高壓斬波內(nèi)饋調(diào)速在聊城電廠的應(yīng)用

1、高壓斬波內(nèi)饋調(diào)速在聊城電廠的應(yīng)用發(fā)布時(shí)間：2009-11-2    發(fā)布者：保定北方調(diào)速有限公司 · 前言    隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展和電力系統(tǒng)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)及競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的實(shí)施，發(fā)電企業(yè)挖掘內(nèi)部潛力，節(jié)能降耗日顯重要。發(fā)電企業(yè)輔機(jī)配置容量余度較大是一個(gè)普遍問(wèn)題。另外，電力供應(yīng)飽和，發(fā)電機(jī)組的調(diào)峰任務(wù)逐步加大。因此，推行輔機(jī)電機(jī)調(diào)速節(jié)能勢(shì)在必行。電機(jī)調(diào)速不僅可以節(jié)能降耗，還可以避免調(diào)峰時(shí)電機(jī)的頻繁啟停，降低電機(jī)故障率及延長(zhǎng)電機(jī)使用年限，給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。    山東聊城熱電有限公司（

2、原聊城發(fā)電廠）是第一個(gè)在全國(guó)電力行業(yè)采用斬波內(nèi)饋交流調(diào)速的企業(yè)，繼1997年在#2爐乙送風(fēng)機(jī)（300KW /4P-6KV）產(chǎn)品成功運(yùn)行之后，先后在其它輔機(jī)上采用斬波內(nèi)饋調(diào)速，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐運(yùn)行，產(chǎn)品可靠性及性能得到檢驗(yàn)，收到了顯著的節(jié)能（35-52%）效果和經(jīng)濟(jì)效益。斬波內(nèi)饋調(diào)速在我廠的輔機(jī)應(yīng)用如表1所示。表1        斬波內(nèi)饋調(diào)速應(yīng)用情況一覽表 （6KV）序號(hào)設(shè)備名稱容量KW極數(shù)調(diào)速范圍最大節(jié)能%1送風(fēng)機(jī)3004800-145043%2引風(fēng)機(jī)6306507-98542%3送風(fēng)機(jī)7108421-74534%4循環(huán)水泵

3、125012320-48555%5循環(huán)水泵125012320-48557%1斬波內(nèi)饋交流調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成1.1  調(diào)速控制裝置構(gòu)成；（1）    調(diào)速控制裝置型號(hào)為KRH-2；（2）    起動(dòng)柜、斬波柜、逆變柜（3）    具有就地控制：?jiǎn)?dòng)、停止、調(diào)速、全速切換功能；具有遠(yuǎn)方控制；（4）    DCS自動(dòng)控制接口，轉(zhuǎn)速指令信號(hào)4-20mA，轉(zhuǎn)速輸出信號(hào)4-20mA，自動(dòng)/手動(dòng)，調(diào)速控制ID信號(hào)。12  斬波內(nèi)饋調(diào)速電機(jī)   

4、內(nèi)饋調(diào)速電機(jī)的安裝尺寸與原電機(jī)相同，并與斬波控制裝置成為并聯(lián)關(guān)系，當(dāng)調(diào)速控制裝置意外故障時(shí)，自動(dòng)保護(hù)裝置可以自動(dòng)將電機(jī)切換成恒速運(yùn)行，不至于造成電機(jī)停運(yùn)，提高了系統(tǒng)的可靠性。2.斬波內(nèi)饋調(diào)速系統(tǒng)基本原理    斬波內(nèi)饋調(diào)速是一種以低壓（通常約為200-500V）控高壓（6KV-10KV）的高效率調(diào)速技術(shù)，突出特征在于“內(nèi)饋”與“斬波”兩項(xiàng)高新技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。21  內(nèi)饋調(diào)速及其功率控制原理 根據(jù)電機(jī)學(xué)的理論，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與機(jī)械功率及電磁轉(zhuǎn)矩成如下關(guān)系： （1）式中： 為機(jī)械轉(zhuǎn)速      

5、; PM  為機(jī)械功率       T  為電磁轉(zhuǎn)矩又，根據(jù)能量守恒，有（2）因此                               （3）其中：Pem 為電磁功率，    

