高壓斬波內饋調速在聊城電廠的應用

1、高壓斬波內饋調速在聊城電廠的應用發(fā)布時間：2009-11-2    發(fā)布者：保定北方調速有限公司 · 前言    隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展和電力系統(tǒng)商業(yè)化運營及競價上網(wǎng)的實施，發(fā)電企業(yè)挖掘內部潛力，節(jié)能降耗日顯重要。發(fā)電企業(yè)輔機配置容量余度較大是一個普遍問題。另外，電力供應飽和，發(fā)電機組的調峰任務逐步加大。因此，推行輔機電機調速節(jié)能勢在必行。電機調速不僅可以節(jié)能降耗，還可以避免調峰時電機的頻繁啟停，降低電機故障率及延長電機使用年限，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。    山東聊城熱電有限公司（

2、原聊城發(fā)電廠）是第一個在全國電力行業(yè)采用斬波內饋交流調速的企業(yè)，繼1997年在#2爐乙送風機（300KW /4P-6KV）產(chǎn)品成功運行之后，先后在其它輔機上采用斬波內饋調速，經(jīng)過長時間的實踐運行，產(chǎn)品可靠性及性能得到檢驗，收到了顯著的節(jié)能（35-52%）效果和經(jīng)濟效益。斬波內饋調速在我廠的輔機應用如表1所示。表1        斬波內饋調速應用情況一覽表 （6KV）序號設備名稱容量KW極數(shù)調速范圍最大節(jié)能%1送風機3004800-145043%2引風機6306507-98542%3送風機7108421-74534%4循環(huán)水泵

3、125012320-48555%5循環(huán)水泵125012320-48557%1斬波內饋交流調速系統(tǒng)構成1.1  調速控制裝置構成；（1）    調速控制裝置型號為KRH-2；（2）    起動柜、斬波柜、逆變柜（3）    具有就地控制：啟動、停止、調速、全速切換功能；具有遠方控制；（4）    DCS自動控制接口，轉速指令信號4-20mA，轉速輸出信號4-20mA，自動/手動，調速控制ID信號。12  斬波內饋調速電機   

4、內饋調速電機的安裝尺寸與原電機相同，并與斬波控制裝置成為并聯(lián)關系，當調速控制裝置意外故障時，自動保護裝置可以自動將電機切換成恒速運行，不至于造成電機停運，提高了系統(tǒng)的可靠性。2.斬波內饋調速系統(tǒng)基本原理    斬波內饋調速是一種以低壓（通常約為200-500V）控高壓（6KV-10KV）的高效率調速技術，突出特征在于“內饋”與“斬波”兩項高新技術的有機結合。21  內饋調速及其功率控制原理 根據(jù)電機學的理論，電機的轉速與機械功率及電磁轉矩成如下關系： （1）式中： 為機械轉速      

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

6、60; p2 為轉子損耗。公式（2）表明，電機轉速可以通過電磁功率或損耗功率兩種控制獲得調節(jié)。電磁功率控制改變的是理想空載轉速，調速是高效率的；損耗功率控制增大轉速降，調速是低效率的。所有調速方法都歸屬于功率控制原理之中。這一原理便是內饋調速發(fā)明人屈維謙率先提出的“電機調速的功率控制理論”（即P理論）。    由于電磁轉矩在調速穩(wěn)態(tài)時，取決于負載轉矩的大小，當負載轉矩一經(jīng)為客觀的工況所確定之后，電磁轉矩就隨之被決定了，因此，電磁轉矩不僅與調速控制無關，而且不能隨意改變。動態(tài)轉矩對轉速的作用只表現(xiàn)在調速的過渡過程中，轉矩的變化是功率控制和轉速響應滯后的結果，在一定的

7、功率控制作用下，動態(tài)轉矩隨轉速響應自動減小，直至新的負載平衡時為零。因此，電機轉速只能通過功率控制來實現(xiàn)。    內饋調速是基于轉子的高效率電磁功率控制調速，通過將轉子的部分功率（即電轉差功率）移出來，使轉子的凈電磁功率發(fā)生改變，于是根據(jù)P理論，電機轉速就相應得到控制。為了獲得高性能的調速，加強電機調速的內因，內饋調速在電機定子上另外設置了內饋繞組，用來接受電轉差功率，有源逆變器使內饋繞組工作在發(fā)電狀態(tài)，通過電磁感應將功率反饋給電機定子。使定子的有功功率基本與機械輸出功率相平衡，內饋調速因此而得名。與變頻調速相比，斬波內饋調速只是控制對象不同，兩者遵循的是同一原理

8、，因此并不存在本質的區(qū)別。      圖1斬波內饋功率圓圖及系統(tǒng)圖22斬波的作用與意義    斬波器的作用相當于按一定的頻率、周期性地接通和關斷的高速開關?？刂茢夭ǖ恼伎毡龋涂梢詫崿F(xiàn)對逆變電流的控制，也就是控制了反饋到內部內饋繞組的電流和功率，從而實現(xiàn)內饋調速。其意義在于：(1) 使有源逆變器的功率因數(shù)可以高達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。 使內饋電機的定子電流畸變小于5%。(3) 有源逆變器的額定容量僅為電機容量的14.8%， 加上觸發(fā)簡單，使可靠性大為提高。(

