高壓變頻器在火力發(fā)電廠送風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

1、34 2010 年第 2 期高壓變頻器在火力發(fā)電廠送風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用陳義中武漢工程大學(xué)研究設(shè)計(jì)院(430073The Application of High-voltage inverter in the Blower of the Power PlantChen YizhongWuhan University of technology術(shù),以其顯著的節(jié)能效益、精確的調(diào)速精度、寬闊的調(diào)速范圍、完善的電力電子保護(hù)功能,以及易于實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)通信功能,使之成為企業(yè)首選采用的電機(jī)節(jié)能方式。1 傳統(tǒng)擋板調(diào)風(fēng)存在的問題火力發(fā)電廠在生產(chǎn)過程中,當(dāng)發(fā)電負(fù)荷發(fā)生變化時(shí),需要對鍋爐燃燒工況進(jìn)行調(diào)整,目前是通過改變擋板的

2、開度來改變鍋爐的給風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié),這種調(diào)節(jié)方式存在著:1.1 浪費(fèi)電能設(shè)計(jì)時(shí)許多變動(dòng)負(fù)載電機(jī)一般按最大需求來考慮選取電動(dòng)機(jī)的容量,故設(shè)計(jì)裕量偏大,而在實(shí)際運(yùn)行中,輕載運(yùn)行的時(shí)間所占比例卻非常高,不得不關(guān)小風(fēng)門進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)。風(fēng)機(jī)擋板開度一般在35%60%左右1,在節(jié)流過程中,風(fēng)機(jī)特性曲線不變,轉(zhuǎn)速不變,僅靠關(guān)小風(fēng)門,人為增加管道阻力來減小流量,大量能源浪費(fèi)在克服擋風(fēng)板阻力上,風(fēng)機(jī)效率低下。1.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度差由于風(fēng)門的擋板開度與流量的非線性關(guān)系,加上執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械傳動(dòng)間隙的影響,擋板開度調(diào)節(jié)既不靈敏又不精確,無法實(shí)現(xiàn)流量的快速、準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。1.3 節(jié)流調(diào)節(jié)運(yùn)行費(fèi)用大在節(jié)流調(diào)節(jié)方式中,風(fēng)機(jī)長期

3、處于高速、大摘 要:闡述了發(fā)電廠風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)風(fēng)門調(diào)節(jié)存在的問題和變頻調(diào)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(fēng)機(jī)上的應(yīng)用實(shí)例,分析了采用高壓變頻器的實(shí)際節(jié)能效果,指出了采用高壓變頻器應(yīng)該注意的事項(xiàng)。 關(guān)鍵詞:風(fēng)機(jī) 高壓變頻器 變頻調(diào)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(nèi)部電耗成為電廠關(guān)注焦點(diǎn)。風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電廠最主要的耗電設(shè)備之一,且容量大,耗電多,約占廠用量的25%30%1,加上這些設(shè)備都是長期連續(xù)和常常處于低負(fù)荷及變負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài),其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行直接關(guān)系到廠用電率的高低。如果采用高壓變頻器對風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速,從而實(shí)現(xiàn)對風(fēng)量的調(diào)節(jié)以滿足負(fù)荷的變動(dòng),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(diào)速技術(shù)是上世紀(jì)90年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動(dòng)調(diào)速技2010 年第 2 期 35負(fù)載下運(yùn)行,消

6、耗電能大,維護(hù)工作繁重,設(shè)備壽命短,并且運(yùn)行現(xiàn)場噪聲大。2 高壓變頻器的應(yīng)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(fēng)機(jī)的用電就達(dá)到2.5%以上,為降低廠用電率指標(biāo),以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、增強(qiáng)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(jī)組配置的兩臺型號為Y K K560-6、功率900kW 、電壓等級6kV 并列運(yùn)行的送風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻調(diào)速節(jié)能改造,分別在1號爐1號送風(fēng)機(jī)、2號爐2號送風(fēng)機(jī)安裝了H A RSV ERT-1系列功率單元串聯(lián)型高壓變頻器。設(shè)備運(yùn)行以來,運(yùn)行穩(wěn)定可靠,取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。2.1 變頻調(diào)速及節(jié)能的基本原理由異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n =(1-s

