變頻器在火電廠中的應(yīng)用

變頻器在火電廠中的應(yīng)用

1.積極引進(jìn)用電項目,創(chuàng)造更大的效益現(xiàn)在，減少消費已成為各行業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和自身競爭力的重要手段之一。隨著電力行業(yè)改革的深化,“廠網(wǎng)分家”、“競價上網(wǎng)”等各種政策的出臺,通過節(jié)能降耗,降低廠用電率,降低發(fā)電成本,提高電價競爭力,已成為各發(fā)電廠提高經(jīng)濟(jì)效益的重要工作,且由于電的能價比高,節(jié)電比節(jié)煤效益更好,在資金有限的情況下,積極引進(jìn)節(jié)電項目,能在短期內(nèi)創(chuàng)造更大的效益。我國發(fā)電廠的平均能耗非常大,在火力發(fā)電廠中,風(fēng)機(jī)和水泵等低壓和高壓電動機(jī)是主要的耗電設(shè)備,容量大、耗電多,基本上都為連續(xù)運行且常常處于低負(fù)荷及變負(fù)荷運行狀態(tài),節(jié)能潛力十分巨大。2.觸發(fā)脈沖電路變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。先通過整流器將輸入的交流電整成直流,然后根據(jù)測量的控制信號將直流逆變成另一頻率的交流電。其原理圖如圖1所示。變頻器內(nèi)部的控制系統(tǒng)主要由信號檢測、控制電路、觸發(fā)脈沖電路構(gòu)成。其中,信號檢測是通過傳感器或變送器檢測負(fù)荷側(cè)的電流電壓;控制電路是為獲取所需的控制信號和動態(tài)特性對檢測信號和給定參考輸入量進(jìn)行處理,產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號;觸發(fā)脈沖電路是根據(jù)控制電路輸出的控制信號產(chǎn)生相應(yīng)的觸發(fā)脈沖經(jīng)隔離驅(qū)動放大驅(qū)動開關(guān)功率器件工作。變頻器因分別應(yīng)用于不同的電壓等級(380V,6KV等)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)亦有不同,圖2和圖3分別是應(yīng)用于低壓側(cè)和高壓側(cè)變頻器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。輸入的三相工頻電流根據(jù)需要可以選擇三相全橋整流或三相半橋整流,逆變器為三相兩電平結(jié)構(gòu)的電壓源型逆變器,通過SVPWM(電壓空間矢量脈寬調(diào)制)調(diào)制技術(shù)控制逆變器開關(guān)管的通斷,將直流電容電壓逆變?yōu)樗桀l率的三相交流電壓,再通過低通濾波器濾除調(diào)制產(chǎn)生的高頻毛刺,最后與異步電動機(jī)連接。由于電力電子技術(shù)的快速發(fā)展,逆變模塊更多采用飽和壓降低、安全工作區(qū)寬、驅(qū)動功率低和工作頻率高的新型功率器件(如IGBT、IEGT等)。圖3高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為三電平電壓源型變頻器(+Vdc、0、-Vdc),V1~V4代表一相橋臂中的4個功率開關(guān),D1~D4為反并聯(lián)的續(xù)流二極管,VC1、VC2為箝位二極管,所有的二極管要求有與功率開關(guān)相同的耐壓等級。Vdc為一組電容二端電壓,C為中心點。高壓變頻技術(shù)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?fù)湫褪?。單元串?lián)多電平方式的高壓變頻技術(shù)在效率和輸入功率因數(shù)等方面有明顯的優(yōu)勢,且能明顯減少輸入輸出的諧波,對風(fēng)機(jī)和水泵等一般不要求四象限運行,具有較大的應(yīng)用前景。3.系統(tǒng)防回?zé)嵯到y(tǒng)泵的運行用電是電廠廠用電量的主要部分,因此電廠廠用電的最有效節(jié)能降耗措施就是減少泵的耗電量。在實際運行過程中,泵的效率是隨著工況點的變化而變化的。當(dāng)遠(yuǎn)離設(shè)計工況點運行時,效率下降明顯,所以合理調(diào)節(jié)泵的工況點可以達(dá)到節(jié)能的目的。我廠汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)由五級抽汽、凝汽器、兩臺高壓加熱器(簡稱高加)、三臺低壓加熱器(簡稱低加)及除氧器組成。疏水系統(tǒng)高加部分由高壓到低壓逐級自流到高壓除氧器,低加疏水從#1依次到#3低加,然后經(jīng)低加疏水泵打入#3低加凝結(jié)水入口母管中。另外,低加疏水也可回凝汽器,在有必要時兩者可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換。