高壓變頻器在電廠上的應(yīng)用

1、高壓變頻器在電廠上的應(yīng)用1.引言高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)是上世紀90年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動調(diào)速技術(shù)，主要用于交流電動機的變頻調(diào)速，其技術(shù)和性能勝過其它任何一種調(diào)速方式（如降壓調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、內(nèi)反饋串級調(diào)速和液力耦合調(diào)速）。變頻調(diào)速以其顯著的節(jié)能效益、高精確的調(diào)速精度、寬范圍的調(diào)速范圍、完善的電力電子保護功能，以及易于實現(xiàn)的自動通信功能，得到了廣大用戶的認可和市場的確認，在運行的安全可靠、安裝使用、維修維護等高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)是上世紀90年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動調(diào)速技術(shù)，主要用于交流電動機的變頻調(diào)速，其技術(shù)和性能勝過其它任何一種調(diào)速方式（如降壓調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)

2、速、內(nèi)反饋串級調(diào)速和液力耦合調(diào)速）。變頻調(diào)速以其顯著的節(jié)能效益、高精確的調(diào)速精度、寬范圍的調(diào)速范圍、完善的電力電子保護功能，以及易于實現(xiàn)的自動通信功能，得到了廣大用戶的認可和市場的確認，在運行的安全可靠、安裝使用、維修維護等方面，也給使用者帶來了極大的便利和快捷的服務(wù)，使之成為企業(yè)采用電機節(jié)能方式的首選。山東德州滬平永發(fā)造紙集團有限公司始建于1987年,其前身系平原縣板紙廠,1992年與香港永發(fā)印務(wù)有限公司合資組建德州滬平永發(fā)造紙有限公司，是平原縣首家合資企業(yè)。公司位于三國古城平原縣城西10km,西鄰105國道3km,位置優(yōu)越,交通便利。公司占地面積148萬m2，員工1880人，資產(chǎn)總額7.3

3、億元，其中固定資產(chǎn)5.5億元。建有8條高強瓦楞原紙生產(chǎn)線（另有在建3條），采用亞銨法半化學漿制漿工藝，以麥草和進口廢紙為原料，現(xiàn)年設(shè)計生產(chǎn)能力20萬噸（在建工程投產(chǎn)后年設(shè)計生產(chǎn)能力將達30萬噸），配套建設(shè)18MW熱電廠和35KV變電站，同時配建4萬m3/d懸掛鏈式深層曝氣廢水生化處理工程和300t/d臥管式黑液噴膜蒸發(fā)站（六體五效）工程，以制漿黑液為原料生產(chǎn)黏合劑和干粉，年產(chǎn)量約10萬噸。公司年銷售收入近10億元，年利稅超億元，是山東省內(nèi)集制漿、造紙、發(fā)電、治污、廢液綜合開發(fā)利用于一體的規(guī)模較大的重點造紙企業(yè)。該自備發(fā)電廠中的風機、水泵配置的電動機基本上都是250kW至400KW的高壓電動機，

4、因此變頻變流量節(jié)能應(yīng)用都需要高壓變頻器。但生產(chǎn)流程中處在不同位置的風機或水泵，和高壓變頻器組成的控制系統(tǒng)跟蹤的目標是不同的，節(jié)能的效果也是不同的?；鹆Πl(fā)電廠生產(chǎn)流程示意圖如圖中的循環(huán)水泵8。因冷卻水受發(fā)電負荷、氣候的影響，冷卻水溫會發(fā)生變化，從而影響冷凝器4的冷凝壓力并波及汽輪機3的出力和效率，即影響發(fā)電機18的出力和效率，因此循環(huán)水泵8和高壓變頻器組成的控制系統(tǒng)應(yīng)當跟蹤的是冷凝器4的冷凝壓力，以克服發(fā)電負荷、氣候變化對發(fā)電效率的影響，保持發(fā)電機組在變工況的高效運行，同時由于控制系統(tǒng)能夠根據(jù)發(fā)電出力和氣候變化自動調(diào)節(jié)冷卻水量，冷卻泵8也以最小的能耗，實現(xiàn)了發(fā)電系統(tǒng)的高效運行，自身也得到了最大的

