高压变频器在电厂上的应用

1、高压变频器在电厂上的应用1.引言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术，主要用于交流电动机的变频调速，其技术和性能胜过其它任何一种调速方式（如降压调速、变极调速、滑差调速、内反馈串级调速和液力耦合调速）。变频调速以其显著的节能效益、高精确的调速精度、宽范围的调速范围、完善的电力电子保护功能，以及易于实现的自动通信功能，得到了广大用户的认可和市场的确认，在运行的安全可靠、安装使用、维修维护等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术，主要用于交流电动机的变频调速，其技术和性能胜过其它任何一种调速方式（如降压调速、变极调速、滑差调

2、速、内反馈串级调速和液力耦合调速）。变频调速以其显著的节能效益、高精确的调速精度、宽范围的调速范围、完善的电力电子保护功能，以及易于实现的自动通信功能，得到了广大用户的认可和市场的确认，在运行的安全可靠、安装使用、维修维护等方面，也给使用者带来了极大的便利和快捷的服务，使之成为企业采用电机节能方式的首选。山东德州沪平永发造纸集团有限公司始建于1987年,其前身系平原县板纸厂,1992年与香港永发印务有限公司合资组建德州沪平永发造纸有限公司，是平原县首家合资企业。公司位于三国古城平原县城西10km,西邻105国道3km,位置优越,交通便利。公司占地面积148万m2，员工1880人，资产总额7.3

3、亿元，其中固定资产5.5亿元。建有8条高强瓦楞原纸生产线（另有在建3条），采用亚铵法半化学浆制浆工艺，以麦草和进口废纸为原料，现年设计生产能力20万吨（在建工程投产后年设计生产能力将达30万吨），配套建设18MW热电厂和35KV变电站，同时配建4万m3/d悬挂链式深层曝气废水生化处理工程和300t/d卧管式黑液喷膜蒸发站（六体五效）工程，以制浆黑液为原料生产黏合剂和干粉，年产量约10万吨。公司年销售收入近10亿元，年利税超亿元，是山东省内集制浆、造纸、发电、治污、废液综合开发利用于一体的规模较大的重点造纸企业。该自备发电厂中的风机、水泵配置的电动机基本上都是250kW至400KW的高压电动机，

4、因此变频变流量节能应用都需要高压变频器。但生产流程中处在不同位置的风机或水泵，和高压变频器组成的控制系统跟踪的目标是不同的，节能的效果也是不同的。火力发电厂生产流程示意图如图中的循环水泵8。因冷却水受发电负荷、气候的影响，冷却水温会发生变化，从而影响冷凝器4的冷凝压力并波及汽轮机3的出力和效率，即影响发电机18的出力和效率，因此循环水泵8和高压变频器组成的控制系统应当跟踪的是冷凝器4的冷凝压力，以克服发电负荷、气候变化对发电效率的影响，保持发电机组在变工况的高效运行，同时由于控制系统能够根据发电出力和气候变化自动调节冷却水量，冷却泵8也以最小的能耗，实现了发电系统的高效运行，自身也得到了最大的

5、节能效果。又如，图中的引风机17，分析它和变频器构成的控制系统跟踪的应是锅炉炉膛21的负压恒定，以保证在发电变负荷、大气压力随气候变化时变锅炉的高效燃烧，从而保持发电系统变工况时的高效运行。再如，图中的送风机15，分析它和变频器、蒸汽用量传感器、煤量传感器构成的复合控制系统跟踪的应是锅炉燃烧的风煤比，以保证在发电变负荷、大气压力随气候变化时锅炉的高效燃烧，从而保持发电系统的高效运行。分析引风机17和送风机15的变频变流量控制系统都基本上是定压变流量系统，这是风机、水泵节能工程中最常用的模式。虽然从理论上可以证明定压变流量节能模式是不节能的，但如果它服从整个发电系统高效运行的整体目标，以最小的代

