高压大容量变频器在发电厂节能改造中的作用

摘 要：论文了高压变频技术的原理，以及电厂关键用电设备的改造，利用实例来论证变频器在发电厂中所发挥的节能作用，分析了高压变频技术为电厂所带来的节能效果和增强电厂经济效益等作用。

【关键词】高压变频器 发电厂 节能改造

我国现阶段工业生产总值逐年稳定上升，但电厂用电设备高能耗却演变成为了电厂经济效益发展的阻碍，针对这一问题，我国尝试大力研发和推广节能项目，希望从根本上降低能耗。当前电力行业正处于改革巩固阶段，许多发电企业迎来了新的历史机遇，在深化改革的同时，发电企业同样面临着巨大挑战，例如最新颁布的厂网分离、竞价上网等政策，使得发发电企业需要经受更为激励的市场竞争，在这样的背景下，发电企业必须在市场竞争中探索节能方法，优化发电工艺，加强用电设备的改造工作，进一步降低发电所需要的成本。

1 高压变频器工作原理

应用于发电厂的高压变频器主要是串联叠加性变频器，它采用了单相多台的逆变器串联，持续为变频变压提供高压交流电。根据电机学理论基础，电机转速公式n=（1一s）60f/p=n。×（1一s），“n”代表电动机实际运行转速；“n。”对应电动机运行同步转速；P则是电机运行产生的极对数；“f”代表电机总体运行频率；“s”表示电动机转差频率。通过这个公式分析得出， 电机同步转速“n。”和电机运行实际频率“（n。=60fp）”为正比，但因为转差频率“s”在通常情况下数值较小，电机实际产生转速“n”约等于电机运行同步转速“n。”，所以通过对供电频率“f”的调节，便可以干预电机实际运行转数。电机转差频率“s”与负载存在直接关联，即负载值越大则转差频率越高，因此电机实际转速依旧会随着负载值增强而产生下滑。

公式：U=4.44f1N1Φm，“U”值不变，磁通“Φm”跟随频率“f”变化而出现波动，“f”和“Φm”呈反比，磁通下降始终伴随着频率的增高，电机做大允许输出力矩出现下滑，因此电机性能出现剩余，为了让电机磁能恒定稳定在理想范围，针对频率的调节要配合电压调节，实现电压“U”与“f”正比例。假设过载能力始终不变，频率“f”和电压“U”跟力矩“T”的关系公式为：T=±m1pU2/4Πf1C[±r1+（x1cx2）]，该公式中“T”对应的是电机最高转矩，p对应电机极对数，m1代表电机绕组产生的相数，U表示电机的电压和电源，“f1”对应电机电源功率，“r1”代表线圈直流电阻在电机中的数值。“x1、x2”分别对应定子漏抗与激磁电抗，最后“C”代表的是电机比例系数。根据该公式得出结果，频率转数与转差不会出现大的波动，电机理想转数在同步转数下进行调速，所以变频器对于功率因数、调速等方面影响较高，可能会发生自动控制闭环的情况。

发电厂风机与泵类之间的负载功率和运行转速关系公式是：P=Kn3，表示风机与泵这种类型的负载情况。电机转速与输出功率的三次方成正比，也就是说让电机减少转速的同时，风机会消耗的电能会根据三次方比例呈现下滑，机组处于低负荷状态时，风机需求小，采取变频器调节后会打开挡板，阻挡和清除了节流阻力，节能效果十分显著。

2 高压变频器的性能特点

近些年来，随着电网负荷峰谷差持续加剧，调峰指令频繁，启停次数超过标准。通常高压电机在启动后，电流额定值是电流6到8倍，频繁启停让电机所经受的冲击转矩很大程度降低了电动机使用寿命，高压电机的损毁概率随之增高。高压变频器可以有效应对这一问题，控制电机的调速范围，能够在零转速与限定转速范围内实现平滑调节，在大电机设备让完成小电流启动方式。与此同时，启动方法和时间还能够按照工况来随时调整，频率的变更则会在电机低频率时让压频比系数对应电压输出；低速状态下的电机，不仅电压低，发热也会得到良好改善，避免了电机绝缘老化的情况，在优化电机运行环境的同时，提高了电机使用寿命。从技术角度来看，因为节约了升降压转换，所以装置损耗也会大幅度降低，增强了装置整体运行效果。

3 高压大容量变频器在发电厂的节能应用

我国目前的电力能源结构比例，火电发电量占总体80%，水发电量占比总体比例的19%，核电仅占不足1%，因此在多数火力发电企业当中，电机组和相关辅助设备的稳定运行与节能显得非常关键。在火力发电厂所使用的动力设备之中，多数为风机水泵，综合现状来看，调峰力度正在与日俱增，火电厂设备负荷范围与变化频率正在增加，所以对于风机水泵流量的调节十分关键。但事实上，因为风机水泵调节方法大多数是控制节流阀，此类调节方法长期造成资源浪费，通过对变频调速技术的应用，资源浪费现象有了明显改观，辅机设备节能效果尤为出众。火电厂对大功率辅机依赖很高，而大功率辅机造成的耗电是非常巨大的，并且时常伴随着电机烧毁的风险。利用变频技术，在实现节能降耗过程中，对高压电机进行软启动，优化电机工作环境。

兰州西固热电厂的冷却塔水量供给依靠循环水泵进行通风，其选用轴流式水泵来控制和调节流量，但效果并不明显，启停水泵十分频繁，对于电厂生产造成了不便，与此同时，循环水与煤这些资源也出现很大的浪费。兰州西固热电厂尝试利用变频器系统改变现状，通过对变频控制的调节，有效降低循环水大量流失的情况，循环水的循环倍率得到显著加强，真空度均数和煤耗也随之减少，确保了机组运行节能。厂方的统计数据显示，应用变频器后，循环水、电力、煤耗等几项总计节约了714万元作用，三个月后便完成了收回变频器投资成本。

另一个实例，北京某发电公司进行机组调峰时，机组负荷长期处于75%左右，吸风机设备的入口采取挡板调节，在负荷满点时，挡板开度呈60%，机组调峰开度仅为40%前后，能量损耗巨大，风机运行效率不理想。该厂引入变频调节后，由变频器运行平稳，调节功能易于设置，节能效果明显，经中国电力科学院所开展的现场试验，机组满负荷状态下运行节能率高于45%，在70%左右的负荷率时可节能率55%，一年电费节约超过100万，节能效果非常可观。

4 结束语

高压辅机的平稳运行以及电机组保持良好工作状态，这对于发电企业来说非常关键，假设这些关键生产设备由于负荷或启停问题而出现故障，极有可能引发机组烧毁或变锅炉熄火等严重事故，发电厂必将因此蒙受损失。因此，本文建议发电厂引入大容量高压变频器，它能够确保电机组设备运行的可靠性，随时可以进行转速调节与控制。此外，发电厂还要注意散热、温差、系统干扰等问题，通过应用高压变频器，发电企业可以收获显著的节能效益，为发电事业营造良好的工作环境。

参考文献

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[3]陈义中.高压变频器在火力发电厂送风机上的应用[J].电机技术2010（02）.

[4]张少军，杜金城.交流调速原理及应用[M].北京中国电力出版社，2003.

作者简介

杜红艳（1976-），女，汉族，陕西省户县人，硕士学历，讲师职称。主要研究方向为电力电子技术。

作者单位

陕西工业职业技术学院 陕西省咸阳市 712000