5、節(jié)能效果。又如，圖中的引風機17，分析它和變頻器構(gòu)成的控制系統(tǒng)跟蹤的應(yīng)是鍋爐爐膛21的負壓恒定，以保證在發(fā)電變負荷、大氣壓力隨氣候變化時變鍋爐的高效燃燒，從而保持發(fā)電系統(tǒng)變工況時的高效運行。再如，圖中的送風機15，分析它和變頻器、蒸汽用量傳感器、煤量傳感器構(gòu)成的復合控制系統(tǒng)跟蹤的應(yīng)是鍋爐燃燒的風煤比，以保證在發(fā)電變負荷、大氣壓力隨氣候變化時鍋爐的高效燃燒，從而保持發(fā)電系統(tǒng)的高效運行。分析引風機17和送風機15的變頻變流量控制系統(tǒng)都基本上是定壓變流量系統(tǒng)，這是風機、水泵節(jié)能工程中最常用的模式。雖然從理論上可以證明定壓變流量節(jié)能模式是不節(jié)能的，但如果它服從整個發(fā)電系統(tǒng)高效運行的整體目標，以最小的代

6、價實現(xiàn)整個發(fā)電系統(tǒng)的高效運行，發(fā)電系統(tǒng)總體上仍是節(jié)能的，它為系統(tǒng)的整體節(jié)能目標做出了貢獻，也就發(fā)揮了變頻器的極致作用，取得了優(yōu)良的節(jié)能效果。同時由于風機、水泵配置容量比實際的需求容量普遍偏大（至少大30%），變頻器的使用也有掩蓋這個缺點取得“遮丑”的節(jié)能效果。3.自備發(fā)電廠中的風機、水泵改造過程簡述近兩年，高壓變頻器發(fā)展迅猛，涌現(xiàn)出生產(chǎn)高壓變頻器的大小廠數(shù)十家。但是，各廠家的主拓撲結(jié)構(gòu)都相差無幾。通過各種途徑的考察與比較，山東德州滬平永發(fā)造紙集團有限公司最終選擇深圳英威騰電氣股份有限公司的自主研發(fā)、生產(chǎn)的多單元串聯(lián)的高高形式的CHH100系列高壓變頻器，在2008年09月在該自備發(fā)電廠中的風機

7、、水泵配置的電動機安裝高壓變頻器,進行變頻節(jié)能改造，都取得良好的節(jié)能效果，下面對改造情況作一簡單介紹。1.為減小安裝成本，動力電纜保留了原高壓柜至電機的電纜，將電纜原接線由高壓柜牽至高壓變頻器，再重新由高壓柜到高壓變頻器敷設(shè)一根動力電纜，由于高壓變頻器房緊鄰高壓室，此電纜長度較短。2.高壓變頻器具有遠程和本機控制功能。本機控制時通過高壓變頻器控制柜上觸摸屏可就地人工啟動、停止高壓變頻器，可以調(diào)整電機轉(zhuǎn)速、頻率。遠程控制放在控制室，設(shè)有操作臺和上位機，由配電工操作控制。通過上位機配電工可以隨時了解設(shè)備的運行情況，通過操作臺可實現(xiàn)對高壓變頻器進行簡單的遠方操作。配電工可以根據(jù)工況自由選定高壓變頻器

8、“手動/自動”調(diào)速運行。3.系統(tǒng)要求控制的壓力值由手操器給定（420mA電流信號），母管壓力反饋信號經(jīng)壓力變送器檢測后，再由DCS供給。壓力比較和PID運算均由DCS完成，其變換出來信號作為變頻器給定信號，以控制電動機轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定在壓力設(shè)定值上，達到自動跟蹤管網(wǎng)壓力的目的。同時，通過變頻器的模擬量輸出接口將管網(wǎng)壓力、實際電壓、電流、頻率反饋到DCS監(jiān)控系統(tǒng)上。變頻器仍然作為一個執(zhí)行機構(gòu)，類似擋板特性，只是時間系數(shù)需要重新調(diào)整，這種調(diào)節(jié)方式比較簡便合理，只需要DCS根據(jù)以往的工頻調(diào)節(jié)方式增加變頻調(diào)節(jié)回路，以前的工頻擋板控制方式繼續(xù)保留備用。4.自備發(fā)電廠中的風機、水泵變頻調(diào)速節(jié)能分析計

