高壓變頻器在聊城熱電有限公司的應(yīng)用

分類：技術(shù)教程日期：2009-06-22 08:43:44 來源：廠商

1　引言
山東聊城熱電有限公司位于山東省西部的聊城市，該市是山東省新崛起的西部工業(yè)城市，地處濟(jì)邯鐵路和京九鐵路的交匯處，近幾年來發(fā)展迅速。聊城熱電有限公司目前有8臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量為1280mw。為響應(yīng)國家節(jié)能降耗的政策，根據(jù)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行工況，擬對(duì)2臺(tái)300mw機(jī)組的凝結(jié)水泵進(jìn)行高壓變頻節(jié)能改造。
2　變頻調(diào)速的節(jié)能原理
異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式如下:
n＝（60f/p）×（1－s）（1）
式中:n——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速;f——電動(dòng)機(jī)定子供電頻率;p——電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù);s——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率。
由式（1）可知，在電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)、轉(zhuǎn)差率不變的情況下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與供電頻率呈線性關(guān)系。
對(duì)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，希望主磁通φ恒定，因?yàn)棣仗。F磁材料利用不充分，同樣電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩小;φ太大，由于鐵磁材料的飽和特性，定子電流中激磁電流分量加大，同樣電流情況下，相應(yīng)轉(zhuǎn)矩電流分量將減小。只有保持電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢e和供電頻率f之比為常數(shù)，即e/f=常數(shù)，φ才可基本恒定。但由于e難于直接檢測，當(dāng)頻率較高時(shí)，電機(jī)的電壓也高，定子漏阻抗壓降可以忽略，可近似認(rèn)為e=u（u為電機(jī)端電壓），只要控制u/f恒定即可。因此，電動(dòng)機(jī)調(diào)速過程中，在降低頻率同時(shí)，還要降低供電電壓，這就需要變頻裝置實(shí)現(xiàn)頻率與電壓協(xié)調(diào)控制。
當(dāng)凝結(jié)水泵水壓、流量需要調(diào)節(jié)時(shí)，傳統(tǒng)的方法是: 通過調(diào)節(jié)閥門或啟停電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，損耗隨之增大，同時(shí)降低了水泵的總效率，由此而引起的電能損失是相當(dāng)可觀的。
當(dāng)采用變頻調(diào)速時(shí)，可以按需要升降電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變水泵的性能曲線，使水泵的額定參數(shù)滿足工藝要求，根據(jù)風(fēng)機(jī)、水泵的相似定律，變速前后流量、水壓、功率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系如式（2）所示:
q1/q2=n1/n2 （2）
h1/h2=（n1/n2）2
p1/p2=（n1/n2）3
q1、h1、p1—水泵在調(diào)速時(shí)的流量、水壓、軸功率;
q2、h2、p2—水泵在額定運(yùn)行時(shí)的流量、水壓、軸功率。
假如轉(zhuǎn)速由額定50hz降至35hz，即:n1/n2=0.7，則p1/p2=0.34，可見降低轉(zhuǎn)速能大大降低軸功率，因變頻器的效率較高，變頻器自身的功耗很低，而電動(dòng)機(jī)因轉(zhuǎn)速下降引起的電機(jī)效率下降在50%轉(zhuǎn)速以上時(shí)是不明顯的;另外，在滿足操作要求的前提下，水泵轉(zhuǎn)速降低不會(huì)導(dǎo)致水泵效率降低（電機(jī)輸出力矩不變）。根據(jù)以上分析認(rèn)為，凝泵變頻調(diào)速總的節(jié)能效果比較顯著。
3　harsvert-a變頻器的原理
3.1　典型結(jié)構(gòu)
北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的harsvert-a系列高壓變頻器屬于“高-高”電壓源型變器，由移相變壓器、功率單元和控制器組成，以5單元串聯(lián)的高壓變頻器為例,典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　6kv高壓變頻器典型結(jié)構(gòu)
3.2　變頻調(diào)速系統(tǒng)控制方案
（1）高壓變頻器直接與電機(jī)連接，變頻拖動(dòng)方式為一拖一，設(shè)有工頻旁路。由變頻運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換到工頻運(yùn)行方式時(shí)，采用手動(dòng)切換，電動(dòng)機(jī)可不通過高壓變頻器而經(jīng)過旁路直接啟動(dòng)。
（2）高壓變頻器具有遠(yuǎn)程和本機(jī)控制功能。本機(jī)控制時(shí)通過高壓變頻器控制柜上觸摸屏可就地人工啟動(dòng)、停止高壓變頻器，以及調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速、頻率;遠(yuǎn)程控制放在dcs控制室，由操作工操作控制，可以隨時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行情況，通過dcs操作臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓變頻器進(jìn)行簡單的遠(yuǎn)方操作。
（3）一拖一手動(dòng)旁路柜具體主回路控制方式
一拖一手動(dòng)旁路柜具體主回路控制方式如圖2所示。

圖2　一拖一手動(dòng)旁路柜主回路
它是由3個(gè)高壓隔離開關(guān)（qs1、qs2和qs3）組成。聯(lián)鎖要求qs2和qs3不能同時(shí)閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時(shí)，qs1和qs2閉合，qs3斷開;工頻運(yùn)行時(shí)，qs3閉合，qs1和qs2斷開。
這種控制的優(yōu)點(diǎn)是在檢修變頻器時(shí)，有明顯斷電點(diǎn)，能夠保證人身安全，同時(shí)也可手動(dòng)使負(fù)載投入工頻電網(wǎng)運(yùn)行;使造價(jià)降低等。
4　凝結(jié)水泵的運(yùn)行工況
在汽輪機(jī)低壓缸內(nèi)做功的蒸汽在空冷島冷卻凝結(jié)之后，集中在凝結(jié)水箱中，凝結(jié)水系統(tǒng)的作用是通過凝結(jié)水泵及時(shí)的把凝結(jié)水送至除氧器中，維持除氧器水位平衡。因此保證凝結(jié)水泵連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行是保障電廠發(fā)電機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一。
我廠在沒有使用變頻器之前，凝汽器內(nèi)的水位調(diào)整是通過改變凝結(jié)水泵出口閥門的開度調(diào)節(jié)的，線性度差，大量能量在閥門上損耗。同時(shí)由于頻繁的對(duì)閥門進(jìn)行操作，導(dǎo)致閥門的可靠性下降，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。
使用高壓變頻器后，凝結(jié)水泵出口閥門基本不需要調(diào)整，閥門開度保持在一個(gè)比較大的范圍內(nèi)，通過調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)出口流量的目的，滿足運(yùn)行工況的要求。凝結(jié)水系統(tǒng)如圖3所示。

圖3　凝結(jié)水系統(tǒng)圖

5　凝結(jié)水泵使用高壓變頻器后的效益分析
（1）節(jié)約廠用電效果顯著
表1是部分運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)本機(jī)改造前后的電流做一個(gè)縱向比較，可以發(fā)現(xiàn)電流減小許多。

表1　凝結(jié)水泵運(yùn)行數(shù)據(jù)

（2）同類機(jī)組的橫向比較
表2是某月的電能統(tǒng)計(jì)，可以看出節(jié)能效果。

表2　電能統(tǒng)計(jì)

6　結(jié)束語
通過對(duì)山東聊城熱電有限公司300mw機(jī)組凝結(jié)水泵系統(tǒng)的分析論證:采用高壓變頻器對(duì)兩臺(tái)凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造，改閥門開度控制為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是切實(shí)可行的，能夠達(dá)到降低廠用電率的目的，而且在系統(tǒng)的安全可靠性、設(shè)備維護(hù)量等方面具有良好的收益。