制度管理與高壓變頻在電廠節(jié)能改造中應(yīng)用

李發(fā)林

（中國電建集團(tuán)山東電力建設(shè)第一工程有限公司，山東 濟(jì)南 250102）

0 前言

雖然我國大力發(fā)展風(fēng)能、太陽能等新型能源，但是煤炭、石油等不可再生資源仍在我國占到了較大的比例。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，我國能源消耗率處于世界落后水平，對(duì)資源的利用并不充分，火力發(fā)電每度電要比歐美等發(fā)達(dá)國家多消耗30%左右的能源，因此節(jié)能減排勢(shì)在必行。電廠的節(jié)能減排主要從發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)控，以達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。本文對(duì)電廠的發(fā)電進(jìn)行分析，然后找出節(jié)能的有效措施。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國外現(xiàn)狀

世界上出現(xiàn)最早的變頻系統(tǒng)是上世紀(jì)八十年代日本發(fā)電公司研發(fā)的1800千瓦變頻系統(tǒng)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，日本在該項(xiàng)技術(shù)上處于領(lǐng)先地位，其高壓變頻技術(shù)主要具有以下基本特點(diǎn)：

1）變頻技術(shù)更換迅速，相關(guān)生產(chǎn)工藝也在不斷完善，與實(shí)際工業(yè)聯(lián)系緊密。

2）由于發(fā)達(dá)國家對(duì)這些技術(shù)研發(fā)較早，其理論已經(jīng)相當(dāng)完善，并且相關(guān)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)具有規(guī)模性。

3）目前國外采用的變頻系統(tǒng)大多采用多電平輸出，需要自行輸入相關(guān)過濾系統(tǒng)。

1.2 國內(nèi)現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電動(dòng)機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在我國發(fā)電廠中。我國電廠中電機(jī)能耗也占到了相當(dāng)大的份額。火力發(fā)電廠的績(jī)效主要是每度電所需要的煤耗量和發(fā)電廠內(nèi)的自耗量。隨著生活水平的提高、電器的增多，居民用電量逐年增加，這對(duì)發(fā)電機(jī)的性能要求也隨之增高。提高發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)的風(fēng)機(jī)和泵等的效率，有利于提高發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效能。近年來國內(nèi)許多發(fā)電廠為了提高發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，已經(jīng)開始采用變頻系統(tǒng)調(diào)控發(fā)電廠的煤耗和用電。

2 發(fā)電廠節(jié)能管理項(xiàng)目研究

目前火電發(fā)電廠節(jié)能減排措施主要有以下幾點(diǎn)：

1）節(jié)能基礎(chǔ)管理：發(fā)電廠通過技術(shù)優(yōu)化、完善節(jié)能管理機(jī)制等基礎(chǔ)管理方面進(jìn)行節(jié)能。通過提高工作人員的節(jié)能意識(shí)，設(shè)立獎(jiǎng)懲制度激發(fā)員工節(jié)能潛力，通過建立長(zhǎng)效機(jī)制來推動(dòng)節(jié)能工作進(jìn)行。

2）節(jié)能型檢修：通過電廠內(nèi)設(shè)備的檢修來完善設(shè)備，通過檢修能夠使設(shè)備處于最佳工作狀態(tài)，降低故障率。通過檢修提高設(shè)備的可靠性。

3）燃料管理：通過燃料管理使電廠的燃料充分利用，保障能源不浪費(fèi)。選用性能好的煤，開展燃料性能研究，有利于充分利用基礎(chǔ)能源，有利于節(jié)能工作進(jìn)行。

以上主要是管理制度上的節(jié)能減排，下面介紹技術(shù)方面的節(jié)能措施。

3 發(fā)電廠高壓變頻技術(shù)節(jié)能

3.1 高壓變頻技術(shù)原理

目前市面上存在著許多類型的變頻器。輸出電平數(shù)和電壓等級(jí)、嵌位方式等都會(huì)產(chǎn)生不同類型的變頻技術(shù)。變頻技術(shù)通過控制電源的頻率來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，此技術(shù)是目前改變電動(dòng)機(jī)速度的最好辦法。高壓變頻技術(shù)能夠降低電動(dòng)機(jī)工作的電流，還可以提高設(shè)備工作的穩(wěn)定性。變頻系統(tǒng)具有許多的優(yōu)點(diǎn)，目前電廠大多采用該種方式[1]。

3.2 變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)

