發(fā)電廠電動機變頻調(diào)速技術(shù)
“八五”、“九五”期間，國家電力事業(yè)得到了迅猛發(fā)展。隨著裝機容量成倍增加，節(jié)能降耗、提高效益迫在眉睫，降低廠用電量是節(jié)能降耗一個重要技術(shù)措施。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的完善與成熟，以其節(jié)能效果明顯、可靠性高、操作簡單、啟動電流小、功率因數(shù)及效率較高、調(diào)速特性優(yōu)良、保護功能完善、容易實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)控制等優(yōu)良特性，成為當(dāng)今電氣拖動系統(tǒng)的佼佼者。
1 變頻調(diào)速方案介紹
由于電機電壓、變頻器輸入電壓等級不同，變頻調(diào)速有四種方式，即：高-高、高-低-高、高-低、低-低四類。
(1) 低壓（380V）電動機變頻改造
方案一：低-低方式，輸入380V、輸出0～380V。
方案二：高-低方式，降壓變壓器與低壓變頻器組合，輸入6kV，輸出0～380V。
方案三：高-低方式，降壓變壓器與低壓變頻器組合，輸入6kV，輸出為0～690V，需要更換整套電動機系統(tǒng)。表1為三種方案的優(yōu)缺點比較。
表1
(2) 高壓（6kV）電動機改造
方案一：高-高方式，輸入6kV，輸出0～6kV，電動機及負載不變。
方案二：采用高-低方式，輸入6kV，輸出為0～690V或0～380V。
方案三：采用高-低-高方式，輸入6kV降變?yōu)?80V，經(jīng)低壓變頻器變頻再升壓輸出0～6kV。表2為三種方案的優(yōu)缺點比較。
表2
2 接線方式（一次接線）介紹
變頻調(diào)速電源系統(tǒng)---電氣主電路的接線形式可分為：① “一拖一”方式，指一臺變頻器拖動一臺電動機。② “一拖二”方式，指一臺變頻器任意拖動兩臺電動機中的一臺。③ “一拖N”方式，指一臺變頻器任意拖動多臺電動機的一臺。
以三臺灰渣泵變頻調(diào)速系統(tǒng)為例，對上述三種拖動方式的投資回收期進行比較。假設(shè)用一臺變頻器進行改造，則不同方案的投資回收期比較情況如表3所示，可以看出，“一拖N”與“一拖一”方式比較，隨著N（≥2）的增加，前者優(yōu)點是投資回收期大大縮短，經(jīng)濟效應(yīng)更明顯，但缺點是一次接線、控制系統(tǒng)及運行操作相對復(fù)雜。
表3
3 電廠部分輔機運行狀況簡介
① 供油泵：一般兩臺機組公用，配有三臺供油泵。其運行方式：機組運行時，一臺供油泵保持運行、兩臺備用。但規(guī)程要求一臺泵長期運行，以維持燃油的正常循環(huán)。這種運行方式缺點是：浪費能源；燃油長期高速流動、儲油罐溫度偏高，造成嚴重的安全隱患；供油管路長期呈高壓狀態(tài)，管道閥門、活結(jié)等管件容易滲漏，增加了設(shè)備維護工作量。② 橋式起重機：用于堆煤場，將煤從煤場抓放到運煤皮帶或從輪船抓放到運煤皮帶上。其電氣傳動系統(tǒng)的電機一般為交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動機。由于工作環(huán)境差，粉塵和有害氣體對電動機的集電環(huán)、電刷及接觸器腐蝕較大；轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速啟動、機械特性軟，調(diào)速不理想，并且能耗大，效率低。③ 發(fā)電廠列車卸煤重牛變頻調(diào)速系統(tǒng)：重牛傳動系統(tǒng)是兩臺繞線電機共同驅(qū)動一臺絞車，牽引牽車機構(gòu)將車皮拖到規(guī)定的停車位，以便送入翻車機內(nèi)卸煤。由于該系統(tǒng)速度無法調(diào)節(jié)、起停時間無法控制，導(dǎo)致在接、牽車過程中起停過猛，對設(shè)備沖擊較大，無法準(zhǔn)確停車，系統(tǒng)工作效率低，無法投入自動運行。