變頻節(jié)能技術(shù)在大型火電機(jī)組中的推廣應(yīng)用

高 峰劉鐵柱

（1黑龍江龍?zhí)齐娏ν顿Y有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000，2大唐七臺(tái)河發(fā)電有限責(zé)任公司，黑龍江 七臺(tái)河15460）

走綠色、低碳、環(huán)保、生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展道路，已成為國(guó)內(nèi)能源企業(yè)的廣泛共識(shí)。以科技攻關(guān)和技術(shù)改造項(xiàng)目為突破口，降低各種能耗，挖掘和提升機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的潛力和能力是現(xiàn)在大型火電企業(yè)亟待解決的問(wèn)題。變頻器具有卓越的調(diào)速性能，顯著的節(jié)約電能和保護(hù)環(huán)境等作用，是發(fā)電企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。變頻器的出現(xiàn)讓發(fā)電領(lǐng)域的節(jié)能閃現(xiàn)了新的亮點(diǎn)，大力推廣適用于電動(dòng)機(jī)節(jié)能的調(diào)速技術(shù)，對(duì)節(jié)約一次能源，加快建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，讓有限的能源發(fā)揮最大作用及我國(guó)工業(yè)的發(fā)展有著舉足輕重的意義，也對(duì)整個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

一、變頻調(diào)速節(jié)能裝置的節(jié)能原理

1、變頻節(jié)能。由流體力學(xué)可知，P（功率）=Q（流量）╳ H（壓力），流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比，功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速N可成比例的下降，而此時(shí)軸輸出功率P成立方關(guān)系下降。即水泵電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。例如：一臺(tái)水泵電機(jī)功率為55KW，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的4/5時(shí)，其耗電量為28.16KW，省電48.8%，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的1/2時(shí)，其耗電量為6.875KW，省電87.5%.

2、功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能。無(wú)功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無(wú)功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，由公式P=S╳COSФ，Q=S╳SINФ，其中S－視在功率，P－有功功率，Q－無(wú)功功率，COSФ－功率因數(shù)，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通水泵電機(jī)的功率因數(shù)在0.6-0.7之間，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，COSФ≈1，從而減少了無(wú)功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。

3、軟啟動(dòng)節(jié)能。由于電機(jī)為直接啟動(dòng)或Y/D啟動(dòng)，啟動(dòng)電流等于4-7倍額定電流，這樣會(huì)對(duì)機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過(guò)高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)時(shí)對(duì)擋板和閥門的損害極大，對(duì)設(shè)備的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開(kāi)始，最大值也不超過(guò)額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長(zhǎng)了設(shè)備和閥門的使用壽命，節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。

二、變頻節(jié)能裝置在電廠中的推廣優(yōu)勢(shì)。變頻器應(yīng)用可分為兩大類：一種是用于傳動(dòng)調(diào)速，另一種是各種靜止電源，火電機(jī)組中的輔機(jī)主要應(yīng)用傳動(dòng)調(diào)速。變頻傳動(dòng)調(diào)速應(yīng)用目的就是通過(guò)對(duì)電機(jī)調(diào)速來(lái)達(dá)到節(jié)約能源。這種控制調(diào)速系統(tǒng)是人為地改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性來(lái)獲得不同的轉(zhuǎn)速，直接與拖動(dòng)機(jī)械相連接不需原機(jī)械設(shè)備做任何調(diào)整，這對(duì)于節(jié)能改造成本，保持原有機(jī)械性能都大有好處。變頻傳動(dòng)調(diào)速在電廠輔機(jī)使用上的優(yōu)點(diǎn)是：

1、不用改動(dòng)原有設(shè)備包括電機(jī)本身；2、可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，滿足傳動(dòng)機(jī)械要求；3、變頻器軟啟停功能，可以避免啟動(dòng)電流沖擊對(duì)電網(wǎng)的不良影響，減少電源容量的同時(shí)還可以減少機(jī)械慣動(dòng)量，減少機(jī)械損耗；4、不受電源頻率的影響，可以開(kāi)環(huán)、閉環(huán)控制，也可以手動(dòng)、自動(dòng)控制；5、低速時(shí)，定轉(zhuǎn)矩輸出、低速過(guò)載能力較好；6、電機(jī)的功率因數(shù)隨轉(zhuǎn)速增高功率增大而提高，使用效果較好。

機(jī)電設(shè)備配合設(shè)計(jì)原則是電機(jī)的最大功率必須滿足負(fù)載下的機(jī)械功率和轉(zhuǎn)矩，對(duì)于不同的負(fù)載，最大值并非時(shí)時(shí)刻刻都發(fā)生、負(fù)載的變化是非線性的，而電機(jī)的輸出功率卻是恒定的，這就意味著在非最大負(fù)載時(shí)電機(jī)輸出了相當(dāng)一部分多余功率，電能也就白白浪費(fèi)掉了。風(fēng)機(jī)、水泵類電廠輔機(jī)就是較典型例子，這類設(shè)備一般都是長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，甚至很久不停機(jī)。在對(duì)600MW火電機(jī)組灰渣漿泵實(shí)際檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，除在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)流量達(dá)到最大值外，近80%時(shí)間運(yùn)行在中等或低負(fù)荷狀態(tài)，總用電量至少有35%以上被浪費(fèi)掉。采用變頻調(diào)速控制，對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵類機(jī)械進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制來(lái)調(diào)節(jié)流量的方法，對(duì)節(jié)約能源，提高經(jīng)濟(jì)效益具有非常重要意義。

