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1、高压沟通变频调速技术在火力发电厂的应用随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速开展，电气传动技术面临着一场历史革命，即沟通调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为开展趋势，电机沟通变频调速技术是当今节电、推动技术进步的一种主要手段。高压沟通变频调速技术是20世纪90年代迅速开展起来的一种新型电力传动调速技术，主要用于沟通电动机的变频调速，其技术和性能胜过其它任何一种调速方式如:降压调速、变极调速、滑差调速、内反应串级调速和液力耦合器调速等。变频调速以其显著的节能效益，高的调速精度，宽的调速范围，完善的电力电子保护功能，以及易于实现的自动通讯功能，得到了广阔用户的认可和
2、市场确实认，在运行的平安可靠、安装使用、维修维护等方面，也给使用者带来了极大的便利和快捷的效劳，使之成为国内外企业采用电机节能方式的首选方案。2、变频调速的方法及节能原理2.1变频调速的方法变频调速就是通过改变输入到沟通电机的电源频率，进而到达调节沟通电动机转速的目的。沟通异步电动机转速由下式确定:n=60f1-s/p1式中:n电动机的转速;f输入的电源频率;s电动机的转差率;p电机的极对数。由公式1可知，电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关系，因此沟通电动机的直接调速方式主要有变极调速调整p、转子串电阻调速或者串级调速或者内反应电机调整s和变频调速调整f等。变频调速器从
3、电网接收工频50hz的沟通电，经过恰当的强迫变换方法，将输入的工频沟通电变换成为频率和幅值都可调节的沟通电输出到沟通电动机，实现沟通电动机的变速运行。2.2调速节能的原理通过流体力学的根本定律可知:风机或者水泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量q、压力扬程h以及轴功率p具有如下关系:q1/q2n1/n22h1/h2n1/n223p1/p2n1/n234式中:q1、h1、p1风机或者水泵在n1转速时的流量、压力或者扬程、轴功率;q2、h2、p2风机或者水泵在n2转速时的相似工况条件下的流量、压力或者扬程、轴功率。由公式2、3、4可知，风机或者水泵的流量与其转速成正比，压力或者扬程与其转速的平
4、方成正比，轴功率与其转速的立方成正比。由公式4可知，在其它运行条件不变的情况下，通过下调电机的运行速度，其节电效果是与转速降落成立方的关系，节电效果非常明显。例如假设工况只需要50的风量或者水量，那么可以将电机的转速调节为额定的一半，此时电机消耗的功率仅为额定时的12.5，即理论上节能可达87.5。3、高压变频调速系统与液力耦合器的比拟3.1液力耦合器存在的主要缺陷通常，火力发电厂采用液力耦合器进展风机调速的居多，由于液力耦合器本身具有如下技术缺陷，在电厂中将无法知足平安消费的要求。1液力耦合器调速属耗能型调速方式，在调速范围较大时，产活力械损耗和转差损耗，消耗能量，效率较低，节能效果一般。2
5、液力耦合器是一种以液体为介质，靠液体动量矩的变化传递能量的装置，工作时是通过一导管调整工作腔的充液量，进而改变传递扭矩和输出转速来知足工况要求。因此，对工作腔及供油系统需经常维护及检修。3液力耦合器故障时，无法再用其它方式使其拖动的风机运行，必须停电检修。4采用液力耦合器时，在低速向高速运行经过中，延迟性较明显，不能快速响应，同时这时候的电流较大，如整定不好会引起跳闸，影响系统稳定性。5液力耦合器本身控制精度差，调速范围窄，通常在4090之间。6电机启动时，冲击电流较大，影响电网的稳定性。7在高速运行时，液力耦合器有丢转现象，严重时会影响工作的正常进展。从以上情况来看，假如继续使用液力耦合器，
