火电厂高压电动机调速技术应用情况分析

火电厂高压电动机调速技术应用情况分析

发布日期:2005-12-18 20:51:16

新闻提供:变频器网

1 引言

近两年中国出现大面积的缺电,由于发电厂建设周期问题,不可能在短时间内解决,而采用各种节能降耗措施,降低现役机组的厂用电率,提高现役机组的出力,可以部分缓解用电紧张的“电荒”局面,进而有效缓解火电厂燃料运力紧张的局面。而节能降耗是国家的基本国策。在火力发电厂使用着大量6kV 高压等级的电动机,是发电厂重要的动力设备。随着高压变频技术的发展和日臻完善,以及良好的节能效果,采用高压电动机变频调速技术来降低厂用电量,成为电厂首选的节能技术措施。

2 高压变频节能原理

根据风机、水泵的流量与功率的关系:

Q ∝Kn(流量正比于速度)

H ∝Kn2(压力正比于速度平方)

P ∝Kn3(功率正比于速度立方)

式中:Q—流量; H—水压;

P—电机消耗功率; K-比例系数。

由此可知,只要调节泵的速度就可得到用户期望的流量,并可以节约电能。

根据异步电动机的同步转速,即旋转磁场的转速为:

n1=60f1/np

式中:n1—同步转速;

f1—定子频率;

np —磁极对数。

而异步电机的轴转速为:n=n1(1-s)=60f1(1-s)/np

式中:s—异步电机的转差率,s=(n1-n)/n1。由上可知,改变电机的供电频率,可以实现电机的调速运行。 3 6kV 高压变频调速方案介绍

由于电机功率不同,投资费用、回收期不同,高压电机变频调速有如图1所示的三方案。

图1 高压电机变频调速的三种方案

4 火力发电厂6kV 电压等级辅机变频调速状况介绍

电气一次接线一般采用图1的方案三,并带工频旁路, 少数也采用方案一,如华能淮阴电厂200MW 机组的凝结水泵变频改造。

(1) 送、引风机变频改造

送、吸风机,若采用变频改造,将完全消除叶片的截流损失,节能将达到30%以上,节能效果显著。有以下电厂进行了送引风机变频改造,如表1所示。

(2)一次风机变频调速改造

一次风机变频调速改造节能将达到40%以上,节能效果显著。有以下电厂进行了变频改造,如表2所示。

(3) 给水泵变频调速改造

有以下电厂进行了变频改造,如表3所示。

(4)循环水泵变频调速改造

循环水泵进行变频改造,既可节能降耗,又提供了循环水流量调节手段,同时,还可以消除管路虹吸以及冬季凝结水过冷、凝结水溶氧高等问题。有以下电厂进行了变频改造, 如表4所示。

(5) 凝结水泵变频调速改造

有以下电厂进行了变频改造, 如表5所示。

(6) 灰浆泵变频调速改造

有以下电厂进行了变频改造, 如表6所示。

5 高压变频器的主要特点

经过近十年的推广应用,以及价格不断降低,高压变频器已经获得许多企业的青睐,成为企业节能降耗,实现经济增长方式转变的有效途径和选择手段。通过调研,火力发电厂是高压变频器的使用大户,其中罗宾康、西门子、AB 等的电力用户为40%以上,其使用数量不完全统计为500台套以上。

高压变频器主要汇集了以下特点,简述如下:

(1) 不需要另外加设输入、输出变压器,用户只要将变频器输入端直接接在6kV 的电网上,输出端直接接到6kV 高压电动机上即可,联接简单方便。

(2) 完全解决了电流谐波引起电机绕组发热,电压谐波引起dv/dt感应电流的问题,完全不影响电机绝缘寿命,从而构成了对电源和电动机都十分友好的双完美系统:电源一侧为无谐波输入,所含谐波低于国际谐波标准IEEE519-1992的规定,不需要加设交直流电抗器和滤波器; 见图2。电动机一侧,输出为正弦波,可以直接联接任何品牌电动机或原有旧电动机,不需要加设谐波滤波器。以6.6kV/1250kVA为例,谐波成分如表7所示,电源侧高次谐波电流。

表7 高压变频器谐波成分

图2 高压变频器电源侧高次谐波电流

(3) 综合运行效率高、功率因数高。

由于高压变频器采用了高压整流二极管和高压IGBT ,因此主回路使用的器件大为减少,可靠性提高,损耗减小,加之采用独特的控制技术,变频器综合效率(含输入高压器) 高达98%,功率因数超过95%。

由于高压变频技术的发展和多年的生产实践,其安全可靠性大为提高,完全能适应火力发电厂安全生产的高可靠性要求。经过推广变频技术,改善了许多生产工艺系统的运行方式,如循环水、凝结水系统的流量调节控制,对机组安全经济运行的改善是十分重要的手段。

6 经济效益分析

从过去所作变频调速工程看,系统运行稳定性和经济性上都有很大的改善。

6.1 经济效益预测

经改造后的变频转速调节与改造前的控制阀门开度调节相比,其节能效果计算如下:

(1) 参数情况

以电动机输出功率为1800kW 的循环水泵为例, 参见图3。

图3 水泵变频调速节能曲线图

年运转时间:300天×24h 。

运转类型:1/2时间(3600h)工作在85%流量,1/2时间(3600h)工作在75%流量。

(2) 阀门调节状况下运行

流量(Q)在85%时:

需要功率=97%×1800kW=1746kW;

流量(Q)在70%时:

需要功率91%×1800kW=1638kW;

全年消耗电量:

(1746kW+1638kW)×3600h=12182400kWh。

(3)变频调速状况下运行

流量(Q)在85%时:

需要功率=67%×1800kW=1206kW;

流量(Q)在70%时:

需要功率=49%×1800kW=882kW;

全年消耗电量:

(1206kW+882kW)×3600h=7516800kWh。

(4) 全年节能效果:12182400-7516800=4665600kWh

节电率:4665600/12182400=38.3%

(5)全年节约资金:

按国内平均电价0.5元/kWh计算:0.5/kWh×4665600kWh=233.28万元,预测大约在1.5年~1.7年可以收回改造投资。

6.2 间接经济效益

除了上述直接经济效益外,还有许多间接经济效益:

(1) 采用变频调速,消除了大电动机启动时对电网电压的波动影响;

(2) 采用变频调速,消除了大电动机大电流启动时的冲击力矩对电机的损坏;

(3) 采用变频调速,延长了电机、管网和阀门的使用寿命,减轻了维修人员的工作量,降低了维修费用;

(4) 提高了系统自动装置的稳定性,为系统的经济优化运行提供了可靠保证; 系统的运行参数得到改善,提高了效率。

7 结束语

从上述分析可以得到如下结论:

高压变频器节能效果十分明显,按前面的测算节能达38.3%,大约1.5至1.7年可以收回改造投资费用。 经过大量工程实践,积累大量经验,已经解决高压功率变频装置应用中产生的很多如谐波、电机发热、功率因数在低转速时不理想、维修麻烦等问题; 并解决了变频系统的问题,如多泵运行等问题。从我们这几年的调试投运、运行实践看,高压变频调速系统的可靠性完全能满足发电企业的要求,其节能降耗的良好优点将发挥巨大效用。

8 郑重声明

文章中提到的变频器应用情况统计是初步统计,有许多变频器厂家由于时间和收集渠道的关系,未能统计到或一一列出如:西门子、成都佳灵、东方凯奇、合康亿盛、山东风光、北京天宠等等,此统计不代表任何好恶,也不代表变频器的优劣。


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