高压变频器在火力发电厂送风机上的应用

1、34 2010 年第 2 期高压变频器在火力发电厂送风机上的应用陈义中武汉工程大学研究设计院(430073The Application of High-voltage inverter in the Blower of the Power PlantChen YizhongWuhan University of technology术,以其显著的节能效益、精确的调速精度、宽阔的调速范围、完善的电力电子保护功能,以及易于实现的自动通信功能,使之成为企业首选采用的电机节能方式。1 传统挡板调风存在的问题火力发电厂在生产过程中,当发电负荷发生变化时,需要对锅炉燃烧工况进行调整,目前是通过改变挡板的

2、开度来改变锅炉的给风量进行调节,这种调节方式存在着:1.1 浪费电能设计时许多变动负载电机一般按最大需求来考虑选取电动机的容量,故设计裕量偏大,而在实际运行中,轻载运行的时间所占比例却非常高,不得不关小风门进行节流调节。风机挡板开度一般在35%60%左右1,在节流过程中,风机特性曲线不变,转速不变,仅靠关小风门,人为增加管道阻力来减小流量,大量能源浪费在克服挡风板阻力上,风机效率低下。1.2 系统稳定性及控制精度差由于风门的挡板开度与流量的非线性关系,加上执行机构机械传动间隙的影响,挡板开度调节既不灵敏又不精确,无法实现流量的快速、准确调节。1.3 节流调节运行费用大在节流调节方式中,风机长期

3、处于高速、大摘 要:阐述了发电厂风机传统风门调节存在的问题和变频调速节能的基本原理,通过单元串联型高压变频器在某火电厂送风机上的应用实例,分析了采用高压变频器的实际节能效果,指出了采用高压变频器应该注意的事项。 关键词:风机 高压变频器 变频调速 节能Abstract: The existing problem of the traditionalthrottle control of the coal-fired power plant and basic principle of frequency-control to save energy were described. The pr

4、actical effectiveness of energy-saving by application of HV frequency-control was presented through an example that a series of HV frequency convertors were connected to the blower fan of power plant. Furthermore, matters needing attantion while using HV frequency-control were pointed out.Keywords:

5、Blower fan HV Frequency convertor Energy-saving随着电力行业改革的不断深化,国家电改方案对电厂的成本控制提出了要求,降低内部电耗成为电厂关注焦点。风机是火力发电厂最主要的耗电设备之一,且容量大,耗电多,约占厂用量的25%30%1,加上这些设备都是长期连续和常常处于低负荷及变负荷运行状态,其经济运行直接关系到厂用电率的高低。如果采用高压变频器对风机进行变频调速,从而实现对风量的调节以满足负荷的变动,这样既能满足生产要求,又可节约大量电能。高压交流变频调速技术是上世纪90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技2010 年第 2 期 35负载下运行,消

6、耗电能大,维护工作繁重,设备寿命短,并且运行现场噪声大。2 高压变频器的应用及效益分析某电厂的厂用电约占到发电量8%,其中引、送风机的用电就达到2.5%以上,为降低厂用电率指标,以实现节能降耗、增强自身的市场竞争力的目的,电厂对两台与2×100M W 燃煤发电机组配置的两台型号为Y K K560-6、功率900kW 、电压等级6kV 并列运行的送风机进行了变频调速节能改造,分别在1号炉1号送风机、2号炉2号送风机安装了H A RSV ERT-1系列功率单元串联型高压变频器。设备运行以来,运行稳定可靠,取得了很好的经济效益。2.1 变频调速及节能的基本原理由异步电动机转速n =(1-s

7、 ×60f 1/p 可知,电动机的转速n 与电源的频率f 1成正比,当改变电源频率f 1时,电动机的转速n 也随之而改变,达到调节转速的目的。在变频调速时,要求在调速范围内转矩不变。因此在调节频率f 1时,根据M =C m m I 2cos 2,必须保持磁通m 不变。因为如果主磁通m 的数值增大,将会引起磁路饱和而使激磁电流增大,从而降低电动机的功率因数。如果主磁通m 减小,电源I 2不变的情况下,电磁转矩减小,电机出力下降,而m 又是由电源电压和电源频率两个因素来决定的即:U 1E 1=4.44f 1W 1K W1m可以看出:U 1/f 1E 1/f 1=4.44W 1K W1m(

