于0.95，而液力藕合器低速运行时功率因数低于电动机额定功率因数，假如在70%以下转速时，功率因数将低于0.7。所以采用液力祸合器调速需进步功率因数时，那么应另加功率因数补偿装置。3.4运行可靠性及运行维护液力祸合器机械构造和管路系统复杂，要长期可靠运行，系统维护工作量增大，假如出现故障，无法直接定速运行，必须停机检修。高压变频装置固然电子线路复杂，但目前技术已日趋成熟，尤其是单元串联多电平式的高压变频装置具有单元自动切换和冗余运行特性，在单元故障时可不停机连续运行，可靠性得以保证，而且检修维护相当轻易，只需定期更换风滤网即可。由分析可见，电厂主要
13、辅机采用高压变频调速，节电效果明显。目前，固然液力藕合器初期投资比变频调速低，但变频调速节能效果及其他方面的性能均明显优于液力藕合器，由前述可知:1000kW电动机应用变频调速比应用液力祸合器每年节电138万度，假如变频调速多投资60万元，那么一年多即可收回投资，第二年起每年便可节省数十万元的运行开支，因此总体投资回报是很高的，产生的经济效益非常可观。参考文献:1徐甫荣.高压变频调速技术应用理论M.北京:中国电力出版社，2007.2冯朵生，张森.变频器的应用与维护M.广州:华南理工大学出版社，2001.3孙国琴，周德贤.大力推广国产高压变频调速节能装置J7。电机与控制应用，2006,336:3一6.0