發(fā)電廠電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)
“八五”、“九五”期間，國(guó)家電力事業(yè)得到了迅猛發(fā)展。隨著裝機(jī)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(gè)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(jiǎn)單、啟動(dòng)電流小、功率因數(shù)及效率較高、調(diào)速特性優(yōu)良、保護(hù)功能完善、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制等優(yōu)良特性，成為當(dāng)今電氣拖動(dòng)系統(tǒng)的佼佼者。
1 變頻調(diào)速方案介紹
由于電機(jī)電壓、變頻器輸入電壓等級(jí)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)系統(tǒng)。表1為三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較。
表1
(2) 高壓（6kV）電動(dòng)機(jī)改造
方案一：高-高方式，輸入6kV，輸出0～6kV，電動(dòng)機(jī)及負(fù)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(diǎn)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(tái)變頻器拖動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。② “一拖二”方式，指一臺(tái)變頻器任意拖動(dòng)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)中的一臺(tái)。③ “一拖N”方式，指一臺(tái)變頻器任意拖動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的一臺(tái)。
以三臺(tái)灰渣泵變頻調(diào)速系統(tǒng)為例，對(duì)上述三種拖動(dòng)方式的投資回收期進(jìn)行比較。假設(shè)用一臺(tái)變頻器進(jìn)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(diǎn)是投資回收期大大縮短，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)更明顯，但缺點(diǎn)是一次接線、控制系統(tǒng)及運(yùn)行操作相對(duì)復(fù)雜。
表3
3 電廠部分輔機(jī)運(yùn)行狀況簡(jiǎn)介
① 供油泵：一般兩臺(tái)機(jī)組公用，配有三臺(tái)供油泵。其運(yùn)行方式：機(jī)組運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)供油泵保持運(yùn)行、兩臺(tái)備用。但規(guī)程要求一臺(tái)泵長(zhǎng)期運(yùn)行，以維持燃油的正常循環(huán)。這種運(yùn)行方式缺點(diǎn)是：浪費(fèi)能源；燃油長(zhǎng)期高速流動(dòng)、儲(chǔ)油罐溫度偏高，造成嚴(yán)重的安全隱患；供油管路長(zhǎng)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(hù)工作量。② 橋式起重機(jī)：用于堆煤場(chǎng)，將煤從煤場(chǎng)抓放到運(yùn)煤皮帶或從輪船抓放到運(yùn)煤皮帶上。其電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)一般為交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。由于工作環(huán)境差，粉塵和有害氣體對(duì)電動(dòng)機(jī)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(dòng)、機(jī)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(dòng)系統(tǒng)是兩臺(tái)繞線電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)一臺(tái)絞車，牽引牽車機(jī)構(gòu)將車皮拖到規(guī)定的停車位，以便送入翻車機(jī)內(nèi)卸煤。由于該系統(tǒng)速度無法調(diào)節(jié)、起停時(shí)間無法控制，導(dǎo)致在接、牽車過程中起停過猛，對(duì)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(dòng)運(yùn)行。④ 給煤機(jī)：由于煤種和磨煤機(jī)工況隨時(shí)改變，給煤量也是改變的。原給煤機(jī)存在：調(diào)速不穩(wěn)定、下煤不均勻。這樣造成磨煤機(jī)存煤量變化頻繁，造成磨煤機(jī)入口負(fù)壓、出口溫度大幅度波動(dòng)；跑粉、堵煤嚴(yán)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(yùn)行的；其流量的控制是通過調(diào)節(jié)閥或回流支路實(shí)現(xiàn)的。存在浪費(fèi)能源、給水泵振動(dòng)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(jī)、吸風(fēng)機(jī)、暖網(wǎng)熱水泵、灰漿（渣）泵、循環(huán)水泵、運(yùn)煤系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)站電機(jī)、給粉機(jī)、磨煤機(jī)等不再贅述。
4 電動(dòng)機(jī)變頻改造的方案
變頻技術(shù)改造或新建，需從實(shí)際出發(fā)，全面考慮，綜合比較，并在堅(jiān)持安全第一、節(jié)能降耗、投資回收期短、系統(tǒng)改動(dòng)小、空間適宜五項(xiàng)原則的前提下對(duì)電廠部分動(dòng)力變頻改造提出具體方案。目前，這些方案已經(jīng)運(yùn)用于實(shí)際中，效果不錯(cuò)。
(1) 吸、送風(fēng)機(jī)
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(fù)壓、氧量等，進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)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(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力、大氣壓力、真空以及泵出、入口水溫度；進(jìn)行模糊協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)泵轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)。
(3) 取煤橋式起重機(jī)
變頻器直流制動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)大慣量交流拖動(dòng)系統(tǒng)，利用控制器，進(jìn)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(tái)變頻器分別控制兩臺(tái)電機(jī)，通過設(shè)定不同的加減速時(shí)間，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、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(yùn)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(jìn)行水位閉環(huán)調(diào)節(jié)控制。
5 結(jié)語
(1) 電動(dòng)機(jī)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(jì)，若部分適合改造的輔助機(jī)按照合理方案全部進(jìn)行變頻改造，125MW×2機(jī)組和300MW×2機(jī)組年節(jié)約電費(fèi)為400萬元和1000萬元（0.3元/kW?h）。
(2) “一拖N”方案是最近一個(gè)時(shí)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(jī)的溫升，以及減小高次諧波的寄生電容，減小變頻器的強(qiáng)電磁感應(yīng)和靜電偶合等問題。
(4) 變頻調(diào)速是電氣傳動(dòng)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(hù)回路和控制回路的設(shè)計(jì)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(jì)性。
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