變頻技術(shù)在發(fā)電廠輔機(jī)設(shè)備中的應(yīng)用

曹俊(華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司,河南新鄉(xiāng) 453635)

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變頻技術(shù)在發(fā)電廠輔機(jī)設(shè)備中的應(yīng)用

曹俊
(華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司,河南新鄉(xiāng) 453635)

【摘 要】文章分析了火電廠輔機(jī)設(shè)備節(jié)能降耗的必要性,介紹了變頻技術(shù)在發(fā)電廠的應(yīng)用背景和變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理,詳細(xì)闡述了變頻調(diào)速技術(shù)在發(fā)電廠輔機(jī)設(shè)備中的多種應(yīng)用形式,同時(shí),分析了變頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。展望了變頻技術(shù)在發(fā)電廠輔機(jī)設(shè)備中的廣泛應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】變頻技術(shù) 發(fā)電廠 輔機(jī) 前景

1 引言

目前，火電約占我國(guó)電力裝機(jī)的70%左右，火電廠主要輔機(jī)設(shè)備如凝結(jié)水泵、給水泵、循環(huán)水泵、各類風(fēng)機(jī)等高能耗設(shè)備，其輸出功率不隨機(jī)組負(fù)荷變化而變化，只能通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)或擋板的開(kāi)度來(lái)調(diào)整其出力，從而造成了較大的節(jié)流損失。因此，做好火電機(jī)組及其主要輔機(jī)的節(jié)能降耗工作十分必要。

隨著電力傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，尤其是大容量變頻調(diào)速系統(tǒng)的逐步成熟，既滿足了電力生產(chǎn)的需要，又達(dá)到了節(jié)能的效果，同時(shí)還減少了設(shè)備檢修維護(hù)費(fèi)用。因此，在火電機(jī)組主要輔機(jī)中采用變頻調(diào)速技術(shù)是實(shí)施節(jié)能降耗工作的有效途徑。

2 變頻調(diào)速系統(tǒng)

變頻調(diào)速系統(tǒng)通常由整流器、濾波器、逆變器、控制電路等組成。其簡(jiǎn)化的工作原理電路如下圖1所示。

變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由控制系統(tǒng)和變頻器組成。變頻器的功能是將電壓、頻率不可調(diào)的交流電源轉(zhuǎn)換為可調(diào)的交流電源。其中整流器和逆變器是變頻器的主要組成部分[1]。

控制系統(tǒng)是變頻調(diào)速技術(shù)的核心元件，其功能是產(chǎn)生脈寬調(diào)制波形，從而驅(qū)動(dòng)變頻器中的功率開(kāi)關(guān)(晶閘管或晶體管等)。變頻控制系統(tǒng)是由PLC或微處理器通過(guò)軟件編程的方式實(shí)現(xiàn)控制功能的。

3 變頻技術(shù)在發(fā)電廠輔機(jī)設(shè)備中的應(yīng)用形式

變頻調(diào)速技術(shù)在發(fā)電廠最初用于輔機(jī)設(shè)備的節(jié)能方面，然而，隨著變頻器及其控制系統(tǒng)性能的提高，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用范圍也逐步擴(kuò)大至電廠輔機(jī)設(shè)備的軟啟動(dòng)、自動(dòng)控制、轉(zhuǎn)速控制等方面。

3.1 輔機(jī)設(shè)備的節(jié)能

輔機(jī)設(shè)備的節(jié)能工作在火電機(jī)組節(jié)能工作中占據(jù)非常重要的地位。火電廠的凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵、各類風(fēng)機(jī)等輔機(jī)設(shè)備都要消耗大量的電能。由于機(jī)組負(fù)荷的變化，必須通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)擋板或水泵調(diào)門(mén)的方法調(diào)節(jié)輔機(jī)設(shè)備的出力，這樣就造成了大量的節(jié)流損失。風(fēng)機(jī)或水泵的軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比[2]。

3.2 大容量電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)

交流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流約為額定電流的5-8倍。在電機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程中，直接啟動(dòng)的強(qiáng)大電流會(huì)在電機(jī)繞組端部產(chǎn)生巨大的電磁力，使繞組端部產(chǎn)生振動(dòng)或變形，甚至引起電機(jī)繞組絕緣的機(jī)械損傷或絕緣擊穿。啟動(dòng)時(shí)的大電流還可能造成電機(jī)鐵芯振動(dòng)，引起電機(jī)發(fā)熱。此外，大容量電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)還會(huì)造成廠用電母線電壓的降低，對(duì)其他輔機(jī)設(shè)備的正常運(yùn)行造成影響，嚴(yán)重時(shí)可引起電機(jī)低電壓保護(hù)的動(dòng)作。因此，火電廠大容量電動(dòng)機(jī)普遍采用軟啟動(dòng)的方式，這對(duì)于延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命，降低對(duì)其他輔機(jī)設(shè)備的影響，保證安全生產(chǎn)具有非常重要的作用。

