火电厂高压电动机调速节能原理及技术方案分析.pdf

第2 9／ 2 009 年第3期 湖南电力 节能降耗专栏 火电厂高压电动机调速节能原理及技术方案分析 石传光 广东粤华发电有限责任公司，广东 广州5 1 0 7 3 1 摘要介绍火力发 电厂风机和水泵电动机调速控制节能的原理 ，分析 比较 变频调速和 斩波 串级调速的技术特点 ，结合 中山横 门发 电厂 引风机调速节能方案的实例 ，归纳 出选 择调速控制方案时应遵循的原则，选取符合实际情况的调速控制方式。 关键词 高压电动机 ；变频调速 ；斩波 串级调速 ；节能 中图分类号 T M 6 2 1 ； T M 3 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 - 0 1 9 8 2 0 0 9 0 3 - 0 0 5 7 -03 0 引 言 电机拖动系统调速来 自2方面的要求 ，一是生 产工艺上 的要求 ，二是节能的要求 。在交流异步 电 机高效节能调速方面，根据不同用途主要是用变频 调速技术或高频斩波 内反馈 串级调速技术 。变频技 术和斩波 内反馈 串级调速技术两者都 有较高节 电 率 ，但各有优缺点 ，因此 比较在发电厂风机、水泵 类负载的调速节能改造或新机组建设项 目中。选择 何种实施方案对其经济性、安全性和可靠性等方面 都有着重要意义。 1 简述风机和水泵调速节能原理 风机类机械设备主要进行转速控制，以调节风 量、挡板的开 口度等方法完成工艺流程的要求 。利 用调速装置对风机进行转速控制属于减少空气动力 节电方法 ，是一种较好 的节电方式。它和一般常用 的调节风门控制风量方法比较 ，有着明显的节能效 果 。 在供水系统 中，通常是 以流量为控制对 象的。 常见调节流量的方法有阀门控制法和转速控制法。 因此通过电机调速可以很方便实现节能。无论 风机还是水泵类负载 ，控制电动机的转速是实现节 能最有效的手段。根据异步电动机的转速公式 6 o f 1 一 s ／ p可知，要想实现电动机的变转速运 行，只要改变电动机电源频率 电机转差率 s 、 电机极对数P即可。而确定的电机其极数是确定 的，无法做到无级调速，变频调速控制就是通过改 收稿 日 期2 0 0 9 - 0 4 - 2 1 变电源频率，串级调速就是改变电机转差率 s 实现 电机的调速运行。 2 高压变频调速和高频斩波串级调速 的工作原理 2 ． 1 高压变频器调速 系统结构 变频调速技术是在电机供电电源与 电机定子间 加入一个可改变 电机供电电源频率的变流装置 ，典 型系统结构见 图 1 。 氆 母 线 图 1 变频调 速 系统 图 变频器作为主回路的方式有 电压源 和电流源 2 种，目 前国内高压大功率变频器普遍采用 “ 高 一 低 一 高”的电压源型变换形式，由多个功率单元 构成多重化串连的拓扑结构，每个单元输出固定的 低压电平，再由多个单元串连叠加为所需的高压。 三相高压电经输入变压器降压移相给功率单元柜内 的功率单元供电每相功率单元的输出侧由每个单元 的 ， 输出端子相互串接成星型接法直接给高压 电机供电。供电频率的调节由控制器控制各机功率 单元的导通与关闭未完成。这种调速技术特别是低 - 5 7 节能降耗专栏 湖南电力 第2 9 卷／ 2 0 o 9年第3 期 转速时的效率 比其它调速技术有非常 大的技术优 势，远比其它调速技术的效率高。 2 ． 2 高频斩波串级调速的工作原理 串级调速是经典的电机调速方法 ，它通过控制 转子电流，改变电机的转差率进行调速。