7、 ×60f 1/p 可知,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n 與電源的頻率f 1成正比,當(dāng)改變電源頻率f 1時(shí),電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n 也隨之而改變,達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。在變頻調(diào)速時(shí),要求在調(diào)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)矩不變。因此在調(diào)節(jié)頻率f 1時(shí),根據(jù)M =C m m I 2cos 2,必須保持磁通m 不變。因?yàn)槿绻鞔磐╩ 的數(shù)值增大,將會(huì)引起磁路飽和而使激磁電流增大,從而降低電動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)矩減小,電機(jī)出力下降,而m 又是由電源電壓和電源頻率兩個(gè)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(dòng)勢和頻率,便可達(dá)到控制磁通的目的。變頻時(shí),應(yīng)使定子的感應(yīng)電動(dòng)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(diào)節(jié)的供電電源,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)無級調(diào)速。對離心式風(fēng)機(jī)而言,按照流體機(jī)械的相似規(guī)律,輸出風(fēng)量Q 與轉(zhuǎn)速n 成正比;輸出壓力H 與轉(zhuǎn)速n 2成正比;輸出軸功率P 與轉(zhuǎn)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(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量,當(dāng)所需風(fēng)量減少,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低

9、時(shí),其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降,因此,節(jié)電效果非?？捎^。變頻調(diào)速時(shí),當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速時(shí),理論節(jié)電(kWh 為: E =1-(n /n 3P T (3式中:n 額定轉(zhuǎn)速, n 實(shí)際轉(zhuǎn)速,P 額定轉(zhuǎn)速時(shí)電動(dòng)機(jī)功率, T 工作時(shí)間。圖1為采用風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)方式時(shí),各自的風(fēng)機(jī)的效率-流量曲線,從圖1可知在風(fēng)機(jī)的的流量由100%下降到50%時(shí),變速調(diào)節(jié)時(shí)風(fēng)機(jī)的效率平均高出30%以上。從節(jié)能觀點(diǎn)來看,變速調(diào)速方式為最佳調(diào)節(jié)方式。2.2 節(jié)能評價(jià)變頻調(diào)速改造后,我們對設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行了跟蹤記錄。典型工況為連續(xù)運(yùn)行,以1h 為單位,考核1h 內(nèi)各段負(fù)荷在同工況(出口風(fēng)壓相同、制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式相同情

10、況下,工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行時(shí)的節(jié)能效果。表1和表2為1號、2號爐送風(fēng)機(jī)總耗電的比較,表3為典型工況連續(xù)運(yùn)行三圖1 不同調(diào)節(jié)方式下風(fēng)機(jī)的效率2010風(fēng)量%風(fēng)機(jī)效率%變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)效率風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)效率36 2010 年第 2 期天送風(fēng)機(jī)節(jié)能情況。表1 1號爐送風(fēng)機(jī)總耗電比較負(fù)荷 MW 708090100制粉系統(tǒng) 套單套運(yùn)行單套運(yùn)行單套運(yùn)行單套運(yùn)行送出口風(fēng)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(fēng)機(jī)總耗電比較負(fù)荷 MW 708

11、090100制粉系統(tǒng) 套單套運(yùn)行單套運(yùn)行單套運(yùn)行單套運(yùn)行送出口風(fēng)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(fēng)機(jī)節(jié)能情況(單位:萬kW·h (1按照單位小時(shí)節(jié)能情況分析:概算按各個(gè)負(fù)荷段的平均數(shù)計(jì)算,1號爐每小時(shí)節(jié)約電能216kW·h ,2號爐每小時(shí)節(jié)約電能242.25kW·h ,全天雙機(jī)運(yùn)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(jī)運(yùn)行300天計(jì)算,兩臺送風(fēng)機(jī)全部技改后,全年可節(jié)約電能329.94萬kW·h ,按現(xiàn)電價(jià)0.35元/kW·h 計(jì)算,一年可節(jié)約電費(fèi)115.47萬元。(2按照送風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行三天節(jié)能情況分析:安裝兩臺送風(fēng)機(jī)變頻后,全年可節(jié)約電能263.52萬kW·h ,按現(xiàn)電價(jià)0.35元/kW·h 計(jì)算,一年可節(jié)約電費(fèi)92.23萬元。上述兩結(jié)論數(shù)據(jù)基本相近,說明以上數(shù)據(jù)真實(shí)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(fèi)用,包括安裝費(fèi)和土建費(fèi)用約380萬左右,則需4年左右時(shí)間回收,如果考慮到節(jié)省系統(tǒng)維護(hù)的費(fèi)用及系

