变频器在火力发电厂中的应用

摘要：为了降低火电厂的能源消耗，根据了变频器原理和特点，在火力力发电厂进行高低压变频改造，并从设计的角度提出了一些需要注意的问题。火力发电厂中应用变频器，可降低发电厂的厂用电率，提高机组的运行性能。

关键词：节能；变频器；凝结水泵；除氧器水位

Abstract: In order to reduce the energy consumption of thermal power plants, according to the inverter principle and characteristics of high and low voltage frequency transformation in fire power plants, and made a number of issues that need attention from a design standpoint. Frequency converter, power plant power plants can reduce the power consumption rate, improve the operating performance of the unit.

Keywords: energy saving; inverter; condensate pump; deaerator water level

中图分类号：TM621文献标识码： A 文章编号：

我国人口大，底子薄，所以节约是我国的基本国策。节能降耗是国家的长远方针。厂用电率已成为发电厂考核的重要指标，直接关系到电厂的经济效益和企业竞争力。而风机、水泵类辅机的变速调节所起到的节能效果可显著地降低厂用电和发电成本，因此选择合适的高压低压厂用电动机调速系统成为电厂节能工作的当务之急。随着机组总装机容量的增加及负荷峰谷的拉大，对机组的调峰能力要求越来越高，机组运行状态必须根据电网负荷需求变化而不断变化这两者在客观上都要求辅机能够变速调节工况，以满足电厂的实际生产工艺需求。而且，厂用电动机的故障，约有15%是由启动时的大电流及对绕组上的过大电磁力直接引起的而调峰运行引起的电机启停次数的增多，更增加了设备的故障率，缩短了检修周期和设备的使用寿命，增加了检修费用和人力成本，由此造成的经济损失也相当可观。随着变频器在各行各业的深入应用取得了令人瞩目成绩，也获得了显著节能效果、经济效益、环境效益和社会效益电厂的发电煤耗。我国许多电厂对辅机设备进行了变频改造的尝试，在火电厂的给粉机、给煤机、疏水泵等和一些高压大功率的设备方面得到了广泛应用。

一、变频器节能原理

1、变频节能

为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。电机不能在满负荷下运行，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费，在压力偏高时，可降低电机的运行速度，使其在恒压的同时节约电能。当电机转速从N1变到N2时，其电机轴功率（P）的变化关系如下：P2／P1=（N2/N1）3，由此可见降低电机转速可得到立方级的节能效果。

2、动态调整节能

迅速适应负载变动，供给最大效率电压。变频调速器在软件上设有5000次/秒的测控输出功能，始终保持电机的输出高效率运行。

3、通过变频自身的V/F功能节电

在保证电机输出力矩的情况下，可自动调节V/F曲线。减少电机的输出力矩，降低输入电流，达到节能状态。

4、变频自带软启动节能

在电机全压启动时，由于电机的启动力矩需要，要从电网吸收7倍的电机额定电流，而大的启动电流即浪费电力，对电网的电压波动损害也很大，增加了线损和变损。采用软启动后，启动电流可从0--电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击，节约了电费，也减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。

5、提高功率因数节能

电动机由定子绕组和转子绕组通过电磁作用而产生力矩。绕组由于其感抗作用。对电网而言，阻抗特性呈感性，电机在运行时吸收大量的无功功率，造成功率因数很低。采用变频节能调速器后，由于其性能已变为：AC－－DC－－AC，在整流滤波后，负载特性发生了变化。变频调速器对电网的阻抗特性呈阻性，功率因数很高，减少了无功损耗。由于转速n与频率f之间为线性关系，从理论上分析调速范围在0～100%内，线性度都很好，因此变频调速是当今调速应用的生力军，随着科学技术的不断发展，高电压大功率半导体器件的出现，高压变频器应运而生，使发电厂高耗能大型辅机的调速运行成为现实，从而可省去由于阀门、挡板节流等带来的功率损失，达到节能的目的，同时满足电网需要，提高了发电企业的经济效益。对于水泵，由流体动力学理论可以知道，流量与转速的一次方成正比，扭矩与转速二次方成正比，而泵的功率则与转速的三次方成正比。用n、N分别表示转速和功率,脚标“0”均表示额定工况参数。当流量由额定值Q0降至Q时，与额定功率N0比较，采用转速调节的电机的功耗为：N=(n/n0)3N0

当流量由100%降到70%，则转速相应降到70%，而电机的功耗降到34.3%N0，也就是节约电能65.7%。扣除阀门调节时的功耗与额定功耗的差、转速下降引起电机的效率下降等因素，节电效果也是非常显著的。

二、适用范围及具体实例

火力发电机辅机，有两种状态，一是需要调节的风机、泵类平方转矩负载（引风机、送风机、凝结水泵）；二是不需要调节的恒转矩负载（球磨机、输煤皮带等）。

风机电机采用变频控制，原因主要有以下几点：节能；软启动；控制方便变频节能。例如：锅炉引风机，送风机、排粉机．一次风机、烟气再循环风机等这类风机的运行方式都是连续的，不间断的，随负荷的变化要经常进行调整的，其调节频率是频繁的。这一运行方式就要求所采用的变频器应具有瞬停再启动功能和飞车启动功能。一拖一自动的优点是可以在运行中进行变频与工频的互切，完全适应风机运行方式需要。

汽机的给水泵和凝结水泵运行方式是一运行一备用.当运行泵发生故障时，备用泵自启并投入运行。运行中需要根据负荷进行频繁调节，根据这一运行特点则要求所采用的变频器具有瞬停再启动功能、飞车启动功能和工变频互切功能。为降低成本采用一托二的方式，具体接线如图：

a．正常运行方式。正常运行时，如1号泵运行在变频调速状态下，电源通过QS1至变频器，再通过QS2输出至1号凝泵电机。此时2号凝泵电机备用。

b．一台泵发生故障情况的运行方式。当变频控制的T作泵或相应的电机出现异常需停机时，可通过DSC组态工频启动备用泵。

c．当一段厂用母线失电后的运行方式。变频器段供失电后，自动启动备用泵。

d．变频器发生故障需长期退出运行时的运行方式。当变频器发生故障，短期不能恢复运行时，可方便地将QS3、QS6、连锁2台泵进行工频工作(断开QS1、QS2，QS4、QS5)，变频器可以退出维修。

三、结束语

综上所述，应该采用变频器应用于火力发电厂的电机进行改造，发挥变频调速设备尤其是高压变频器显著的节能效果，可以降低发电厂的厂用电率；发挥变频调速设备优异的调速性能，可以提高发电厂设备控制精度，减少电动机和出口阀门的磨损。所以合理而正确的选择变频器，满足各系统的各种运行工况，是保证火力发电厂直接空冷系统长期可靠稳定运行的重要条件。

参考文献：

[1]郭市君．泵与风机[M]．北京：水利电力出版社，1992．

[2]吴剑恒．俞金树．蔡振威．变频控制在热电厂凝泵中的应用[J]．能源技术，2007，28(4)：244—248．

[3]叶金勤．吴剑恒．一用一备凝泵变频控制的策略分析及效果[J]．节能，2007，26(8)：43—45．

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