6、60; p2 為轉(zhuǎn)子損耗。公式（2）表明，電機(jī)轉(zhuǎn)速可以通過(guò)電磁功率或損耗功率兩種控制獲得調(diào)節(jié)。電磁功率控制改變的是理想空載轉(zhuǎn)速，調(diào)速是高效率的；損耗功率控制增大轉(zhuǎn)速降，調(diào)速是低效率的。所有調(diào)速方法都?xì)w屬于功率控制原理之中。這一原理便是內(nèi)饋調(diào)速發(fā)明人屈維謙率先提出的“電機(jī)調(diào)速的功率控制理論”（即P理論）。    由于電磁轉(zhuǎn)矩在調(diào)速穩(wěn)態(tài)時(shí)，取決于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩一經(jīng)為客觀的工況所確定之后，電磁轉(zhuǎn)矩就隨之被決定了，因此，電磁轉(zhuǎn)矩不僅與調(diào)速控制無(wú)關(guān)，而且不能隨意改變。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩對(duì)轉(zhuǎn)速的作用只表現(xiàn)在調(diào)速的過(guò)渡過(guò)程中，轉(zhuǎn)矩的變化是功率控制和轉(zhuǎn)速響應(yīng)滯后的結(jié)果，在一定的

7、功率控制作用下，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速響應(yīng)自動(dòng)減小，直至新的負(fù)載平衡時(shí)為零。因此，電機(jī)轉(zhuǎn)速只能通過(guò)功率控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。    內(nèi)饋調(diào)速是基于轉(zhuǎn)子的高效率電磁功率控制調(diào)速，通過(guò)將轉(zhuǎn)子的部分功率（即電轉(zhuǎn)差功率）移出來(lái)，使轉(zhuǎn)子的凈電磁功率發(fā)生改變，于是根據(jù)P理論，電機(jī)轉(zhuǎn)速就相應(yīng)得到控制。為了獲得高性能的調(diào)速，加強(qiáng)電機(jī)調(diào)速的內(nèi)因，內(nèi)饋調(diào)速在電機(jī)定子上另外設(shè)置了內(nèi)饋繞組，用來(lái)接受電轉(zhuǎn)差功率，有源逆變器使內(nèi)饋繞組工作在發(fā)電狀態(tài)，通過(guò)電磁感應(yīng)將功率反饋給電機(jī)定子。使定子的有功功率基本與機(jī)械輸出功率相平衡，內(nèi)饋調(diào)速因此而得名。與變頻調(diào)速相比，斬波內(nèi)饋調(diào)速只是控制對(duì)象不同，兩者遵循的是同一原理

8、，因此并不存在本質(zhì)的區(qū)別。      圖1斬波內(nèi)饋功率圓圖及系統(tǒng)圖22斬波的作用與意義    斬波器的作用相當(dāng)于按一定的頻率、周期性地接通和關(guān)斷的高速開關(guān)?？刂茢夭ǖ恼伎毡?，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變電流的控制，也就是控制了反饋到內(nèi)部?jī)?nèi)饋繞組的電流和功率，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)饋調(diào)速。其意義在于：(1) 使有源逆變器的功率因數(shù)可以高達(dá)0.9，且恒定不變。(2) 逆變電流的諧波有效值可以降低到移相控制的15%左右。 使內(nèi)饋電機(jī)的定子電流畸變小于5%。(3) 有源逆變器的額定容量?jī)H為電機(jī)容量的14.8%， 加上觸發(fā)簡(jiǎn)單，使可靠性大為提高。(

