高壓變頻調(diào)速在火力發(fā)電廠中的應(yīng)用

王維坤

摘 要：我國經(jīng)濟發(fā)展進步以及城市化規(guī)模的逐漸擴大，使我國對電力需求量逐漸提升。火力發(fā)電是我國只主要發(fā)電形式，在電力生產(chǎn)中占有重要地位。在火力發(fā)電廠中，主要通過能源燃燒方式實現(xiàn)電力生產(chǎn)，因此隨著電力需求量不斷增加，能源消耗量也會逐漸提升，在加劇經(jīng)濟發(fā)展與能源緊張間矛盾的同時，也給生態(tài)環(huán)境帶來極大破壞。高壓變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用能夠有效實現(xiàn)火力發(fā)電過程中能耗的降低，使能源得到有效節(jié)約，是促進發(fā)電廠經(jīng)濟效益提升、生態(tài)環(huán)境改善的有效措施。

關(guān)鍵詞：高壓變頻調(diào)速；火力發(fā)電廠；節(jié)能效果

社會經(jīng)濟的發(fā)展使我國能源資源日益緊張，生態(tài)環(huán)境破壞嚴重。為了實現(xiàn)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，我國開始倡導(dǎo)節(jié)能減排?；鹆Πl(fā)電廠在運行過程中需要大量能源消耗，而在電力需求量越來越多的形勢下，實現(xiàn)火力發(fā)電廠的節(jié)能降耗具有必要性。在其發(fā)電過程中，水泵、風機等設(shè)備的應(yīng)用是能源消耗主體，且在節(jié)能方面潛力較大，能夠?qū)崿F(xiàn)較好節(jié)能效果。而火電廠發(fā)展水平不斷提升，其裝機容量得到較大提高，會使設(shè)備在相同參數(shù)下需要承擔更大負荷，為保證運行安全，促進運行效率提高，應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成為必然。

1 調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢與不足

1.1 優(yōu)勢

（1）效率高。在火電廠運行過程中，水泵、風機等的運轉(zhuǎn)要靠其電動機帶動，若在其中應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，當電動機出現(xiàn)頻率變化時，能夠始終維持原有轉(zhuǎn)差率，會使電動機在改變運行頻率后與其轉(zhuǎn)速數(shù)值基本相同。這種方式下，能夠使電動機中因頻率改變而出現(xiàn)的轉(zhuǎn)差損失得到保持，避免出現(xiàn)上升趨勢。另外，電動機運行頻率的改變會使能耗增強，但應(yīng)用該調(diào)速技術(shù)，受高次諧波影響，只會使變頻裝置產(chǎn)生損耗，而電動機本身能耗反而會大大減少。

（2）調(diào)速范圍寬。高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達10：1或20：1，可實現(xiàn)頻率在50～5Hz或50～2.5Hz范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)，同時在此調(diào)速范圍內(nèi)仍能保持系統(tǒng)具有較高的效率，因此低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下運行的負載應(yīng)用效果更為顯著。

（3）安全性良好。若在運行過程中，變頻系統(tǒng)出現(xiàn)運行故障或要對火電系統(tǒng)進行其他改進時，可以令裝置停止運行，并由電網(wǎng)直接向變頻裝置提供電能。這種方式的應(yīng)用可以在不影響水泵、風機正常運行的條件下實現(xiàn)對系統(tǒng)的改善以及故障的排除。若設(shè)備運行狀態(tài)是始終處于額定頻率，則在調(diào)頻系統(tǒng)下應(yīng)用節(jié)流方式實現(xiàn)裝置的運作，能夠使其能耗得到有效降低，系統(tǒng)運行經(jīng)濟性提升，為火電發(fā)電系統(tǒng)運行提供安全保障。

（4）變頻裝置的使用不僅能夠使能耗得到降低，流量得到有效調(diào)節(jié)，還能夠為水泵、風機等設(shè)備的電動機提供啟動功能，在運行中成為電機運行的軟啟動裝置。

1.2 缺點

（1）從理論上來講，高壓變頻調(diào)速技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用范圍，能夠在大部分設(shè)備改造中得到有效應(yīng)用，但受技術(shù)設(shè)備等因素的影響，始終不能得到大范圍的普及。產(chǎn)生這種問題的主要原因是：一，變頻調(diào)速技術(shù)對技術(shù)水平要求較高，從設(shè)計、制作直到安裝并投入應(yīng)用，都需要工作人員具有較高技術(shù)水平，且操作較復(fù)雜，應(yīng)用成本過高。導(dǎo)致在對火電廠設(shè)備進行改造后，存在極高概率使火電廠不能獲得預(yù)期經(jīng)濟效益，而節(jié)能效果得不到實現(xiàn)。