9、算當采用變頻調(diào)速時，可以按需要升降電機轉(zhuǎn)速，改變風機水泵的性能曲線，使風機水泵的額定參數(shù)滿足工藝要求，根據(jù)風機水泵的相似定律，變速前后流量、壓力、功率與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為：Q1/Q2=N1/N2H1/H2=（N1/N2）P1/P2=（N1/N2）Q1、H1、P1風機水泵在N1轉(zhuǎn)速時的流量、壓力、功率Q2、H2、P2風機水泵在N2轉(zhuǎn)速時相似工況下的流量、壓力、功率假如轉(zhuǎn)速降低一半，即：N2/N1=1/2，則P2/P1=1/8，可見降低轉(zhuǎn)速能大大降低軸功率達到節(jié)能的目的。當轉(zhuǎn)速由N1降為N2時，風機水泵的額定工作參數(shù)Q、H、P都降低了。但從效率曲線-Q看，Q2與Q1點的效率值基本是一樣的。也就是說當

10、轉(zhuǎn)速降低時，額定工作參數(shù)相應(yīng)降低，但效率不會降低，有時甚至會提高。因此在滿足操作要求的前提下，風機水泵仍能在同樣甚至更高的效率下工作。降低了轉(zhuǎn)速，流量就不再用關(guān)小閥門來控制，閥門始終處于全開狀態(tài)，避免了由于關(guān)小閥門引起的壓力損失增加，也就避免了總效率的下降，確保了能源的充分利用。工頻50Hz電網(wǎng)直接啟動，對電網(wǎng)和機械沖擊較大，聲響很大，估算其啟動一次的損耗WS=0.5JO2（1+R1/R2）TM/TM-TL，風機水泵負載的平方轉(zhuǎn)矩特性與異步電動機起動時的機械特性曲線部分相似，可以TM/TM-TL=1計。而變頻軟起動損耗很小，只有上述WS的1/10，則每年的起動節(jié)能也是很可觀的。當采用變頻調(diào)速時

11、，50Hz滿載時功率因數(shù)為接近1，工作電流比電機額定電流值要低許多，這是由于變頻裝置的內(nèi)濾波電容產(chǎn)生的改善功率因數(shù)的作用，可以為電網(wǎng)節(jié)約容量20%左右。2.自備發(fā)電廠中的風機、水泵高壓變頻調(diào)速節(jié)能分析計算（1）設(shè)備參數(shù)（2）發(fā)電機不同負荷下風機運行參數(shù)統(tǒng)計（3）風機水泵節(jié)能效果分析計算工頻情況的功率計算：由于在運行過程中，爐側(cè)需根據(jù)機組負荷變化的要求同時調(diào)整A、B風機水泵完成過程控制量的調(diào)節(jié)，且A、B風機水泵運行性能指標一致;因此可以對A、B引風機運行數(shù)據(jù)分別合并處理。并且采用流量百分比和擋板開度之間關(guān)系的變化趨勢曲線對風機水泵的變頻功耗進行推倒。Pd：電動機功率;U：電動機輸入電壓;I：電動

12、機輸入電流;COS：功率因數(shù)。計算公式：Pd=1.732UICOS?，F(xiàn)取14、17MW負荷點的平均開度百分比和電動機總功率數(shù)據(jù)對100%開度情況下的總耗電功率數(shù)據(jù)特性趨勢進行計算，并且推測出100%開度情況下的總耗電功率值,即：100%擋板開度電動機全速運行情況下的實際總功率.變頻情況下的功率計算及節(jié)電率分析：風機設(shè)備屬平方轉(zhuǎn)矩負載，其轉(zhuǎn)速N與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：QN,HN2,PN3,即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。通過風機數(shù)據(jù)，依據(jù)P/Pdn=（N/N0）3=（Q/Q0）3公式可依次求得風機在采用變頻調(diào)速運行時各負荷對應(yīng)的風機總功耗。Pdn為擋板100%全開情況下的功率值等于P100。對于風機負載，閥門開度的比值可近似看成是流量的比值。變頻運行情況下，較工頻運行情況下的節(jié)電率：=（Pd-Pb）/Pd100%。隨著廠網(wǎng)分開，競價