9、4) 附加電源容量亦為電機(jī)容量的14.8%，對(duì)于內(nèi)饋調(diào)速電機(jī)，可大大減小內(nèi)饋繞組所占的鐵心空間，簡(jiǎn)化工藝，降低成本。3.斬波內(nèi)饋調(diào)速系統(tǒng)的控制及運(yùn)行方式由于系統(tǒng)調(diào)速范圍及運(yùn)行特性的需要，設(shè)置了頻敏變阻器啟動(dòng)和調(diào)速停止方式。（1）啟動(dòng)時(shí)，直接控制高壓開關(guān)柜，電機(jī)經(jīng)頻敏啟動(dòng)，可以減小啟動(dòng)電流并增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。（2）調(diào)速運(yùn)行時(shí)，直流回路存在較大的電磁能量，如果直接停電，將產(chǎn)生過(guò)電壓使可控硅損壞。所以調(diào)速停車時(shí)，設(shè)置的邏輯控制會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)到全速后再停車。事故停電有斷電和過(guò)壓保護(hù)，防止了設(shè)備的損壞。（3）該調(diào)速設(shè)備可以在不停機(jī)的情況下自檢。即設(shè)備可在全速運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，可以用低電壓小電流模擬調(diào)速運(yùn)行，這樣可在不影

10、響運(yùn)行的情況下檢測(cè)斬波器和逆變器是否正常，給檢修帶來(lái)極大的方便。（4）在集控室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方操作。該方式與本機(jī)操作相同，且更加方便；（5）DCS控制方式。遠(yuǎn)方操作指令在給定420mA控制信號(hào)下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、平滑調(diào)速，并在出現(xiàn)斷線故障時(shí)能夠保持原來(lái)給定轉(zhuǎn)速，同時(shí)發(fā)出斷線報(bào)警信號(hào)。4.系統(tǒng)可靠性產(chǎn)品的可靠性一般指產(chǎn)品連續(xù)無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間和抑制故障自動(dòng)保護(hù)能力。主要決定于:1    原理和設(shè)計(jì)可靠性；2.產(chǎn)品器件的可靠性；3.產(chǎn)品工藝的可靠性41設(shè)計(jì)原理可靠性    這是非常重要的，特別是調(diào)速控制主電路，避免了電力電子器件的串并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)低壓控制高壓；控

11、制主電路力求簡(jiǎn)單，可控電力電子器件盡量少，最大程度地保證產(chǎn)品可靠性。    采用斬波技術(shù)使有源逆變器的控制脈沖不再移動(dòng)，而是鎖定在最小逆變角，因此，可以采取諸如鎖相環(huán)等抗強(qiáng)干擾電路，使有源逆變器的觸發(fā)脈沖非?？煽浚窘鉀Q了有源逆變器可靠性的一大技術(shù)難題。 42  故障兼容能力     任何控制設(shè)備都不可能有百分之百的完全可靠，提高系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵在于提高系統(tǒng)的故障兼容能力。    斬波內(nèi)饋調(diào)速裝置與調(diào)速電機(jī)恒速運(yùn)行裝置成為并聯(lián)關(guān)系，當(dāng)調(diào)速控制裝置意外故障時(shí)，自動(dòng)保護(hù)裝置可以自動(dòng)將電動(dòng)機(jī)切換成恒

12、速運(yùn)行，不至于造成電動(dòng)機(jī)停運(yùn)，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)只是不能調(diào)速而已，可將故障影響縮小到最小限度。    精心設(shè)計(jì)的DCS接口，全數(shù)字電路，具有256位的數(shù)模轉(zhuǎn)換，突加給定緩沖，輸入短線不影響調(diào)速運(yùn)行等功能。系統(tǒng)由調(diào)速轉(zhuǎn)全速，不是回到起動(dòng)狀態(tài)然后再轉(zhuǎn)入全速，而是自動(dòng)在當(dāng)前轉(zhuǎn)速基礎(chǔ)上平滑加速，待到轉(zhuǎn)速接近額定值時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)入全速運(yùn)行。避免了轉(zhuǎn)換沖擊。 43 電子器件    YQT型斬波內(nèi)饋調(diào)速產(chǎn)品的主要電力電子器件晶閘管選用了進(jìn)口產(chǎn)品；主要電器產(chǎn)品采用真空接觸器和進(jìn)口繼電器；電子器件采用PLC 可編程邏輯控制器進(jìn)行程序控制，最大限度減小繼電器數(shù)量，