8、1式中:E 1定子相电势; K W1定子绕组系数; W 1定子绕组每极匝数;m 每极磁通;其中:W 1、K W1常数。由(1式可知,只要控制好电动势和频率,便可达到控制磁通的目的。变频时,应使定子的感应电动势与频率成正比例地变化,即必须变频装置中获得电压、频率均可调节的供电电源,实现电动机无级调速。对离心式风机而言,按照流体机械的相似规律,输出风量Q 与转速n 成正比;输出压力H 与转速n 2成正比;输出轴功率P 与转速n 3成正比。可得出:Q 1/Q 2=n 1/n 2 H 1/H 2=(Q 1/Q 22P 1/P 2=(Q 1/Q 23(2采用变频调速调节风量,当所需风量减少,风机转速降低

9、时,其功率按转速的三次方下降,因此,节电效果非常可观。变频调速时,当风机转速低于额定转速时,理论节电(kWh 为: E =1-(n /n 3P T (3式中:n 额定转速, n 实际转速,P 额定转速时电动机功率, T 工作时间。图1为采用风门挡板调节和变速调节方式时,各自的风机的效率-流量曲线,从图1可知在风机的的流量由100%下降到50%时,变速调节时风机的效率平均高出30%以上。从节能观点来看,变速调速方式为最佳调节方式。2.2 节能评价变频调速改造后,我们对设备运行情况进行了跟踪记录。典型工况为连续运行,以1h 为单位,考核1h 内各段负荷在同工况(出口风压相同、制粉系统运行方式相同情

10、况下,工频运行和变频运行时的节能效果。表1和表2为1号、2号炉送风机总耗电的比较,表3为典型工况连续运行三图1 不同调节方式下风机的效率2010风量%风机效率%变频调节风机效率风门调节风机效率36 2010 年第 2 期天送风机节能情况。表1 1号炉送风机总耗电比较负荷 MW 708090100制粉系统 套单套运行单套运行单套运行单套运行送出口风压 kpa2.7/2.83.1/3.1 3.08/3.06 3.5/3.5氧量 %5/54.8/55/5 4.7/4.3工频耗电 kw·h 88297210261098变频耗电 kw·h 720756810828耗电比较 kw

11、83;h162216216270表2 2号炉送风机总耗电比较负荷 MW 708090100制粉系统 套单套运行单套运行单套运行单套运行送出口风压 kpa3.0/3.0 3.0/3.1 3.16/3.18 3.2/3.2氧量 %5/54.3/55/55/4.6工频耗电 kw·h 95498210261062变频耗电 kw·h 725746774810耗电比较 kw·h229236252252表3 送风机节能情况(单位:万kW·h 518.961.9083.071.1620.002239134.34(1按照单位小时节能情况分析:概算按各个负荷段的平均数计算,

12、1号炉每小时节约电能216kW·h ,2号炉每小时节约电能242.25kW·h ,全天双机运行共节约电能1.0998万kW·h 。以年发电量完成12亿kW·h ,日完成电量400万kW·h ,全年双机运行300天计算,两台送风机全部技改后,全年可节约电能329.94万kW·h ,按现电价0.35元/kW·h 计算,一年可节约电费115.47万元。(2按照送风机连续运行三天节能情况分析:安装两台送风机变频后,全年可节约电能263.52万kW·h ,按现电价0.35元/kW·h 计算,一年可节约电费92.23

13、万元。上述两结论数据基本相近,说明以上数据真实可信,总体上可看出,本次变频改造节能效益巨大。(3投资回收年限估算。两台变频器总投资费用,包括安装费和土建费用约380万左右,则需4年左右时间回收,如果考虑到节省系统维护的费用及系统运行可靠性的提高,综合经济效益更高,投资回收年限更短。2.3 对其它设备的影响送风机采用高压变频器调速后,大大降低了电耗,风机系统的运行工况也明显改善,有以下几个优点:1、提高了风机的自动控制能力。实现风门全开,不再需人工手动调整风门。风机实行自动调节,可控性提高了,响应速度加快,控制精度也提高了,运行和维护工作量降低。2、有效地减轻了叶轮和轴承的磨损,延长设备使用寿命

