發(fā)電廠高壓電機節(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 廠實施的變頻改造，改造后節(jié)能效果顯著。
關鍵詞：變頻；節(jié)能降耗；原理；應用
中圖分類號：TM301 文獻標識碼：A 文章編號：1007—6921(2009)22—0096—02
1 存在的問題
豐鎮(zhèn)發(fā)電廠為單機200MW國產(chǎn)發(fā)電機組，電機容量設計在發(fā)電機滿負荷時還有10％～15％的 余量。年負荷率不到75％（一般在150MW運行）工況下運行，所以運行經(jīng)濟性能差，2008年 上半年綜合廠用電率達9.89%，供電煤耗383g/kW·h。針對以上問題，將高壓變頻技術應用 在風機和泵類等流量的調(diào)節(jié)中，起到了節(jié)能降耗的作用。
2 高壓變頻技術原理簡介
高壓變頻器是利用電力半導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）、制動單元、驅(qū)動單元、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的轉(zhuǎn)速，由公式n=60f/p(n—同步轉(zhuǎn) 速；f—電源頻率；p—電機的極對數(shù))可知：p值不是一個連續(xù)數(shù)值（為2的倍數(shù)）所以一般 不適合通過改變該值來調(diào)整電機的速度。但f能夠在電機的外面調(diào)節(jié)，再供給電機，且與n成 正比關系，這樣電機的旋轉(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， 就作為電機調(diào)速設備的優(yōu)選。
當然，如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時會使電機出于過電壓（過勵磁），導致電 機可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓。輸出頻率在額定頻率以 上時，電壓卻不可以繼續(xù)增加，最高只能是等于電機的額定電壓。
當電機開始運轉(zhuǎn)時，變頻器的輸出電流、變頻器驅(qū)動時的起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用 工頻電源驅(qū)動電機時的值，在工頻電源驅(qū)動電機時，其啟動和加速沖擊電流都很大，為額定 電流的6～7倍。而使用變頻器供電時，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的，所以 電機啟動電流和沖擊要小些，啟動電流為額定電流的1.2～1.5倍，啟動轉(zhuǎn)矩為70%～120%額 定轉(zhuǎn)矩，從而降低了能耗，增加了電機的使用壽命。
根據(jù)流體力學原理，風機或泵類設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，當流量減少10%時，則相應降 低電機轉(zhuǎn)速，電機功耗可降低30%，采用變頻調(diào)速改變電動機的轉(zhuǎn)速，從而改變風機或泵的 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，采用變頻調(diào)節(jié)后，管道 系統(tǒng)的阻力能保持在使風機或泵工作的高效率點，減少因風機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，改變電機轉(zhuǎn)速來滿足實際負載需要，從而代替原來工 頻運行的擋板或閥門調(diào)節(jié)控制方式，以達到節(jié)能的目的。采用變頻調(diào)速后，電動機轉(zhuǎn)軸與負 載直接相連，但電動機不再由電網(wǎng)直接供電，而是由變頻器供電，變頻器通過改變電動機的 供電頻率改變電機轉(zhuǎn)速，因此可以實現(xiàn)相當寬的頻率范圍內(nèi)無級調(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，異步電動機轉(zhuǎn)速變?yōu)閚=60f(1-s)/p，其中f 為變頻器輸出頻率，s為異步電動機轉(zhuǎn)差率，p為電動機極對數(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），通過一系列的技術處理， 在變頻器的輸出端子間產(chǎn)生三相對稱的交流電壓。就可以通過調(diào)整此電壓的頻率來控制高壓 電機的輸出功率。
3 豐鎮(zhèn)發(fā)電廠高壓變頻器改造及應用
3.1 高壓電機參數(shù)及變頻器配置情況