13、產(chǎn)品可靠性得到提高。全部集成電路芯片均采用進(jìn)口器件。44 工藝方面     完善地電力電子器件的檢測(cè)設(shè)備 ；完善的生產(chǎn)工藝和專用設(shè)施 ； 精確合理的結(jié)構(gòu)布局等等，都使得斬波內(nèi)饋調(diào)速產(chǎn)品的可靠性對(duì)比高壓變頻調(diào)速和串級(jí)調(diào)速都有較大的優(yōu)勢(shì)。5、應(yīng)用情況以下為山東聊城熱電有限責(zé)任公司#3循環(huán)泵電機(jī)及#3爐風(fēng)機(jī)改造后的測(cè)試數(shù)據(jù)。51 3#乙循環(huán)泵電機(jī)電機(jī)技術(shù)參數(shù)原電機(jī)：銘牌：Y1250-12/1730       電壓：6KV        額定

14、電流：153A            功率：1250KW               額定轉(zhuǎn)速：495轉(zhuǎn)/分改后電機(jī)：銘牌：YQT1250-12/1730    電壓：6KV      額定電流：148A      &#

15、160;     功率：1250KW          額定轉(zhuǎn)速：495-320轉(zhuǎn)/分2000年12月在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，循環(huán)泵運(yùn)行實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)工況循環(huán)泵電壓（V）KV循環(huán)泵電流（I）A循環(huán)泵轉(zhuǎn)速（n）轉(zhuǎn)/分循環(huán)泵功率因數(shù)（cos）循環(huán)泵消耗功率（Pxh）Kw6883800.537491.0861124600.716833.335    試驗(yàn)結(jié)果的分析：    循環(huán)泵運(yùn)行轉(zhuǎn)速為380轉(zhuǎn)/分時(shí)，消耗的功率為491.08k

16、w；循環(huán)泵運(yùn)行轉(zhuǎn)速為460轉(zhuǎn)分時(shí)，消耗的功率為833.355KW；循環(huán)泵低轉(zhuǎn)速時(shí)，一小時(shí)少耗電342.27KW，即機(jī)組滿負(fù)荷情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低17%，但耗電量降低了41%。若電機(jī)按每年運(yùn)行5000小時(shí)計(jì)算，可節(jié)約約171萬(wàn)千瓦時(shí)。按每度電0.3計(jì)算，可節(jié)約資金約51萬(wàn)元。該循環(huán)泵電機(jī)改造費(fèi)用為112萬(wàn)元，因此，投資在2年多即可回收。若考慮機(jī)組的調(diào)峰，節(jié)電效果將會(huì)更明顯，投資回收期進(jìn)一步縮短。52  3#爐風(fēng)機(jī)    2001年5月，山東聊城熱電有限責(zé)任公司對(duì)#3機(jī)組（100MW）甲乙引送四臺(tái)風(fēng)機(jī)中的乙送風(fēng)機(jī)、乙引風(fēng)機(jī)進(jìn)行了內(nèi)饋改造，現(xiàn)就乙引送風(fēng)機(jī)試驗(yàn)結(jié)

17、果如下：電機(jī)參數(shù)：乙引風(fēng)機(jī)電機(jī)：YQT2710-8   710KW   電壓6KV          乙送風(fēng)機(jī)電機(jī)：YQT2630-6   630KW   電壓6KV乙引風(fēng)機(jī)狀態(tài)機(jī)組負(fù)荷100MW機(jī)組負(fù)荷60MW定速狀態(tài)低速狀態(tài)定速狀態(tài)低速狀態(tài)擋板開度（%）4144.52427電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/m）748421748474功率（KW）260210213138 乙送風(fēng)機(jī)狀態(tài)機(jī)組負(fù)荷100MW機(jī)組負(fù)荷60MW定速狀態(tài)低速狀態(tài)定速狀態(tài)低速狀態(tài)擋板開度（%）84933948電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/m）985807985507功率（KW）458324274136     由兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，風(fēng)機(jī)在低速時(shí)，節(jié)能效果非常明顯。特別是乙送風(fēng)機(jī)在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，通過(guò)合理的調(diào)整檔板，可以使功率損耗降低約70%；由于我廠只改造了乙送風(fēng)機(jī)和乙吸風(fēng)機(jī)，甲送風(fēng)機(jī)和甲吸風(fēng)機(jī)為定速