发电厂高压电机节能变频改造分析

(内蒙古丰镇发电厂，内蒙古 丰镇 012100)
摘 要：文章介绍了高压变频装置的原理以及在丰镇发电 厂实施的变频改造，改造后节能效果显著。
关键词：变频；节能降耗；原理；应用
中图分类号：TM301  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2009)22—0096—02
1 存在的问题

丰镇发电厂为单机200MW国产发电机组，电机容量设计在发电机满负荷时还有10％～15％的 余量。年负荷率不到75％（一般在150MW运行）工况下运行，所以运行经济性能差，2008年 上半年综合厂用电率达9.89%，供电煤耗383g/kW·h。针对以上问题，将高压变频技术应用 在风机和泵类等流量的调节中，起到了节能降耗的作用。
2 高压变频技术原理简介

高压变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。 主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测 单元微处理单元等组成的。为了节能去更好地控制电机的转速，由公式n=60f/p(n—同步转 速；f—电源频率；p—电机的极对数)可知：p值不是一个连续数值（为2的倍数）所以一般 不适合通过改变该值来调整电机的速度。但f能够在电机的外面调节，再供给电机，且与n成 正比关系，这样电机的旋转速度就可以被自由控制。因此，以控制频率为目的的变频装置， 就作为电机调速设备的优选。

当然，如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出于过电压（过励磁），导致电 机可能被烧坏。因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。输出频率在额定频率以 上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。

当电机开始运转时，变频器的输出电流、变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用 工频电源驱动电机时的值，在工频电源驱动电机时，其启动和加速冲击电流都很大，为额定 电流的6～7倍。而使用变频器供电时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以 电机启动电流和冲击要小些，启动电流为额定电流的1.2～1.5倍，启动转矩为70%～120%额 定转矩，从而降低了能耗，增加了电机的使用寿命。

根据流体力学原理，风机或泵类设备的输出流量与其转速成正比，输出压力与其转速的平方 成正比，其消耗的功率与其转速的三次方成正比。由此可见，当流量减少10%时，则相应降 低电机转速，电机功耗可降低30%，采用变频调速改变电动机的转速，从而改变风机或泵的 转速，以此来调节流量。在这种调节方式下，可以将节流调节的阀门或挡板等开度调至最大 ，减小管道系统的阻力，节约因克服调节阻力而引起的能耗。同时，采用变频调节后，管道 系统的阻力能保持在使风机或泵工作的高效率点，减少因风机或泵的效率降低而造成的能耗 损失。

由此可见，变频改造就是以调节频率，改变电机转速来满足实际负载需要，从而代替原来工 频运行的挡板或阀门调节控制方式，以达到节能的目的。采用变频调速后，电动机转轴与负 载直接相连，但电动机不再由电网直接供电，而是由变频器供电，变频器通过改变电动机的 供电频率改变电机转速，因此可以实现相当宽的频率范围内无级调速，而且在全范围内具有 优异的效率和功率因数特性。采用变频调速后，异步电动机转速变为n=60f(1-s)/p，其中f 为变频器输出频率，s为异步电动机转差率，p为电动机极对数。为了形成交流电压，需要将 工频电源整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流），通过一系列的技术处理， 在变频器的输出端子间产生三相对称的交流电压。就可以通过调整此电压的频率来控制高压 电机的输出功率。
3 丰镇发电厂高压变频器改造及应用
3.1 高压电机参数及变频器配置情况

丰镇发电厂变频改造高压电机参数见表1所示。

3号～6号机组每台机组2台引风机、2台送风机、2台一次风机电机采用一拖一方式加装 变频 装置。即每台电机加装１台变频器；对2台凝升泵电机采用一拖二方式加装变频装置，即每 台机组2台凝升泵电机加装１台变频器，正常１台变频运行，１台工频备用。
3.2 改造前后能耗比较