三、變頻節(jié)能控制技術(shù)的利弊分析

1、效益益分析。變頻節(jié)能控制技術(shù)的最大顯性效益就是指節(jié)電效益。變頻控制傳動(dòng)調(diào)速對(duì)于負(fù)載性質(zhì)和負(fù)載率的不同，節(jié)電率也是不同。據(jù)相關(guān)資料顯示，變頻控制設(shè)備一般負(fù)載率在50%左右時(shí)，節(jié)電率在20-47%左右，例如循環(huán)水泵電機(jī)、凝結(jié)水排污泵電機(jī)、除氧風(fēng)機(jī)等等，基本上平均節(jié)電率都在25-60%左右。變頻調(diào)速設(shè)備改造投資少、見(jiàn)效快，低壓變頻設(shè)備投資回報(bào)期基本上在一年左右。

變頻節(jié)能控制技術(shù)的隱性效益主要體現(xiàn)：

第一、實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟軟停，消除電機(jī)啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，減少了啟動(dòng)電流的線路損耗；第二、消除了電機(jī)因啟停所產(chǎn)生的慣動(dòng)量對(duì)設(shè)備的機(jī)械沖擊，大大降低了機(jī)械磨損，減少設(shè)備的維修，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命；第三、空調(diào)水泵的軟啟、?？朔嗽瓉?lái)停機(jī)時(shí)的水錘現(xiàn)象。

2、存在的弊端。低壓變頻器輸出波型為脈沖形式，會(huì)產(chǎn)生一些干擾，實(shí)際運(yùn)行中單臺(tái)干擾不嚴(yán)重，以30KW容量為例，干擾福射基本在10米之內(nèi)，在設(shè)計(jì)電路中加裝陷波電路或磁環(huán)或陷波線圈就可以將干擾減少到最少，一般使用時(shí)盡量遠(yuǎn)離電腦等怕干擾設(shè)備，對(duì)于多臺(tái)集中安裝時(shí)安裝位置要盡量拉開(kāi)距離，還需專門加裝陷波電路屏蔽接地，將干擾減少到最低。

四、大型火電機(jī)組變頻裝置改造分析。大型火電機(jī)組實(shí)施變頻改造是一個(gè)系統(tǒng)工程，項(xiàng)目成功與否與改造前的方案論證和參與人員的技術(shù)水平有關(guān)，也與改造后的管理有關(guān)。因此，變頻改造應(yīng)當(dāng)對(duì)以下問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)分析：

1、變頻改造后系統(tǒng)的振動(dòng)、潤(rùn)滑、諧波影響、電動(dòng)機(jī)冷卻、軸電流影響、變頻器自身冷卻系統(tǒng)、電氣與熱工控制以及相關(guān)連鎖保護(hù)、變頻設(shè)備管理與維護(hù)和改造項(xiàng)目的空間布置等。2、技術(shù)與管理并重，確保變頻裝置長(zhǎng)期安全地運(yùn)行。由于變頻裝置的運(yùn)行涉及熱控、電氣一次、繼電保護(hù)等專業(yè)以及電廠設(shè)備部、檢修部、發(fā)電部等多個(gè)部門，因此應(yīng)重視相關(guān)人員培訓(xùn)和管理制度的建立，變頻裝置必須從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、選型、交接驗(yàn)收、運(yùn)行規(guī)程的修改、運(yùn)行操作、日常維護(hù)、隨機(jī)組檢修進(jìn)行的檢查和試驗(yàn)等多方面進(jìn)行有效的管理。3、變頻器保護(hù)定值的設(shè)定要合理。由于變頻器具有軟啟動(dòng)功能，為此建議變頻器廠家配置的電動(dòng)機(jī)保護(hù)為：一是當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流達(dá)到額定電流的1.2倍時(shí)延時(shí)120秒后將變頻器停止運(yùn)行；二是當(dāng)電流達(dá)到額定電流的1.5倍時(shí)延時(shí)44秒(3倍安全系數(shù))后將變頻器停止運(yùn)行；三是當(dāng)電流達(dá)到額定電流的2～3倍時(shí)無(wú)延時(shí)將變頻器停止運(yùn)行。這樣即能對(duì)電動(dòng)機(jī)起保護(hù)作用，同時(shí)又不過(guò)保護(hù)，能夠確保機(jī)組運(yùn)行中的安全。

我國(guó)工業(yè)技術(shù)雖然有了較大的發(fā)展，但技術(shù)發(fā)展還不平衡，在很多發(fā)電企業(yè)中表現(xiàn)出來(lái)最明顯的特征依舊是能源消耗多，生產(chǎn)效率較低。變頻節(jié)能技術(shù)的推廣應(yīng)用就是要改造這些設(shè)備，提升火電機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的潛力和能力，以達(dá)到保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源的目的。

[1]胡書(shū)琴，張九根 .變頻節(jié)能技術(shù)在中央空調(diào)水系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.電氣應(yīng)用，2007年9期.