高壓變頻調速與電廠節(jié)能

1、高壓變頻調速與電廠節(jié)能1、引言根據(jù)我國的電壓等級標準，高壓變頻主要指3kV、6kV、10kV 這幾個電壓等級的變頻器，國內電廠的廠用電電壓一般為6kV、10kV， 功率較大（一般指超過200kW）的電動機基本上都采用高壓電動機， 這些電動機的能耗是電廠用電的主要部分，高壓變頻指的就是這些電 動機的變頻調速。2、電力生產的特殊性電力作為一種產品，與其它產品相比較具有它自身的特殊性。 一般來說普通產品的生產與銷售使用是相對獨立的，產品可以在倉庫 中存儲、周轉，可以預先生產好備用。電力這種產品的生產與消費是 同時完成的，電力幾乎不能存儲，因此電力生產必須是連續(xù)的；電力 生產的多少是根據(jù)用戶的使用情況

2、決定的，因此電力生產的負荷是變 化的。電力產品的這種特點決定了電力生產系統(tǒng)中各種設備的配置就 需要根據(jù)最大生產能力來進行配置，而不能根據(jù)平均的電力需求配置 系統(tǒng)。在電廠中，電力生產的最大生產能力是根據(jù)主機（鍋爐、汽機 和發(fā)電機）的出力決定的，輔機（各種風機、泵及其驅動電動機、電 氣控制調節(jié)系統(tǒng)等）的配置是根據(jù)主機的情況配置的，一般情況下， 在設計過程中均考慮一定的余量，因此造成在實際的運行過程中，多 數(shù)風機和泵的流量需要的調節(jié)。傳統(tǒng)的流量調節(jié)方式是節(jié)流調節(jié)（擋 板、閥門等），存在反應慢、調節(jié)精度低、能耗大等問題，而高壓變 頻因其調節(jié)性能優(yōu)良、節(jié)能效果好等因素，正逐漸被廣泛應用在電廠 中風機、水

3、泵等的流量調節(jié)中。3、變頻節(jié)能在電力生產中的綜合效果根據(jù)流體力學原理，風機或泵類設備的輸出流量與其轉速成 正比，輸出壓力與其轉速的平方成正比，其消耗的功率與其轉速的三 次方成正比。采用變頻調速改變電動機的轉速，從而改變風機或泵的 轉速，以此來調節(jié)流量。在這種調節(jié)方式下，可以將節(jié)流調節(jié)的閥門 或檔板等開度調至最大，減小管道系統(tǒng)的阻力，節(jié)約因克服調節(jié)阻力 而引起的能耗。同時，采用變頻調節(jié)后，管道系統(tǒng)的阻力能保持在使 風機或泵工作的高效率點，減少因風機或泵的效率降低而造成的能耗 損失。從節(jié)能的效果來看，對節(jié)流調節(jié)的變頻改造，產生的節(jié)能效 果并非僅僅是當前所改造的電動機系統(tǒng)的節(jié)能效果，而是并行工作的

4、多臺電動機系統(tǒng)的節(jié)能效果。如果兩臺風機并聯(lián)運行，一臺運行風量 不足，兩臺運行時則需要進行節(jié)流調節(jié)，往往是兩臺風機同時都進行 風門調節(jié)，對其中一臺進行變頻改造后，則兩臺風機都可以運行在風 門全開的狀態(tài)下，這樣產生的節(jié)能效果即為節(jié)流調節(jié)時兩臺風門的能 耗。電廠的節(jié)能，更重要的是體現(xiàn)在系統(tǒng)效率的提高。在沒有進 行變頻調節(jié)時，電廠的循環(huán)水泵一般采用多極電機，根據(jù)季節(jié)調整電 機接線，改變電機的極對數(shù)來改變電動機轉速從而調節(jié)循環(huán)水流量， 或者是根據(jù)季節(jié)調整并聯(lián)運行的電動機和泵的運行臺數(shù)來調節(jié)循環(huán) 水流量，這種調節(jié)操作簡單，但調節(jié)精度低。采用變頻調節(jié)時，如果 根據(jù)循環(huán)水的實時出水溫度調節(jié)循環(huán)水流量，將凝汽器

5、的過冷度調節(jié) 在一個最優(yōu)的范圍內，提高鍋爐運行的整體效率，這樣節(jié)能效果更加 突出。要利用變頻調節(jié)調節(jié)精度高，操作方便的特點，優(yōu)化控制系統(tǒng)， 提高系統(tǒng)效率。4、電力生產對高壓變頻的要求由于電力生產的特殊性，電力生產對應用高壓變頻有很高的 要求。首先要求高壓變頻具有很高的可靠性，主要包含幾方面的內 容：對電網(wǎng)電壓波動的適應能力，即能夠在較大的電網(wǎng)電 壓波動范圍內正常工作，這個范圍一般是-20%+10%；電網(wǎng)重合閘后繼續(xù)運行的能力，即在電網(wǎng)瞬時失電， 恢復供電后變頻器不能停止運行，要能夠記憶并快速恢復至失電前的 運行狀態(tài)；具備冗余設計，即允許變頻裝置局部故障，不影響其 它部分的運行，能夠在局部故障的