高频斩波 内反馈调速是在串级调速、内反馈串级调速技术基 础上发展而来的，用 I G B T组成的斩波环节，提高 了功率因数 ，减少了谐波含量 ，调速范围更宽。如 图 2所 示 。 图2 高频斩波内反馈 串级调速 系统图 内反馈调速电机是在标准系列绕线型电动机 的 定子同槽上增设 了 1个反馈绕组。电机定子供给转 子的功率 电磁功率 分为 2部分 大部分变成 机械功率拖动泵与风机负载 ，一小部分成为因转速 差 转子转速与 同步转速 的差 ，比同步转 速低 而产生的转子回路的转差 电功率。通过调节斩波器 改变串人转子回路的等效 电势的大小 ，从而改变转 子电流和转差率 ，达到调节电机转速的 目的。转子 的转差功率又经高频斩波调速装置反馈回内馈电机 的定子反馈绕组而回收 ，从而达到调速和高效节能 的 目的。调速范 围一般为额定转速 以下到 5 0 ％额 定转速或更低 。 2 ． 3 变频调速与高频斩波串级调速的比较 由于变频调速与斩波 串级调速的原理和方法不 同，电机的结构形式也不 同，调速性能及节能效果 分析见表 1 。 3 调速节能实施方案实例 中山横门发电厂原有 2 1 2 5 M W重油、天然 气双燃料汽轮发电机组，厂用电率为6 ％左右，每 台锅炉配置引风机 2台，电动机功率为 7 1 0 k W。 锅炉的引风机采用进风门挡板调节方式 。由于属于 调峰机组，负荷变化大，挡板调节频繁，节流损失 58 表 1 调速性能及节能效果 比较 项 目 变频调速方式 斩波 串级调速方式 调 速 性 能 品 ； 2 筵 藕 蓬 昼 饕 主 ； 电 机 额 性能好 ， 能耗小 节 能 糟 集善 鲁 龛 孑 萼鞔 馨 鍪 言 描曩 置 节 能 效 果 I蓦 1 蓬 篓 妻 ％～ 首 雾 龟 藐 磊 5 ％ 电 机 额 定 功 率 是 霸 枕 到 电 饥 戳 设 备 投 资 鏖 凳 毙 雍 调 速 少 。 。 ～ 。 。 大，增加风机 消耗的功率 ，系统振动大 、噪声大 ， 电动机工作效率很 低 ，能源浪 费严重。为节约 能 源 ，改善锅炉引风机 的工况 ，根据上级公 司技改工 作计划 ，要求对其进行调速节能改造。通过对变频 调速及高频斩波串级调速技术方案分析 ，结合现场 设备及运行情况 ，决定选用高压变频调速节能改造 方案。于 2 0 0 7年 4台引风机变频改造项 目，表 2 为 2号炉改造前后风机工况数据。 表 2 1 1 0 Mw 负荷改造前后引风机工况 塞匾重红 蕉室 丝 曼 整电量 婴 明1 日 J 1号机组 2号机组 1号机组 2号机组1号机2号机 全月累计 7 4 4 7 4 4 ／ ／ 6 8 92 2 0 1 7 06 0 4 平均 2 4 2 4 7 3 ． o 9 7 4 ． 5 3 2 22 3 3 5 5 0 3 由于 2台机组为同型机组 ，工况基本一致 ，为 方便比较 ，选择全月 2台机不停机运行 的 2 0 0 7年 8月份 ，根 据运行 记录 ，每 台机组 各运行 7 4 4 h ， 具体数据见表 3 。2号机 引风机经加装变频器改造 后平均节能率 1 一 5 5 0 3 ／ 2 2 2 3 3 7 5 ． 2 ％。每小 时可节能 1 6 7 3 0 ／ 2 4 6 9 7 k W h ，1年可以节能 6 9 7 8 0 0 05 5 7 6 0 0 k Wh ，直接经济效益 2 9 0 万元，而投入的成本 变频器 建筑 材料 施 工费用 约为 2 2 0万元 ，不到 1年就可以收回改造 成本，经济效益显著，而且极大地改善风机的工 况，设备维护量也大大减少。 2 o 0 9 No ． 3 HUN AN E L E C T RI C P OWE R V o 1 ． 