14、,大大改善了起动性能,电动机实现了真正的软起动、软停止,降低了电动机的故障率。3、降低噪音。当转速降低50%时,噪音减少十多个分贝,降噪相当可观。3 高压变频器调速注意事项3.1 可靠性方面的考虑锅炉的安全运行是全厂安全的根本保证,所以高压变频器需要有很高的可靠性,一旦出现问题,必须确保锅炉安全供气。所以,必须实现工频及变频运行的切换(旁路功能。如果在生产过程中,采用手动切换能满足设备运行工艺要求,建议尽量不要选用自动旁路。3.2 变频器输入谐波对电网的影响在火电厂辅机上采用高压变频技术时,要考虑变频系统高次谐波对供电系统的影响,以避免对电厂自动化控制系统的干扰,应采用谐波分量小的高性能变频器

15、。3.3 变频器输出波形对电动机的影响如果变频器输出波形质量不好的话,会对电动机产生不良影响,谐波会引起电动机附加发热和转矩脉动,噪声增加,输出dv/dt 和共模电压会影响电动机的绝缘。3.4 变频器运行环境影响高压变频器系统体积相对较大,选择变频器室位置,既要考虑离电动机设备不能太远,又要2010 年第 2 期 37考虑周围环境对变频器运行可能造成的影响。安装变频器室的室内温度要求最好在040,同时室内不应有较大灰尘,腐蚀或爆炸性气体或导电粉尘等。4 结论通过高压变频器在火电厂送风机的应用实践证明,火力发电厂送风机采用高压变频器调速技术是必要的、可能的,且节能效果好,适合于火电厂风机的变频调

16、速。虽然高压变频器调速装置的一次投资较大,但它所带来的回报是巨大的、长期的,建议大力推广使用。参 考 文 献1 电力节能技术丛书编委会,火力发电厂节能技术M.北京:中国电力出版社,2008,152,159.(收稿日期:2009-03-29作者简介:陈义中,男,1976年生,湖北天门人,助理工程师。异步起动永磁同步电动机实验分析与探讨李 红1 邱小华2 王中泉21. 广东工业大学信息学院(5100062. 广东美芝制冷设备有限公司(528333Test and Analysis of Line-start Permanent Magnet Synchronous MotorsLi Hong Qi

17、u Xiaohua Wang ZhongquanFaculty of Information Engineering, Guangdong University of TechnologyGuangdong Meizhi Compressor Limited就运行特征而言,异步起动永磁同步电动机是一种像异步电动机一样直接起动,又稳定运行于同步转速的电动机。就结构特点而言,异步起动永磁同步电动机定子和异步电动机一样,转子则不同,同时拥有鼠笼绕组和永磁体。鼠笼绕组为电动机提供起动转矩,也称为起动绕组,永磁体则为电动机提供工作磁场。异步起动永磁同步电动机转子铁心的截面图如图1。经过近20年的发展,尤

18、其是因为高性能永磁摘 要:介绍了2极2.45kW 异步起动永磁同步电动机的设计与试验结果,重点阐述了定子齿磁密和轭磁密之间的关系,提出了控制定子齿磁密和轭磁密,减小铁心损耗、减小铁心损耗设计值和试验值的误差的方法。结果铁心损耗与机械损耗之和从288W 减小到69W ,铁心损耗与机械损耗之和的设计值与试验值的误差从181.8%减小到11.6%。 关键词:异步起动永磁同步电动机 铁心损耗 误差 齿磁密 轭磁密Abstract: The design and the test of a line-start permanent magnet synchronous motor of 2-pole 2.45kW was introduced. The relationship of the tooth ux density and the yoke flux density of the motor was analyzed. A method was presented to control the tooth ux density and the yoke ux density in order to reduce the iron loss and the error,