6、将会制约电厂节能降耗、降低消费本钱、进步消费效率、增加企业竞争力的目的。3.2高压变频用具有的优点如今有很多电力企业已经采用新型的高压大功率变频调速装置拖动风机，获得了良好的应用效果。同传统的液力耦合器比拟，北京利德华福技术有限公司消费的harsvert-a高压变频用具有以下优点:1采用先进的拓扑构造与输入变压器副边多级绕组移相整流技术，减少了输出侧的电流谐波，进步了功率因数，解决了对电网的谐波污染，无需增加任何滤波或者功率因数的补偿。2电动机实现了真正的软启动、软停车，变频器提供应电机的无谐波干扰的正弦波电流，峰值电流和峰值时间大为减少，可消除对电网和负载的冲击，防止产生操纵过电压而损伤电机
7、绝缘，延长了电动机和风机、水泵的使用寿命。同时，变频器设置共振点跳转频率，防止了风机、水泵处于共振点运行的可能性，使风机、水泵工作平稳，轴承磨损减少，启动平滑，消除了机械的冲击力，进步了设备的使用寿命。3变频器自身保护功能完善，同原来继电保护比拟，保护功能更多，更灵敏，瞬间过流保护超过200%额定电流峰值10s,动作有效过流保护150%额定电流3s动作，过载保护120%额定电流1min动作，大大加强了对电动机的保护。4调速工段内的设备调节和优化控制由机组dcs完成，dcs负责收集模拟量、开关量等信号，变频器输出的模拟量、开关量信号全部进入dcs系统，形成闭环控制，同时实现相关辅机联锁功能等。5
8、采用变频调速，实现了挡板、阀门全开，减少了挡板、阀门节流损失，且能均匀调速，知足调峰需要，节约了大量的电能，具有显著的节电效果。6整机的运行噪音改善明显:采用液力耦合器时，无论低速高速，由于电机均处于工频运行，整机的噪音大，到达90db左右，但是进展变频改造后，整机的运行频率下降至40hz左右，电机的运行噪音明显下降，低于80db,在低速运行时根本上听不到噪音，到达65db以下，大大改善了现场的噪音污染。7由于电机降低速度运行以及工作在高效率区，电机的温升和轴承温升下降明显:电机温升由采用液力耦合器时的59下降至变频调速运行时的44，电机的前后轴承的温度都有相应的下降，延长了风机系统的使用寿命
9、。8低负荷下转速降低，减少了机械局部的磨损和振动，延长了风机大修周期，可节省大量的检修费用。9日常维护保养工作量和费用下降:采用液力耦合器估计每年的维护费用在5万元左右，采用变频器后，这项费用下降为数千元左右。10调速范围:采用液力耦合器时调速范围有相当大的限制，采用变频器后，系统调频范围050hz，大大地增强了工艺的调节才能。3.3高压变频调速同液力耦合器调速经济比拟为了检测高压变频装置的节能情况，某电厂在风机上采用液力耦合器与北京利德华福技术有限公司的harsvert-a高压变频装置调速做比照试验，数据如下:1采用变频器拖动风机时变频改造后，风机运行效率明显进步，比液力耦合器调速节电26.
10、17%。4、变频器节能分析火力发电企业消耗的厂用电量中，75以上的负荷为水泵与风机，这些水泵与风机都是经过调整门挡板来实现的，不但调节质量差、响应慢，而且浪费电能。4.1风机节能分析1风机风量控制送风机和引风机是火电厂中的耗电大户，其耗电量约占厂用电量的30、占机组发电量的24。因此，正确选择送风机和引风机的调节风量的方式，对火电厂的平安和经济运行有着重要意义。电机以定速运转，调节风机风量典型的方法是采用挡板控制。根据挡板在风道中的安装位置可分为出口挡板控制和入口挡板控制，采用挡板控制时，当挡板关小那么增加风阻，且不能在宽范围调节风量。例如，要求风量在80的情况下，电机消耗的功率约为90，能量
11、损失严重。风机在变速状态下运行，保持挡板全开，通过改变风机转速来调整风量，采用变频控制时，电动机消耗的功率80350，与其他控制相比，转速控制的节电效果特别明显。电厂风机的各种调速装置的比拟，如图1所示。图1风机的输入功率风量特性图1中:1输出端风门控制时电动机输入功率;2输入端风门控制时电动机输入功率;3转差功率调节控制电磁转差电动机或者液力耦合器时电动机输入功率;4变频器调速控制时电动机的输入功率;5调速控制时电动机轴功率。2送风机变频改造后的节能分析某电厂使用北京利德华福技术有限公司的harsvert-a高压变频器，选定在机组带50、75、100负荷3种工况下对#4炉2台送风机进展工频和