④ 給煤機：由于煤種和磨煤機工況隨時改變，給煤量也是改變的。原給煤機存在：調(diào)速不穩(wěn)定、下煤不均勻。這樣造成磨煤機存煤量變化頻繁，造成磨煤機入口負壓、出口溫度大幅度波動；跑粉、堵煤嚴重。⑤ 給水泵：傳統(tǒng)的鍋爐水位控制系統(tǒng)，給水泵是連續(xù)恒定運行的；其流量的控制是通過調(diào)節(jié)閥或回流支路實現(xiàn)的。存在浪費能源、給水泵振動磨損大、泵壽命短等缺陷。此外，凝結(jié)水泵、低加疏水泵、生活水泵：類似給水泵。還有送風(fēng)機、吸風(fēng)機、暖網(wǎng)熱水泵、灰漿（渣）泵、循環(huán)水泵、運煤系統(tǒng)轉(zhuǎn)運站電機、給粉機、磨煤機等不再贅述。
4 電動機變頻改造的方案
變頻技術(shù)改造或新建，需從實際出發(fā)，全面考慮，綜合比較，并在堅持安全第一、節(jié)能降耗、投資回收期短、系統(tǒng)改動小、空間適宜五項原則的前提下對電廠部分動力變頻改造提出具體方案。目前，這些方案已經(jīng)運用于實際中，效果不錯。
(1) 吸、送風(fēng)機
① 一次接線：采用“一拖一”高-高變頻器、不帶工頻旁路方案。
② 控制原理：采集爐膛負壓、氧量等，進行閉環(huán)控制，實現(xiàn)風(fēng)機轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)，并參與鍋爐大聯(lián)鎖。
(2) 循環(huán)水泵
① 一次接線：采用“一拖二”高-高變頻器、帶工頻旁路方案。
② 控制原理：采集汽輪機調(diào)節(jié)級壓力、大氣壓力、真空以及泵出、入口水溫度；進行模糊協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)泵轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)。
(3) 取煤橋式起重機
變頻器直流制動功能實現(xiàn)大慣量交流拖動系統(tǒng)，利用控制器，進行正反方向的六種速度-恒速控制。
(4) 發(fā)電廠列車卸煤重牛
① 一次接線：“一拖一”不帶工頻方案。
② 控制原理：兩臺變頻器分別控制兩臺電機，通過設(shè)定不同的加減速時間，實現(xiàn)軟啟動、軟停車；根據(jù)工作階段，設(shè)定相應(yīng)檔位速度及方向，使?fàn)寇囀冀K處于高效率且平穩(wěn)的運行中。
(5) 灰漿泵
選用6kV高-高變頻器。采用的是“一拖三”方案。
控制原理：采集渣泵前池的液位、密封水壓力進行水位閉環(huán)調(diào)節(jié)控制。
5 結(jié)語
(1) 電動機變頻改造是發(fā)電企業(yè)節(jié)能降耗的有效途徑之一。據(jù)統(tǒng)計，若部分適合改造的輔助機按照合理方案全部進行變頻改造，125MW×2機組和300MW×2機組年節(jié)約電費為400萬元和1000萬元（0.3元/kW?h）。
(2) “一拖N”方案是最近一個時期變頻器改造的有效合理方案。根據(jù)不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以演化出更多的合理方案，如：“M拖N”等。
(3) 變頻調(diào)速系統(tǒng)有其特殊性，需要綜合考慮怎樣防止電磁干擾、防止電機的溫升，以及減小高次諧波的寄生電容，減小變頻器的強電磁感應(yīng)和靜電偶合等問題。
(4) 變頻調(diào)速是電氣傳動系統(tǒng)工程，而變頻器僅僅是其中的一部分。變頻器容量的選擇、電氣保護回路和控制回路的設(shè)計關(guān)系到變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用的可靠、安全以及經(jīng)濟性。
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