变频器的运行频率和电机转速成正比，拿凝升泵某一负荷段阀门开度X举例，工频运行时耗 能 E=1.732×6 000Icos∮（I—实际电流；cos∮—功率因素），经过变频改造后在该负荷段变 频大概运行频率应该为50X(Hz)，即变频器在该负荷段轴功率降为额定功率的X的立方倍，即 P =XXXPe，减去变频器本身和空调及其他耗能最大值10%Pe，即该负荷段变频改造后预计节能P i=E-P-10%Pe。根据以上公式，对各具体负载年节能预算如下。
3.2.1 引风机节能。工频运行参数（额定电流201A）见表2所示。
 

200MW负荷时由于电厂掺煨煤挡板全开，变频器改造不节能。

150MW负荷时节能量：

Pi=1 325-939=386kW（节能比i=Pi/E=37%）

130MW负荷时节能量：

Pi=1148-569=580 kW（i=50.5%）

100MW负荷时节能量：

Pi=1060-334=726 kW（i=68.5%）
以有效时间计算引风机变频器改造后可比之前节能：

(37%×4/12+50.5%×6/12+68.5%×1/24)/1=40.4%。〖HT5”，5〗
4台机组1a节约电量约为：

700万kW·h×4＝2 800万kW·h。
3.2.2 送风机节能。工频运行参数(额定电流56A)见表3所示。

3.2.2.1 夏天节能计算：

200MW负荷时因之前工频挡板全开，无变频节能（i=0%)；

150MW负荷时节能量：

Pi=338-142=196 kW（i=58.0%）

100MW负荷时节能量：

Pi=281-57=224kW（i=79.7%）

以有效时间计算引风机变频器改造后可比之前节能：

(0%×1/4+58.0%×13/18+79.7%×1/36)/1=44.1%。
3.2.2.2 冬天节能计算：

200MW负荷时节能量：

Pi=417.8-320.8=97 kW（i=23.2%）

150MW负荷时节能量：

Pi=337.5-100.5 =237 kW（i=70.2%）

100MW负荷时节能量

Pi=281-57=224kW（i=79.7%）

以有效时间计算引风机变频器改造后可比原先节能：

(23.2%×1/4+70.2%×13/18+79.7%×1/36)/1=58.7%。

送风机年节电率为(44.1%+58.7%)/2=51.4%，4台机组1a就节约电量约201万kW·h×4＝8 04万kW·h。
3.3 一次风机节能

工频运行参数(额定电流140A)见表4所示。

200MW负荷时节能量：

Pi=714-395=319 kW（i=44.7%）

150MW负荷时节能量：

Pi=625-238=387 kW（i=61.9%）
100MW负荷时节能量：

Pi=535-188=347 kW（i=64.8%）

以有效时间计算一次风机变频器改造后可比之前节能：

(44.7%×1/4+61.9%×13/18+64.8%×1/36)/1=57.6%

4台机组1a节约电量约402万kW·h×4＝1 608万kW·h。
3.4 凝升泵节能

工频运行参数(额定电流41.3A)见表5所示。

 

200MW负荷时节能量：Pi=244-81=163 kW（i=66.8%）

150MW负荷时节能量：Pi=225-59=166 kW（i=65.0%）

100MW负荷时节能量：Pi=216-39=177kW（i=81.9%）

以有效时间计算凝升泵变频器改造后可比原先节能：

(66.8%×1/4+65.0%×13/18+81.9%×1/36)/1=65.9%

4台机组1a节约电量约60万kW·h×4＝240万kW·h。
4 结束语

2008年丰镇发电厂对3号～6号机组32台转机实施了变频节能改造，共安装变频器28台，一次 性投资3 453万元。通过分析计算每年可节电约5 452万kW·h，按0.3元/kW·h计算，每年不 但增加利润1 635.6元，而且厂用电率下降0.5～0.8个百分点。投资回收期2.17a，节能 效果明显。

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