3.1低加疏水泵能耗分析我廠#2低加疏水泵變頻改造前,出口流量采用電動調(diào)節(jié)閥調(diào)整開度控制,調(diào)節(jié)線性度差,影響自動調(diào)節(jié)的穩(wěn)定投運,且運行時調(diào)節(jié)閥節(jié)流量大,出口壓力大,存在節(jié)流損失,造成電能的浪費。另一方面,由于調(diào)節(jié)性能不好,經(jīng)常發(fā)生低加疏水水位過低或無水位空泵運行,造成疏水泵汽蝕,疏水管道振動大,電流變化幅度大,泵葉輪及導(dǎo)葉輪、泵軸、軸承、盤根等部件損壞,影響使用壽命,維修工作量大,費用高;嚴(yán)重時出現(xiàn)水位過高,導(dǎo)致低加振動,甚至水沖擊,影響機(jī)組安全運行。下面就低加疏水泵的特性曲線分別從節(jié)流調(diào)節(jié)和變頻調(diào)節(jié)兩方面來分析低加疏水泵的耗能情況,如圖4(a)、圖4(b)所示。其中Q-H為水泵的特性曲線,Ⅰ、Ⅱ為管路特性曲線。圖4(a)為水泵的節(jié)流調(diào)節(jié)特性,節(jié)流調(diào)節(jié)不改變水泵特性曲線,出口調(diào)節(jié)門開度調(diào)小,管路特性曲線由Ⅰ變到Ⅱ,與水泵特性曲線交點由2變到1,相應(yīng)的耗能分別為OQ22H2,OQ11H1。圖4(b)為水泵的變頻調(diào)節(jié)特性,出口調(diào)節(jié)門開度最大,變頻調(diào)節(jié)通過改變水泵的速度進(jìn)行調(diào)節(jié),因此管路特性曲線不變,水泵特性曲線上下移動。當(dāng)速度調(diào)小時,水泵的特性曲線與管路特性曲線交點由1變到2,相應(yīng)的耗能分別為OQ11H1,OQ22H2。且揚(yáng)程變化不大,運行過程中壓力滿足系統(tǒng)要求,基本不做調(diào)整。顯然,采用變頻調(diào)節(jié)耗能要減少。進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn),圖4(a)中,出口調(diào)節(jié)門開度越小,則出口流量Q越少,負(fù)載越來越小,接近于空載,揚(yáng)程H包括實際揚(yáng)程和管道阻力,實際揚(yáng)程一定,則管道阻力越大,而水泵的轉(zhuǎn)速不變,輸出轉(zhuǎn)矩和功率亦不變,大部分都消耗在管道阻力上。而圖4(b)中,出口調(diào)節(jié)門開度最大,揚(yáng)程H(實際揚(yáng)程和管道阻力)基本不變,水泵轉(zhuǎn)速隨著出口流量Q的減少而減小,輸出轉(zhuǎn)矩和功率相應(yīng)減小,消耗的電能自然也減少。3.2u3000治療過程中根據(jù)工況需要注意補(bǔ)充電量我廠#2低加疏水泵在2004年10月實現(xiàn)變頻改造,采用的是ABB公司ACS800-01-0070-3變頻器?，F(xiàn)分別取變頻改造以前和以后兩天的數(shù)據(jù)進(jìn)行節(jié)能效果分析。#2低加疏水泵的參數(shù):額定流量是52.5m3/h,出口壓力為1.41MPa。電動機(jī)參數(shù):額定功率是55KW,額定電壓是380V,額定電流是102.6A,轉(zhuǎn)速是2970r/min。變頻器參數(shù):額定功率是55KW,輸入電壓是(380~480V)±10%,輸出電壓是0~400V,輸出頻率是0~300Hz。8月25日和11月12日這兩天#2機(jī)的運行工況基本一樣,取這兩天24個小時的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。水泵電流每值取一個數(shù)值,取值的標(biāo)準(zhǔn)是拋開8個數(shù)中突變的量,其他取平均值,精確到小數(shù)點后一位。這樣可得8月25日三個值的水泵電流量分別為:66.9A,65.4A,65.9A,11月12日三個值的水泵電流量分別為:39.7A,39.8A,39.3A。輸入電壓取380V,功率因素取0.81。因此可得#2低加疏水泵改造前,一天(2004/8/25)水泵消耗電量為:改造后,一天(2004/11/12)水泵消耗電量為:改造后消耗電量還應(yīng)包括變頻器本身風(fēng)扇耗電量和控制電源的耗電量,充分估計每天耗電5KWh。這樣每天節(jié)省的電量為:節(jié)能效果為:由此可推算出一個月、一年的節(jié)能效果,由計算結(jié)果可知變頻節(jié)能比較明顯,特別當(dāng)變頻運行在低負(fù)荷時節(jié)能效果更顯著。不過一般認(rèn)為,變頻調(diào)速不宜低于額定轉(zhuǎn)速50%,最好處于75%~100%之間。4.風(fēng)機(jī)、水泵等負(fù)載在我廠,以2008年3月份為例,3臺機(jī)爐滿負(fù)荷運行,綜合廠用電量為7.83%,循環(huán)水泵電量為9.1%,給水泵電量為26.2%,送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)電量為16.4%。風(fēng)機(jī)、水泵等負(fù)載約占廠用電量的55%,6KV以上電壓等級的風(fēng)機(jī)、水泵等負(fù)載至少消耗其中的90%。我廠變頻器的應(yīng)用還只局限于低壓端部分水泵,如低加疏水泵,