2 9 因此，在建设中应遵循以下原则 1 安全第一 的原则 。选取质量 可靠 的产 品 对系统的稳定运行和减少维护量很重要 。 2 节能降耗的原则。根据设备运行特点选 择合适的调速节能控制方案，并且能较好地改善控 制性能，提高机组整体效益。 3 系统改动最小 的原则 。改造工程应尽 可 能避免更换原有电机 ，减少系统的改动。但是为了 改善电源结构，消除原有系统的不合理因素或设备 选型严重不当等原因，也可进行较大的改造 ，总之 应遵循经济合理的原则。 4 空间适 宜的原则。改造 工程应根据原 系 统安装空间允许的原则考虑，既要满足设备对环境 的要求 ，又要尽可能安装在现有的厂房 ，机房或控 制室等建筑物内，避免增加土建工程。新建机组项 目 则要总体规划好，合理布局。 5 投资经济性好的原则。尽量做到低投入， 高回报 ；对于可以间歇工作的设备 ，如果采用变频 调速 ，可以采用 “ 一拖 Ⅳ”方案降低建造成本。 4 结束语 高压变频和斩波串级调速都属于高效节能调速 技术，各有其优缺点，在进行调速节能方案选取时 要结合实际情况进行取舍。随着 I G B T在变频器及 斩波串级调速系统的应用已逐步成熟，装置的可靠 性不断提高，而生产成本的不断下降，推广高压变 频和斩波串级调速在电厂风机及水系统优化运行中 有十分重要的社会和经济效益 。 参考文献 [ 1 ]宋桂英．内反馈电动机及其调速系统 [ D ] ．天津河北工业 大学 ，2 0 0 0 ． [ 2 ]陈伯时．电力拖动自动控制系统 [ M] ．北京 机械工业出版 杜 。l 9 9 7 ． 3 ]吴 民强．泵与风机节能技术 问答 [ M] ．北京 中国电力出版 社 。1 9 9 8 ． [ 4 ]丁斗章．变频调速技术与系统应用 [ M ] ．北京机械工业 出 版社 ，2 0 0 5 ． 作者简介 石传光 1 9 7 4 一 ，男，汉，广东电白人，电气工程师，本科学 历，从事发电厂电气专业工作。 上接第4 8页 高能氧化锌非线性电阻灭磁 。 2 ． 2 ． 4 起励单元设计 励磁系统采用 2种起励方式 机组残压起励 和 外部辅助电源起励 。采用快速脉冲列技术以实现残 压起励 。在起励过程中，在晶闸管整流桥的输入端 仅需要约 1 02 0 V的电压 即可正常工作 。在 1 0 s 内残压起励失败时，励磁系统可以 自动起动外部辅 助电源起励 回路。这个辅助 电源起励 回路 的目的在 于达到整流桥正 常工作所需要 的 1 0～2 0 V电压。 在机端电压达到额定 电压 的 1 0 ％时，起励 回路将 自动退出，立即开始软起励过程将机端电压建立到 预置的电压值完成其励磁功能。 况表明 ，设计计算提出的励磁变压器容量及二次电 压、功率整流柜及灭磁开关参数等主要设备技术参 数合理， 满足运行要求，特别是对于机组自并励方 式下的融冰运行 ，在实际操作演练 中经受 了检验 ， 满足电厂外送输 电线路融冰方式下的运行需要 。 参考文献 [ 1 ]李基成．现代同步发电机励磁系统设计及应用 [ M] ．北京 中国电力 出版社 ，2 0 0 2 ． [ 2 ]D I ／T 4 9 11 9 9 9，大 中型 水轮 发 电机静止 整流 励磁 系统及装 置运行、检修规程 [ S ] ．北京 中国电力出版社． [ 3 ]熊 尚峰 ，蒋凯． 自并 激励磁方 式对 系统稳定 的影 响 [ J ] ．湖 南电力 ，2 0 0 5， 3 ． 3 结束语 ，女， 工程师，本科，从事水电厂电气设备的技 2 号机组励磁系统改造后投运以来机组开机建 术 管 理 工 作。 压、并网运行，停机灭磁均运行正常，实际运行情 59