隨著技術(shù)不斷完善，變頻調(diào)速具有其他技術(shù)沒有的優(yōu)點(diǎn)。首先，變頻調(diào)速能夠節(jié)約能源。在傳統(tǒng)調(diào)速方法中，通過調(diào)節(jié)風(fēng)門開度來控制速度的變化存在著許多的缺點(diǎn)，例如在工藝流量小的情況下，風(fēng)機(jī)和泵機(jī)仍然按照額定功率運(yùn)行，消耗了不必要的能源。使用變頻系統(tǒng)的電機(jī)，能夠節(jié)約這部分能量損失，大大提高了電機(jī)工作效率。其次，變頻系統(tǒng)具有延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的優(yōu)點(diǎn)[2]。使用變頻系統(tǒng)能夠減少其對(duì)電網(wǎng)的沖擊，轉(zhuǎn)而提高了電動(dòng)機(jī)的壽命。變頻器可以將電動(dòng)機(jī)的不必要功率進(jìn)行補(bǔ)償，在功率運(yùn)行上，功率因數(shù)明顯提高。最后，變頻系統(tǒng)能夠?qū)﹄姍C(jī)起到保護(hù)作用。在發(fā)電功率單元出現(xiàn)意外時(shí)，變頻系統(tǒng)能夠使其旁路電路繼續(xù)正常工作。此時(shí)變頻器能夠在帶電情況下進(jìn)行功率單元變換，保證了變頻系統(tǒng)的可靠作用，平穩(wěn)調(diào)控電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等參數(shù)。電動(dòng)機(jī)會(huì)在變頻器的調(diào)控下在穩(wěn)定安全的狀況下工作。變頻系統(tǒng)調(diào)控發(fā)電機(jī)，具有其他方式無法比擬的優(yōu)勢(shì)，所以其被定為最有前景的調(diào)控方式，并被廣泛應(yīng)用在各行業(yè)中，對(duì)提高工業(yè)工作效率具有積極作用。

3.3 變頻器節(jié)能原理及形式

在高壓變頻器調(diào)控發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，通常調(diào)控氣動(dòng)閥門來控制水流量的大小。在調(diào)節(jié)過程中，氣動(dòng)閥門也有大量的能量損失，但是變頻系統(tǒng)會(huì)對(duì)設(shè)備的風(fēng)量和水量要求進(jìn)行分配，在調(diào)節(jié)后轉(zhuǎn)速達(dá)到要求。變頻器通過設(shè)備的實(shí)時(shí)負(fù)荷來調(diào)整電機(jī)的功率，然后對(duì)電機(jī)工作的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)控，由此可知，當(dāng)電動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷狀態(tài)下，變頻器將會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)控，降低設(shè)備的能耗，從而提高發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 高壓變頻器的節(jié)能方法

目前技術(shù)調(diào)控電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法主要有串極調(diào)速、變頻調(diào)速、閥門調(diào)節(jié)、外部耦合器調(diào)節(jié)和變極調(diào)節(jié)等。其中，串極調(diào)速是利用轉(zhuǎn)子電路中的電動(dòng)勢(shì)不同來控制電動(dòng)機(jī)的速度，其優(yōu)點(diǎn)是擁有極高的調(diào)速性能，缺點(diǎn)是在其調(diào)速過程非常復(fù)雜，一般只適用于繞線式電機(jī)。外部偶和調(diào)節(jié)是一種不常用的調(diào)節(jié)方式，此方法操作復(fù)雜，并且調(diào)節(jié)速率變化小。變頻調(diào)速是大力發(fā)展的一種調(diào)速方式，該方法具有很高的傳遞速率，對(duì)電機(jī)的壽命提升和設(shè)備的穩(wěn)定安全具有良好作用。閥門調(diào)節(jié)方法在調(diào)節(jié)過程中消耗了過多的不必要能量，所以其不被廣泛應(yīng)用，在調(diào)節(jié)速度中，摩擦力和阻力導(dǎo)致了能量的大量損失。

此外，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速操作比較簡(jiǎn)單，成本也比較低，缺點(diǎn)是其調(diào)速幅度較小，能量消耗相對(duì)較多，不適宜廣泛應(yīng)用。在一些直接啟動(dòng)的電機(jī)上采用軟啟動(dòng)同樣能夠起到節(jié)能的作用。通過軟起動(dòng)，能夠產(chǎn)生極大的感應(yīng)電流，電流會(huì)對(duì)電機(jī)和供電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，在長(zhǎng)時(shí)間沖擊作用下，電機(jī)的線路容易老化，嚴(yán)重影響電動(dòng)機(jī)的安全性和使用時(shí)間。在進(jìn)行變頻改造之后，變頻器能夠?qū)﹄姍C(jī)中的電流產(chǎn)生提升作用，直至達(dá)到正常電流的大小，大大減少了啟動(dòng)給電機(jī)帶來的沖擊，延長(zhǎng)了電機(jī)的使用時(shí)長(zhǎng)。

4 結(jié)論及建議

發(fā)電廠通過實(shí)行完善管理機(jī)制能夠大大減少人為浪費(fèi)能源現(xiàn)象，有利于能源的綜合利用。通過高壓變頻器來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)節(jié)能，適用于電廠內(nèi)各發(fā)電設(shè)備，能夠大大提高了能源利用效率。通過轉(zhuǎn)速控制能夠降低能耗，提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益，下一步應(yīng)該繼續(xù)發(fā)展新型技術(shù)，早日取代落后技術(shù)。