豐鎮(zhèn)發(fā)電廠變頻改造高壓電機參數(shù)見表1所示。
3號～6號機組每臺機組2臺引風機、2臺送風機、2臺一次風機電機采用一拖一方式加裝 變頻 裝置。即每臺電機加裝１臺變頻器；對2臺凝升泵電機采用一拖二方式加裝變頻裝置，即每 臺機組2臺凝升泵電機加裝１臺變頻器，正常１臺變頻運行，１臺工頻備用。
3.2 改造前后能耗比較
變頻器的運行頻率和電機轉(zhuǎn)速成正比，拿凝升泵某一負荷段閥門開度X舉例，工頻運行時耗 能 E=1.732×6 000Icos∮（I—實際電流；cos∮—功率因素），經(jīng)過變頻改造后在該負荷段變 頻大概運行頻率應該為50X(Hz)，即變頻器在該負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，即該負荷段變頻改造后預計節(jié)能P i=E-P-10%Pe。根據(jù)以上公式，對各具體負載年節(jié)能預算如下。
3.2.1 引風機節(jié)能。工頻運行參數(shù)（額定電流201A）見表2所示。
200MW負荷時由于電廠摻煨煤擋板全開，變頻器改造不節(jié)能。
150MW負荷時節(jié)能量：
Pi=1 325-939=386kW（節(jié)能比i=Pi/E=37%）
130MW負荷時節(jié)能量：
Pi=1148-569=580 kW（i=50.5%）
100MW負荷時節(jié)能量：
Pi=1060-334=726 kW（i=68.5%）
以有效時間計算引風機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臺機組1a節(jié)約電量約為：
700萬kW·h×4＝2 800萬kW·h。
3.2.2 送風機節(jié)能。工頻運行參數(shù)(額定電流56A)見表3所示。
3.2.2.1 夏天節(jié)能計算：
200MW負荷時因之前工頻擋板全開，無變頻節(jié)能（i=0%)；
150MW負荷時節(jié)能量：
Pi=338-142=196 kW（i=58.0%）
100MW負荷時節(jié)能量：
Pi=281-57=224kW（i=79.7%）
以有效時間計算引風機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)能計算：
200MW負荷時節(jié)能量：
Pi=417.8-320.8=97 kW（i=23.2%）
150MW負荷時節(jié)能量：
Pi=337.5-100.5 =237 kW（i=70.2%）
100MW負荷時節(jié)能量
Pi=281-57=224kW（i=79.7%）
以有效時間計算引風機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%。
送風機年節(jié)電率為(44.1%+58.7%)/2=51.4%，4臺機組1a就節(jié)約電量約201萬kW·h×4＝8 04萬kW·h。
3.3 一次風機節(jié)能
工頻運行參數(shù)(額定電流140A)見表4所示。
200MW負荷時節(jié)能量：
Pi=714-395=319 kW（i=44.7%）
150MW負荷時節(jié)能量：
Pi=625-238=387 kW（i=61.9%）
100MW負荷時節(jié)能量：
Pi=535-188=347 kW（i=64.8%）
以有效時間計算一次風機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臺機組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
工頻運行參數(shù)(額定電流41.3A)見表5所示。
200MW負荷時節(jié)能量：Pi=244-81=163 kW（i=66.8%）
150MW負荷時節(jié)能量：Pi=225-59=166 kW（i=65.0%）
100MW負荷時節(jié)能量：Pi=216-39=177kW（i=81.9%）
以有效時間計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臺機組1a節(jié)約電量約60萬kW·h×4＝240萬kW·h。
4 結束語
2008年豐鎮(zhèn)發(fā)電廠對3號～6號機組32臺轉(zhuǎn)機實施了變頻節(jié)能改造，共安裝變頻器28臺，一次 性投資3 453萬元。通過分析計算每年可節(jié)電約5 452萬kW·h，按0.3元/kW·h計算，每年不 但增加利潤1 635.6元，而且廠用電率下降0.5～0.8個百分點。投資回收期2.17a，節(jié)能 效果明顯。
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