（2）在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，所使用的變頻器通常有兩種類型，電壓型與電流型。不論哪種類型，其工作中產(chǎn)生的波形都是高次諧波，這種波形會影響到火電廠各個設(shè)備以及電源的運行。其中，受高次諧波影響，設(shè)備中電動機會出現(xiàn)溫度升高、損耗提升的現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備運行功率以及效率出現(xiàn)明顯下降，且設(shè)備運行噪音較大。不僅不利于節(jié)能降耗效果的實現(xiàn)，還有損耗電動機等設(shè)備使用壽命的危險。此外，電動機轉(zhuǎn)矩在高次諧波的影響下降發(fā)生脈動現(xiàn)象，脈動的頻率可用6kf（k=1，2，3…）表示，當次頻率與系統(tǒng)的固有頻率相近時，將引發(fā)變頻裝置與設(shè)備的共振現(xiàn)象。但采用一定的措施是可以使變頻器輸出的高次諧波有所降低的，如采用PWM變頻器或采用多重化技術(shù)的電流型和電壓型變頻器將大大改善裝置的輸出波形。

3 各種變頻調(diào)速方式的節(jié)能效果比較

風機、水泵的流量調(diào)節(jié)方式可分為非變速調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)兩大類，各種調(diào)速方式的差別主要表現(xiàn)在對轉(zhuǎn)差功率的處理上，即轉(zhuǎn)差功率消耗型（如液力耦合器調(diào)速、液力調(diào)速離合器調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、鼠籠式異步電動機定子調(diào)壓調(diào)速以及繞線式電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速）、轉(zhuǎn)差功率回饋型（繞線式異步電動機的串級調(diào)速）以及轉(zhuǎn)差功率不變型（變級調(diào)速、變頻調(diào)速、直流電動機調(diào)速），第一種屬于低效調(diào)速方式，后兩種屬于高效調(diào)速方式。高效調(diào)速方式的節(jié)能效果相差不大，因此本文著重討論低效調(diào)速方式的節(jié)能效果的差異。

如上所述，目前我國采用的低效調(diào)速方式共有五種，其差別是采用的變頻器類型不同，但它們存在一個共同點，也就是各低效調(diào)速方式的調(diào)速效率等于轉(zhuǎn)速比（ηv=n2/n1=i），但其節(jié)能效果仍存在很大差別。

首先，裝配了液力耦合器調(diào)速和繞線式電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的風機和水泵等設(shè)備的電動機在運行時的轉(zhuǎn)速仍然可以達到未改造時的額定轉(zhuǎn)速，因此其節(jié)能效果也是最好的。這兩種調(diào)速方式下的電動機運行轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的2/3時將產(chǎn)生最大的轉(zhuǎn)差損失，其值為0.148，也就是在實際運行中，改造設(shè)備達到最高轉(zhuǎn)速時所需的軸功率值。

其次，風機和水泵等設(shè)備在裝配了液力耦合器調(diào)速和電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速時，其電動機在運行時的轉(zhuǎn)速并不能達到額定轉(zhuǎn)速，因此這兩種調(diào)速方式的節(jié)能效果與上述兩種相比較低。在這種調(diào)速方式下，水泵和風機與變頻裝置相連接的主動部分與被動部分之間要存在一定的轉(zhuǎn)速差才能正常運行。風機和水泵的最高轉(zhuǎn)速比為，其中為設(shè)備運行時的最高轉(zhuǎn)速，液力耦合器的最高轉(zhuǎn)速比in范圍為0.97～0.98，以往的電磁轉(zhuǎn)差離合器最高轉(zhuǎn)速比in范圍為0.83～0.87，而目前新產(chǎn)品的范圍為in0.94～0.96。與上述兩種方式相同，采用這兩種方式改造的設(shè)備運行時的最大轉(zhuǎn)差損失也產(chǎn)生在2/3額定轉(zhuǎn)速下，此時轉(zhuǎn)差損失最大，可用計算，設(shè)備在非額定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)差損失可用表示，由上式可知，在轉(zhuǎn)速比i一定的條件下，in越小則越大。

對于調(diào)壓調(diào)速裝置，調(diào)速線路的晶閘管要產(chǎn)生換流損失，晶閘管換流產(chǎn)生的高次諧波也會影響到電動機的性能。此外調(diào)速調(diào)壓裝置通常配置高轉(zhuǎn)子電阻的鼠籠式電動機，它的效率比普通的鼠籠式電動機要低。因此，它是上述低效調(diào)速方式中節(jié)能效果最差的。

結(jié)束語

在火力發(fā)電廠中應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，具有提高能源利用率，實現(xiàn)設(shè)備節(jié)能減排，改善生態(tài)環(huán)境的重要作用，是符合國家可持續(xù)發(fā)展理念的有效措施。因此在對火電廠進行節(jié)能減排時，應(yīng)以高壓變頻技術(shù)為借鑒，不斷對其進行創(chuàng)新，從而使火電廠發(fā)電在保證效率的同時降低能耗，為環(huán)境保護提供有利條件。

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