3.3 自動(dòng)控制

目前，火電廠的主要輔機(jī)運(yùn)行過(guò)程由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的復(fù)雜多變，某些系統(tǒng)受諸多因素的影響，需要通過(guò)不斷調(diào)整才能實(shí)現(xiàn)多種工況下的參數(shù)穩(wěn)定，變頻技術(shù)很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。例如，變頻技術(shù)在發(fā)電廠循環(huán)水泵上的應(yīng)用，就是就是通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算凝汽器的運(yùn)行清潔系數(shù)，采用循環(huán)重復(fù)計(jì)算法求取凝汽器最佳真空及對(duì)應(yīng)的變頻循環(huán)水泵運(yùn)行方式[3]。

3.4 轉(zhuǎn)速控制

變頻調(diào)速技術(shù)在轉(zhuǎn)速控制方面也有廣泛的應(yīng)用。例如，發(fā)電廠中的閉式循環(huán)水泵等設(shè)備，要求對(duì)設(shè)備恒壓供水，變頻調(diào)速技術(shù)正好滿足了這種需求。其簡(jiǎn)化的原理圖如下圖2所示。

該系統(tǒng)的工作原理是由壓力傳感器測(cè)取供水管道的實(shí)際壓力，送入信號(hào)處理器經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過(guò)PLC與給定壓力進(jìn)行比較，回傳至信號(hào)處理器并經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后，通過(guò)變頻器對(duì)輸出頻率進(jìn)行控制，進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速以達(dá)到恒壓的目標(biāo)。

4 變頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

變頻技術(shù)是快速發(fā)展起來(lái)的一種新型電力電子技術(shù)，具有良好的節(jié)能效果，自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)也具有輸出電力諧波的缺點(diǎn)。

4.1 變頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

4.1.1 良好的節(jié)能效果和調(diào)節(jié)性能

變頻技術(shù)在發(fā)電廠輔機(jī)設(shè)備上的應(yīng)用，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是具有良好的節(jié)能效果和調(diào)節(jié)性能。例如，發(fā)電廠凝結(jié)水泵的變頻改造，可節(jié)約電能30%以上[4]。

4.1.2 減少啟動(dòng)電流沖擊

變頻技術(shù)在大容量電動(dòng)機(jī)上應(yīng)用后，電機(jī)啟動(dòng)電流從零開(kāi)始，隨著轉(zhuǎn)速的升高而增加，真正做到了軟啟動(dòng)。消除了直接啟動(dòng)時(shí)大電流對(duì)電機(jī)繞組、鐵芯及廠用母線電壓的沖擊。

4.1.3 延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命

變頻調(diào)速技術(shù)的使用，使得泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較額定轉(zhuǎn)速大大降低，不僅減少了軸承的振動(dòng)和噪聲等，而且延長(zhǎng)了泵或風(fēng)機(jī)、電機(jī)軸承的機(jī)械壽命，減少了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。

4.1.4 降低噪音,減少環(huán)境污染

發(fā)電廠泵或風(fēng)機(jī)改為變頻調(diào)節(jié)后，在降低設(shè)備轉(zhuǎn)速的同時(shí)，也降低了噪聲污染，改善了發(fā)電廠的作業(yè)環(huán)境。

4.2 變頻技術(shù)的缺點(diǎn)

由于變頻器中含有較多的非線性元件，因此變頻器將對(duì)發(fā)電廠的電力系統(tǒng)產(chǎn)生一定的諧波污染。諧波使旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生附加功率損耗和發(fā)熱，并可能引起振動(dòng)；諧波能增加變壓器和電網(wǎng)的損耗；諧波可能造成電能計(jì)量的誤差，對(duì)繼電保護(hù)、自動(dòng)控制裝置等產(chǎn)生干擾和造成誤動(dòng)作[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

變頻技術(shù)是一種新型的電力傳動(dòng)技術(shù)，在發(fā)電廠的輔機(jī)設(shè)備中的廣泛應(yīng)用，節(jié)約了大量的廠用電量，為發(fā)電廠帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)具有改善機(jī)組調(diào)節(jié)性能、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。變頻技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中，雖然產(chǎn)生了一定量的諧波污染，但是通過(guò)加裝濾波器和采用多脈沖整流技術(shù)等能夠有效消除。

參考文獻(xiàn):

[1]王兆安,劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[2]王瑜瑜,劉少軍.基于變頻技術(shù)的水泵節(jié)能控制系統(tǒng)的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2013,(15):174～175.

[3]張利,張宇,劉衛(wèi)平等.基于DCS系統(tǒng)變頻循環(huán)水泵節(jié)能自動(dòng)控制[J].中國(guó)電力,2013,(12):59～61.

[4]劉宏宇,王麗英,宗艷霞.高壓變頻技術(shù)在1000MW機(jī)組凝結(jié)水泵節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].華電技術(shù),2012,(4):60～63.

[5]王兆安,楊君,劉進(jìn)軍.諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

圖1 變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理圖

圖2 恒壓供水原理圖