高壓變頻器在火力發(fā)電廠送風機上的應用

1、34 2010 年第 2 期高壓變頻器在火力發(fā)電廠送風機上的應用陳義中武漢工程大學研究設計院(430073The Application of High-voltage inverter in the Blower of the Power PlantChen YizhongWuhan University of technology術,以其顯著的節(jié)能效益、精確的調速精度、寬闊的調速范圍、完善的電力電子保護功能,以及易于實現(xiàn)的自動通信功能,使之成為企業(yè)首選采用的電機節(jié)能方式。1 傳統(tǒng)擋板調風存在的問題火力發(fā)電廠在生產(chǎn)過程中,當發(fā)電負荷發(fā)生變化時,需要對鍋爐燃燒工況進行調整,目前是通過改變擋板的

2、開度來改變鍋爐的給風量進行調節(jié),這種調節(jié)方式存在著:1.1 浪費電能設計時許多變動負載電機一般按最大需求來考慮選取電動機的容量,故設計裕量偏大,而在實際運行中,輕載運行的時間所占比例卻非常高,不得不關小風門進行節(jié)流調節(jié)。風機擋板開度一般在35%60%左右1,在節(jié)流過程中,風機特性曲線不變,轉速不變,僅靠關小風門,人為增加管道阻力來減小流量,大量能源浪費在克服擋風板阻力上,風機效率低下。1.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度差由于風門的擋板開度與流量的非線性關系,加上執(zhí)行機構機械傳動間隙的影響,擋板開度調節(jié)既不靈敏又不精確,無法實現(xiàn)流量的快速、準確調節(jié)。1.3 節(jié)流調節(jié)運行費用大在節(jié)流調節(jié)方式中,風機長期

3、處于高速、大摘 要:闡述了發(fā)電廠風機傳統(tǒng)風門調節(jié)存在的問題和變頻調速節(jié)能的基本原理,通過單元串聯(lián)型高壓變頻器在某火電廠送風機上的應用實例,分析了采用高壓變頻器的實際節(jié)能效果,指出了采用高壓變頻器應該注意的事項。 關鍵詞:風機 高壓變頻器 變頻調速 節(jié)能Abstract: The existing problem of the traditionalthrottle control of the coal-fired power plant and basic principle of frequency-control to save energy were described. The pr

4、actical effectiveness of energy-saving by application of HV frequency-control was presented through an example that a series of HV frequency convertors were connected to the blower fan of power plant. Furthermore, matters needing attantion while using HV frequency-control were pointed out.Keywords:

5、Blower fan HV Frequency convertor Energy-saving隨著電力行業(yè)改革的不斷深化,國家電改方案對電廠的成本控制提出了要求,降低內部電耗成為電廠關注焦點。風機是火力發(fā)電廠最主要的耗電設備之一,且容量大,耗電多,約占廠用量的25%30%1,加上這些設備都是長期連續(xù)和常常處于低負荷及變負荷運行狀態(tài),其經(jīng)濟運行直接關系到廠用電率的高低。如果采用高壓變頻器對風機進行變頻調速,從而實現(xiàn)對風量的調節(jié)以滿足負荷的變動,這樣既能滿足生產(chǎn)要求,又可節(jié)約大量電能。高壓交流變頻調速技術是上世紀90年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動調速技2010 年第 2 期 35負載下運行,消

6、耗電能大,維護工作繁重,設備壽命短,并且運行現(xiàn)場噪聲大。2 高壓變頻器的應用及效益分析某電廠的廠用電約占到發(fā)電量8%,其中引、送風機的用電就達到2.5%以上,為降低廠用電率指標,以實現(xiàn)節(jié)能降耗、增強自身的市場競爭力的目的,電廠對兩臺與2×100M W 燃煤發(fā)電機組配置的兩臺型號為Y K K560-6、功率900kW 、電壓等級6kV 并列運行的送風機進行了變頻調速節(jié)能改造,分別在1號爐1號送風機、2號爐2號送風機安裝了H A RSV ERT-1系列功率單元串聯(lián)型高壓變頻器。設備運行以來,運行穩(wěn)定可靠,取得了很好的經(jīng)濟效益。2.1 變頻調速及節(jié)能的基本原理由異步電動機轉速n =(1-s

7、 ×60f 1/p 可知,電動機的轉速n 與電源的頻率f 1成正比,當改變電源頻率f 1時,電動機的轉速n 也隨之而改變,達到調節(jié)轉速的目的。在變頻調速時,要求在調速范圍內轉矩不變。因此在調節(jié)頻率f 1時,根據(jù)M =C m m I 2cos 2,必須保持磁通m 不變。因為如果主磁通m 的數(shù)值增大,將會引起磁路飽和而使激磁電流增大,從而降低電動機的功率因數(shù)。如果主磁通m 減小,電源I 2不變的情況下,電磁轉矩減小,電機出力下降,而m 又是由電源電壓和電源頻率兩個因素來決定的即:U 1E 1=4.44f 1W 1K W1m可以看出:U 1/f 1E 1/f 1=4.44W 1K W1m(