13、統(tǒng)運(yùn)行可靠性的提高,綜合經(jīng)濟(jì)效益更高,投資回收年限更短。2.3 對其它設(shè)備的影響送風(fēng)機(jī)采用高壓變頻器調(diào)速后,大大降低了電耗,風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行工況也明顯改善,有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):1、提高了風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制能力。實(shí)現(xiàn)風(fēng)門全開,不再需人工手動(dòng)調(diào)整風(fēng)門。風(fēng)機(jī)實(shí)行自動(dòng)調(diào)節(jié),可控性提高了,響應(yīng)速度加快,控制精度也提高了,運(yùn)行和維護(hù)工作量降低。2、有效地減輕了葉輪和軸承的磨損,延長設(shè)備使用壽命,大大改善了起動(dòng)性能,電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了真正的軟起動(dòng)、軟停止,降低了電動(dòng)機(jī)的故障率。3、降低噪音。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低50%時(shí),噪音減少十多個(gè)分貝,降噪相當(dāng)可觀。3 高壓變頻器調(diào)速注意事項(xiàng)3.1 可靠性方面的考慮鍋爐的安全運(yùn)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(shí)現(xiàn)工頻及變頻運(yùn)行的切換(旁路功能。如果在生產(chǎn)過程中,采用手動(dòng)切換能滿足設(shè)備運(yùn)行工藝要求,建議盡量不要選用自動(dòng)旁路。3.2 變頻器輸入諧波對電網(wǎng)的影響在火電廠輔機(jī)上采用高壓變頻技術(shù)時(shí),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(dòng)化控制系統(tǒng)的干擾,應(yīng)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(dòng)機(jī)的影響如果變頻器輸出波形質(zhì)量不好的話,會(huì)對電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不良影響,諧波會(huì)引起電動(dòng)機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),噪聲增加,輸出dv/dt 和共模電壓會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的絕緣。3.4 變頻器運(yùn)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(dòng)機(jī)設(shè)備不能太遠(yuǎn),又要2010 年第 2 期 37考慮周圍環(huán)境對變頻器運(yùn)行可能造成的影響。安裝變頻器室的室內(nèi)溫度要求最好在040,同時(shí)室內(nèi)不應(yīng)有較大灰塵,腐蝕或爆炸性氣體或?qū)щ姺蹓m等。4 結(jié)論通過高壓變頻器在火電廠送風(fēng)機(jī)的應(yīng)用實(shí)踐證明,火力發(fā)電廠送風(fēng)機(jī)采用高壓變頻器調(diào)速技術(shù)是必要的、可能的,且節(jié)能效果好,適合于火電廠風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速。雖然高壓變頻器調(diào)速裝置的一次投資較大,但它所帶來的回報(bào)是巨大的、長期的,建議大力推廣使用。參 考 文 獻(xiàn)1 電力節(jié)能技術(shù)叢書編委會(huì),火力發(fā)電廠節(jié)能技術(shù)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(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)分析與探討李 紅1 邱小華2 王中泉21. 廣東工業(yè)大學(xué)信息學(xué)院(5100062. 廣東美芝制冷設(shè)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(yùn)行特征而言,異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)是一種像異步電動(dòng)機(jī)一樣直接起動(dòng),又穩(wěn)定運(yùn)行于同步轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)。就結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而言,異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)定子和異步電動(dòng)機(jī)一樣,轉(zhuǎn)子則不同,同時(shí)擁有鼠籠繞組和永磁體。鼠籠繞組為電動(dòng)機(jī)提供起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,也稱為起動(dòng)繞組,永磁體則為電動(dòng)機(jī)提供工作磁場。異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心的截面圖如圖1。經(jīng)過近20年的發(fā)展,尤其是因?yàn)楦咝阅苡来耪?要:介紹了2極2.45kW 異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)結(jié)果,重點(diǎn)闡述了定子齒磁密和軛磁密之間的關(guān)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(shè)計(jì)值和試驗(yàn)值的誤差的方法。結(jié)果鐵心損耗

18、與機(jī)械損耗之和從288W 減小到69W ,鐵心損耗與機(jī)械損耗之和的設(shè)計(jì)值與試驗(yàn)值的誤差從181.8%減小到11.6%。 關(guān)鍵詞:異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī) 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