12、变频2种运行方式下的比照试验，机组运行工况和测试计算结果见表1。从表1可以看出，送风机变频调节方式运行效率根本在7580，而工频调节方式运行效率为55左右见图2;机组在100mw、150mw、200mw负荷时，2台送风机变频运行比工频运行每h分别节电750kwh、602.5kwh、733.6kwh。变频改造后，送风机运行效率明显进步，节电效果显著。图2送风机运行效率比拟#4炉2台送风机变频改造后以年运行7000h计算，全年可节约电量4928770kwh。按该公司上网电价0.30元/kwh计算，直接经济效益约为148万元。4.2水泵节能分析1水泵流量控制水泵是由恒速电机驱动出口阀及调节阀控制水的
13、流量和压力，通过人为增加阻力和回流的方法到达调节流量的目的，因此在运行中产生了大量的能量损失。水泵的转速在某一范围内变化时，流量、总扬程、轴功率依次有线性、平方、立方关系。但对于实际的水泵负载，通常存在一个与上下差有关的实际扬程，扬程越小，轴功率越接近于同转速成立方的定常特性，而且转速控制产生的节电效果也越大。根据实际调查说明一般老电厂大型水泵平均流量的余量大于20，即有多于20的流量损耗在节流阀和回流调节上，假设所需要的流量减少20，那么相应的电动机转速也应降低20，即实际转速为80，那么根据流量与转速的关系式可得出:80%351，即按此工况水泵节电近50。由此可见，节能潜力之大，效益之高。
14、电厂水泵的各种调速装置的比拟，如图3所示。图3泵的输入功率-流量特性图3中:1排出管路阀门控制时电动机输入功率;2转差功率调节控制转差电动机或者液力耦合器时电动机输入功率;3变频器调速控制时电动机的输入功率;4调速控制时电动机轴功率。当采用变频调速时，50hz满载时功率因数为接近l，工作电流比电机额定电流值要低很多，这是由于变频装置的内滤波电容产生的改善功率因数的作用，可以为电厂节约容量20%左右。4.2.2凝聚水泵变频改造后的节能分析某电厂使用北京利德华福技术有限公司的harsvert-a高压变频器，选定在机组带350mw、315mw、280mw、240mw、210mw、175mw负荷6种工
15、况下对某电厂#1机1台凝聚水泵进展工频和变频2种运行方式下的比照试验，机组运行工况和测试计算结果见表2。凝聚水泵改造为变频无级调节运行后，一方面减少了运行中的节流损失，凝聚水泵电流下降，起到节能作用，另一方面由于凝聚水泵出口水压的下降，大大改善了低压加热器的工作条件，减少了低压加热器泄漏，降低了检修工作量，获得了较为明显的平安和经济效益。工频运行时，累计年耗电量为:wyd=7000652.5510%633.385%617.6120%609.05%564.3810%539.2450%=4038675.227kwh即采用工频运行时，每年凝聚泵耗电量约为403.9万kwh。变频运行时，累计年耗电量为
16、:wyb=7000573.5810%454.185%384.1420%349.955%44.0910%193.9250%=2070343.933kwh即采用变频运行时，每年凝聚泵耗电量约为207.0万kwh。年节电量:wy=wydwyb=403.9-207.0=196.9万kwh；节电率:wy/wyd100%196.9/403.9100%=48.75%按该公司上网电价0.334元/kwh计算，那么每年直接经济效益196.90.334=65.765万元。5、完毕语随着厂网分开，竞价上网改革的深化，节能已成为各发电企业的重要工作，只有降低厂用电率、降低发电本钱、才能进步上网电价的竞争力，因此，采用变频技术，对电厂辅机进展节能改造，是各电厂的当务之急。经过现场的运行，证实北京利德华福技术有限公司的harsvert-a高压大功率变频器性能好，可靠性高，其节能效果明显优于其他任何一种调速方式，十分是在低负荷时更为显著。电厂辅机采用变频调速后，进步了机组自动装置的稳定性，大大改善了电机的启动性能，延长了电机的寿命，在老电厂的大功率风机、水泵系统上实现变频调速，是理想的节能工程，一般13年即可收回设备改造投资本钱。0