6、狀態(tài)下繼續(xù)運行；能夠在線維護，即在變頻裝置連續(xù)運行的情況下排除 局部故障；諧波小，這包括變頻器對電網(wǎng)的影響即輸入電流諧波 和變頻器對電動機的影響即輸出的電壓、電流諧波；（6）其次要求高壓變頻使用方便：尺寸較小，可靠墻安裝，對安裝場地的要求低；高壓電纜安裝方便，控制接口齊全，易于實現(xiàn)集散控制；維護簡單，使用壽命長。（7）在滿足上述要求的前提下，還要求高壓變頻裝置具有 高的性能價格比。5、電力生產中變頻節(jié)能的各個環(huán)節(jié)及節(jié)能效果電力生產的設備中可以進行變頻改造的設備是很多的，例如 1臺300MW火力發(fā)電機組一般配置引風機2臺，單臺功率2500kW；送 風機2臺，單臺功率1600kW；排粉風機4臺，單

7、臺功率850kW；再循 環(huán)風機2臺，單臺功率475kW；鍋爐給水泵2臺，單臺功率5600kW； 循環(huán)水泵3臺，單臺功率1100kW；凝結水泵2臺，單臺功率1000kW 等。這些風機水泵都需要根據(jù)運行的負荷情況進行流量調節(jié)，因此都 有節(jié)能的空間，只是不同的情況下節(jié)能的效果有差異而已。一般來說，對節(jié)流調節(jié)方式進行變頻改造，風機的節(jié)能效果 比泵的節(jié)能效果好，這主要是因為風機基本上是無靜壓系統(tǒng)，流量基 本上和轉速成比例，因此功率就是和流量的三次方成比例這種關系； 泵類系統(tǒng)靜壓較高，不適用流量和轉速成比例的原則，在低轉速的情 況下，流量為零，功率的計算應為流量乘以壓力，而不能使用功率和 流量的三次方成比

8、例的關系。根據(jù)高壓變頻再國內的使用情況來看，進行凝結水泵高壓變 頻改造的情況最多，這主要是因為凝結水泵的運行可靠性要求較低， 短時停止運行不會影響整個機組的正常運行，同時凝結水泵一般為一 開一備，即使變頻故障需要停機維修也不會對機組運行造成大的影響。 從節(jié)能的角度講，因為凝結水隨機組負荷變化而變化較大，因此從節(jié) 流調節(jié)改為變頻調節(jié)，節(jié)能效果比較明顯，從實際使用的效果來看， 節(jié)電率甚至可達50%。其次引風機的變頻改造較多，節(jié)能效果也很 明顯，一般節(jié)電率為3050%。送風機、循環(huán)水泵、灰漿泵的變頻 改造也較多，給水泵的高壓變頻改造很少，幾乎沒有，這可能是因為 給水泵功率大、可靠性要求極高，節(jié)能效果

9、不太明顯幾方面的原因。6、高壓變頻應用時應注意的問題高壓變頻器選用一般可以根據(jù)電動機的額定功率或額定電 流來配置相應的變頻裝置。在選用變頻器時根據(jù)估算的使用功率來選 配變頻器是不合適的。這是因為采用變頻器以后所消耗的電功率是在 轉速降低的情況下得出的，根據(jù)變頻器設計的原則，為了維持氣隙磁 通量基本不變，應使定子端電壓和頻率成比例地調節(jié)，轉速（即頻率） 降低的情況下，變頻器地輸出電壓也相應地降低，定子電流變化較小。 按照使用功率選用的變頻器額定電流是在50Hz、額定電壓時的功率， 其額定電流較小。這樣選用的變頻器在實際使用過程中容易出現(xiàn)過電 流故障，因此不建議這種選配方法。高壓變頻器選用的功率元

10、器件都是半導體器件，使用時的溫 度限制很嚴格，過溫的情況下很容易損壞元器件，因此使用環(huán)境要求 充分考慮通風和降溫措施，采用室外循環(huán)通風時尤其要考慮進風通道 的設計。在使用過程中，維護好通風和降溫設備是保證變頻器正常工作的一項重要工作。7、高壓變頻技術現(xiàn)狀高壓變頻技術的主要方式有直接元器件串聯(lián)方式、三點平方 式和單元串聯(lián)多電平方式等電路拓撲型式。單元串聯(lián)多電平方式的高 壓變頻技術因其諸多特點而在國內得到快速發(fā)展并得到用戶的普遍 認可。當前國內的單元串聯(lián)多電平高壓變頻技術從控制方式的實現(xiàn)形 式上來說主要有兩種：采用智能化單元的多處理器方式和集中控制的 單處理器方式。（1）多處理器方式的變頻器每個功

11、率單元均為智能化單元，單元擁有自己的處理器，實 現(xiàn)單元中的逆變控制、單元中各種狀態(tài)量的檢測和保護、接收外部指 令和輸出狀態(tài)等任務。主控制器中的處理器主要完成和用戶的人機接 口以及協(xié)調所有功率單元的一致工作。整套裝置為多處理器共同工作， 功能模塊化，容錯能力強，技術先進，可靠性高。（2）單處理器方式的變頻器此種變頻器中主控制器實現(xiàn)并協(xié)調所有單元的逆變工作，完 成與其它系統(tǒng)的接口，工作量大，對單元來說僅僅作為主控制器的執(zhí) 行機構，容錯能力差，單元的測量和保護動作較慢。這兩種方式的高壓變頻技術在國內均有廠家推出產品，應用 的情況也不錯。采用智能化單元的廠家實現(xiàn)了單元的主動投切和單元 在線更換功能，進一步提高了系統(tǒng)連續(xù)可靠運行的能力。8、結束語高壓變頻經過十多年的發(fā)展，技術已經成熟，尤其是單元串 聯(lián)