8、1式中:E 1定子相電勢; K W1定子繞組系數(shù); W 1定子繞組每極匝數(shù);m 每極磁通;其中:W 1、K W1常數(shù)。由(1式可知,只要控制好電動勢和頻率,便可達到控制磁通的目的。變頻時,應使定子的感應電動勢與頻率成正比例地變化,即必須變頻裝置中獲得電壓、頻率均可調節(jié)的供電電源,實現(xiàn)電動機無級調速。對離心式風機而言,按照流體機械的相似規(guī)律,輸出風量Q 與轉速n 成正比;輸出壓力H 與轉速n 2成正比;輸出軸功率P 與轉速n 3成正比?？傻贸?Q 1/Q 2=n 1/n 2 H 1/H 2=(Q 1/Q 22P 1/P 2=(Q 1/Q 23(2采用變頻調速調節(jié)風量,當所需風量減少,風機轉速降低

9、時,其功率按轉速的三次方下降,因此,節(jié)電效果非?？捎^。變頻調速時,當風機轉速低于額定轉速時,理論節(jié)電(kWh 為: E =1-(n /n 3P T (3式中:n 額定轉速, n 實際轉速,P 額定轉速時電動機功率, T 工作時間。圖1為采用風門擋板調節(jié)和變速調節(jié)方式時,各自的風機的效率-流量曲線,從圖1可知在風機的的流量由100%下降到50%時,變速調節(jié)時風機的效率平均高出30%以上。從節(jié)能觀點來看,變速調速方式為最佳調節(jié)方式。2.2 節(jié)能評價變頻調速改造后,我們對設備運行情況進行了跟蹤記錄。典型工況為連續(xù)運行,以1h 為單位,考核1h 內各段負荷在同工況(出口風壓相同、制粉系統(tǒng)運行方式相同情

10、況下,工頻運行和變頻運行時的節(jié)能效果。表1和表2為1號、2號爐送風機總耗電的比較,表3為典型工況連續(xù)運行三圖1 不同調節(jié)方式下風機的效率2010風量%風機效率%變頻調節(jié)風機效率風門調節(jié)風機效率36 2010 年第 2 期天送風機節(jié)能情況。表1 1號爐送風機總耗電比較負荷 MW 708090100制粉系統(tǒng) 套單套運行單套運行單套運行單套運行送出口風壓 kpa4.8/55/5 4.7/4.3工頻耗電 kw·h 88297210261098變頻耗電 kw·h 720756810828耗電比較 kw·h162216216270表2 2號爐送風機總耗電比較負荷 MW 708

11、090100制粉系統(tǒng) 套單套運行單套運行單套運行單套運行送出口風壓 kpa4.3/55/55/4.6工頻耗電 kw·h 95498210261062變頻耗電 kw·h 725746774810耗電比較 kw·h229236252252表3 送風機節(jié)能情況(單位:萬kW·h (1按照單位小時節(jié)能情況分析:概算按各個負荷段的平均數(shù)計算,1號爐每小時節(jié)約電能216kW·h ,2號爐每小時節(jié)約電能242.25kW·h ,全天雙機運行共節(jié)約電能1.0998萬kW·h 。以年發(fā)電量完成12億kW·h ,日完成電量400萬kW&

12、#183;h ,全年雙機運行300天計算,兩臺送風機全部技改后,全年可節(jié)約電能329.94萬kW·h ,按現(xiàn)電價0.35元/kW·h 計算,一年可節(jié)約電費115.47萬元。(2按照送風機連續(xù)運行三天節(jié)能情況分析:安裝兩臺送風機變頻后,全年可節(jié)約電能263.52萬kW·h ,按現(xiàn)電價0.35元/kW·h 計算,一年可節(jié)約電費92.23萬元。上述兩結論數(shù)據(jù)基本相近,說明以上數(shù)據(jù)真實可信,總體上可看出,本次變頻改造節(jié)能效益巨大。(3投資回收年限估算。兩臺變頻器總投資費用,包括安裝費和土建費用約380萬左右,則需4年左右時間回收,如果考慮到節(jié)省系統(tǒng)維護的費用及系