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

10、響運行的情況下檢測斬波器和逆變器是否正常，給檢修帶來極大的方便。（4）在集控室實現(xiàn)遠方操作。該方式與本機操作相同，且更加方便；（5）DCS控制方式。遠方操作指令在給定420mA控制信號下實現(xiàn)穩(wěn)定、平滑調速，并在出現(xiàn)斷線故障時能夠保持原來給定轉速，同時發(fā)出斷線報警信號。4.系統(tǒng)可靠性產(chǎn)品的可靠性一般指產(chǎn)品連續(xù)無故障運行時間和抑制故障自動保護能力。主要決定于:1    原理和設計可靠性；2.產(chǎn)品器件的可靠性；3.產(chǎn)品工藝的可靠性41設計原理可靠性    這是非常重要的，特別是調速控制主電路，避免了電力電子器件的串并聯(lián)，實現(xiàn)低壓控制高壓；控

11、制主電路力求簡單，可控電力電子器件盡量少，最大程度地保證產(chǎn)品可靠性。    采用斬波技術使有源逆變器的控制脈沖不再移動，而是鎖定在最小逆變角，因此，可以采取諸如鎖相環(huán)等抗強干擾電路，使有源逆變器的觸發(fā)脈沖非?？煽?，基本解決了有源逆變器可靠性的一大技術難題。 42  故障兼容能力     任何控制設備都不可能有百分之百的完全可靠，提高系統(tǒng)可靠性的關鍵在于提高系統(tǒng)的故障兼容能力。    斬波內饋調速裝置與調速電機恒速運行裝置成為并聯(lián)關系，當調速控制裝置意外故障時，自動保護裝置可以自動將電動機切換成恒

12、速運行，不至于造成電動機停運，此時，電動機只是不能調速而已，可將故障影響縮小到最小限度。    精心設計的DCS接口，全數(shù)字電路，具有256位的數(shù)模轉換，突加給定緩沖，輸入短線不影響調速運行等功能。系統(tǒng)由調速轉全速，不是回到起動狀態(tài)然后再轉入全速，而是自動在當前轉速基礎上平滑加速，待到轉速接近額定值時，自動轉入全速運行。避免了轉換沖擊。 43 電子器件    YQT型斬波內饋調速產(chǎn)品的主要電力電子器件晶閘管選用了進口產(chǎn)品；主要電器產(chǎn)品采用真空接觸器和進口繼電器；電子器件采用PLC 可編程邏輯控制器進行程序控制，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口器件。44 工藝方面     完善地電力電子器件的檢測設備 ；完善的生產(chǎn)工藝和專用設施 ； 精確合理的結構布局等等，都使得斬波內饋調速產(chǎn)品的可靠性對比高壓變頻調速和串級調速都有較大的優(yōu)勢。5、應用情況以下為山東聊城熱電有限責任公司#3循環(huán)泵電機及#3爐風機改造后的測試數(shù)據(jù)。51 3#乙循環(huán)泵電機電機技術參數(shù)原電機：銘牌：Y1250-12/1730       電壓：6KV        額定

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

15、160;     功率：1250KW          額定轉速：495-320轉/分2000年12月在機組滿負荷運行，循環(huán)泵運行實驗原始數(shù)據(jù)工況循環(huán)泵電壓（V）KV循環(huán)泵電流（I）A循環(huán)泵轉速（n）轉/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    試驗結果的分析：    循環(huán)泵運行轉速為380轉/分時，消耗的功率為491.08k

16、w；循環(huán)泵運行轉速為460轉分時，消耗的功率為833.355KW；循環(huán)泵低轉速時，一小時少耗電342.27KW，即機組滿負荷情況下，電機轉速降低17%，但耗電量降低了41%。若電機按每年運行5000小時計算，可節(jié)約約171萬千瓦時。按每度電0.3計算，可節(jié)約資金約51萬元。該循環(huán)泵電機改造費用為112萬元，因此，投資在2年多即可回收。若考慮機組的調峰，節(jié)電效果將會更明顯，投資回收期進一步縮短。52  3#爐風機    2001年5月，山東聊城熱電有限責任公司對#3機組（100MW）甲乙引送四臺風機中的乙送風機、乙引風機進行了內饋改造，現(xiàn)就乙引送風機試驗結

17、果如下：電機參數(shù)：乙引風機電機：YQT2710-8   710KW   電壓6KV          乙送風機電機：YQT2630-6   630KW   電壓6KV乙引風機狀態(tài)機組負荷100MW機組負荷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電機轉速（r/m）748421748474功率（KW）260210213138 乙送風機狀態(tài)機組負荷100MW機組負荷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電機轉速（r/m）985807985507功率（KW）458324274136     由兩臺風機的試驗數(shù)據(jù)可以看出，風機在低速時，節(jié)能效果非常明顯。特別是乙送風機在機組低負荷時，通過合理的調整檔板，可以使功率損耗降低約70%；由于我廠只改造了乙送風機和乙吸風機，甲送風機和甲吸風機為定速