13、統(tǒng)運行可靠性的提高,綜合經(jīng)濟效益更高,投資回收年限更短。2.3 對其它設備的影響送風機采用高壓變頻器調速后,大大降低了電耗,風機系統(tǒng)的運行工況也明顯改善,有以下幾個優(yōu)點:1、提高了風機的自動控制能力。實現(xiàn)風門全開,不再需人工手動調整風門。風機實行自動調節(jié),可控性提高了,響應速度加快,控制精度也提高了,運行和維護工作量降低。2、有效地減輕了葉輪和軸承的磨損,延長設備使用壽命,大大改善了起動性能,電動機實現(xiàn)了真正的軟起動、軟停止,降低了電動機的故障率。3、降低噪音。當轉速降低50%時,噪音減少十多個分貝,降噪相當可觀。3 高壓變頻器調速注意事項3.1 可靠性方面的考慮鍋爐的安全運行是全廠安全的根本

14、保證,所以高壓變頻器需要有很高的可靠性,一旦出現(xiàn)問題,必須確保鍋爐安全供氣。所以,必須實現(xiàn)工頻及變頻運行的切換(旁路功能。如果在生產(chǎn)過程中,采用手動切換能滿足設備運行工藝要求,建議盡量不要選用自動旁路。3.2 變頻器輸入諧波對電網(wǎng)的影響在火電廠輔機上采用高壓變頻技術時,要考慮變頻系統(tǒng)高次諧波對供電系統(tǒng)的影響,以避免對電廠自動化控制系統(tǒng)的干擾,應采用諧波分量小的高性能變頻器。3.3 變頻器輸出波形對電動機的影響如果變頻器輸出波形質量不好的話,會對電動機產(chǎn)生不良影響,諧波會引起電動機附加發(fā)熱和轉矩脈動,噪聲增加,輸出dv/dt 和共模電壓會影響電動機的絕緣。3.4 變頻器運行環(huán)境影響高壓變頻器系統(tǒng)

15、體積相對較大,選擇變頻器室位置,既要考慮離電動機設備不能太遠,又要2010 年第 2 期 37考慮周圍環(huán)境對變頻器運行可能造成的影響。安裝變頻器室的室內溫度要求最好在040,同時室內不應有較大灰塵,腐蝕或爆炸性氣體或導電粉塵等。4 結論通過高壓變頻器在火電廠送風機的應用實踐證明,火力發(fā)電廠送風機采用高壓變頻器調速技術是必要的、可能的,且節(jié)能效果好,適合于火電廠風機的變頻調速。雖然高壓變頻器調速裝置的一次投資較大,但它所帶來的回報是巨大的、長期的,建議大力推廣使用。參 考 文 獻1 電力節(jié)能技術叢書編委會,火力發(fā)電廠節(jié)能技術M.北京:中國電力出版社,2008,152,159.(收稿日期:2009

16、-03-29作者簡介:陳義中,男,1976年生,湖北天門人,助理工程師。異步起動永磁同步電動機實驗分析與探討李 紅1 邱小華2 王中泉21. 廣東工業(yè)大學信息學院(5100062. 廣東美芝制冷設備有限公司(528333Test and Analysis of Line-start Permanent Magnet Synchronous MotorsLi Hong Qiu Xiaohua Wang ZhongquanFaculty of Information Engineering, Guangdong University of TechnologyGuangdong Meizhi Co

17、mpressor Limited就運行特征而言,異步起動永磁同步電動機是一種像異步電動機一樣直接起動,又穩(wěn)定運行于同步轉速的電動機。就結構特點而言,異步起動永磁同步電動機定子和異步電動機一樣,轉子則不同,同時擁有鼠籠繞組和永磁體。鼠籠繞組為電動機提供起動轉矩,也稱為起動繞組,永磁體則為電動機提供工作磁場。異步起動永磁同步電動機轉子鐵心的截面圖如圖1。經(jīng)過近20年的發(fā)展,尤其是因為高性能永磁摘 要:介紹了2極2.45kW 異步起動永磁同步電動機的設計與試驗結果,重點闡述了定子齒磁密和軛磁密之間的關系,提出了控制定子齒磁密和軛磁密,減小鐵心損耗、減小鐵心損耗設計值和試驗值的誤差的方法。結果鐵心損耗

18、與機械損耗之和從288W 減小到69W ,鐵心損耗與機械損耗之和的設計值與試驗值的誤差從181.8%減小到11.6%。 關鍵詞:異步起動永磁同步電動機 鐵心損耗 誤差 齒磁密 軛磁密Abstract: The design and the test of a line-start permanent magnet synchronous motor of 2-pole 2.45kW was introduced. The relationship of the tooth ux density and the yoke flux density of the motor was analyzed. A method was presented to control the tooth ux density and the yoke ux density in order to reduce the iron loss and the error, whic