6、价实现整个发电系统的高效运行，发电系统总体上仍是节能的，它为系统的整体节能目标做出了贡献，也就发挥了变频器的极致作用，取得了优良的节能效果。同时由于风机、水泵配置容量比实际的需求容量普遍偏大（至少大30%），变频器的使用也有掩盖这个缺点取得“遮丑”的节能效果。3.自备发电厂中的风机、水泵改造过程简述近两年，高压变频器发展迅猛，涌现出生产高压变频器的大小厂数十家。但是，各厂家的主拓扑结构都相差无几。通过各种途径的考察与比较，山东德州沪平永发造纸集团有限公司最终选择深圳英威腾电气股份有限公司的自主研发、生产的多单元串联的高高形式的CHH100系列高压变频器，在2008年09月在该自备发电厂中的风机

7、、水泵配置的电动机安装高压变频器,进行变频节能改造，都取得良好的节能效果，下面对改造情况作一简单介绍。1.为减小安装成本，动力电缆保留了原高压柜至电机的电缆，将电缆原接线由高压柜牵至高压变频器，再重新由高压柜到高压变频器敷设一根动力电缆，由于高压变频器房紧邻高压室，此电缆长度较短。2.高压变频器具有远程和本机控制功能。本机控制时通过高压变频器控制柜上触摸屏可就地人工启动、停止高压变频器，可以调整电机转速、频率。远程控制放在控制室，设有操作台和上位机，由配电工操作控制。通过上位机配电工可以随时了解设备的运行情况，通过操作台可实现对高压变频器进行简单的远方操作。配电工可以根据工况自由选定高压变频器

8、“手动/自动”调速运行。3.系统要求控制的压力值由手操器给定（420mA电流信号），母管压力反馈信号经压力变送器检测后，再由DCS供给。压力比较和PID运算均由DCS完成，其变换出来信号作为变频器给定信号，以控制电动机转速，使管网的压力稳定在压力设定值上，达到自动跟踪管网压力的目的。同时，通过变频器的模拟量输出接口将管网压力、实际电压、电流、频率反馈到DCS监控系统上。变频器仍然作为一个执行机构，类似挡板特性，只是时间系数需要重新调整，这种调节方式比较简便合理，只需要DCS根据以往的工频调节方式增加变频调节回路，以前的工频挡板控制方式继续保留备用。4.自备发电厂中的风机、水泵变频调速节能分析计

9、算当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变风机水泵的性能曲线，使风机水泵的额定参数满足工艺要求，根据风机水泵的相似定律，变速前后流量、压力、功率与转速之间的关系为：Q1/Q2=N1/N2H1/H2=（N1/N2）P1/P2=（N1/N2）Q1、H1、P1风机水泵在N1转速时的流量、压力、功率Q2、H2、P2风机水泵在N2转速时相似工况下的流量、压力、功率假如转速降低一半，即：N2/N1=1/2，则P2/P1=1/8，可见降低转速能大大降低轴功率达到节能的目的。当转速由N1降为N2时，风机水泵的额定工作参数Q、H、P都降低了。但从效率曲线-Q看，Q2与Q1点的效率值基本是一样的。也就是说当

10、转速降低时，额定工作参数相应降低，但效率不会降低，有时甚至会提高。因此在满足操作要求的前提下，风机水泵仍能在同样甚至更高的效率下工作。降低了转速，流量就不再用关小阀门来控制，阀门始终处于全开状态，避免了由于关小阀门引起的压力损失增加，也就避免了总效率的下降，确保了能源的充分利用。工频50Hz电网直接启动，对电网和机械冲击较大，声响很大，估算其启动一次的损耗WS=0.5JO2（1+R1/R2）TM/TM-TL，风机水泵负载的平方转矩特性与异步电动机起动时的机械特性曲线部分相似，可以TM/TM-TL=1计。而变频软起动损耗很小，只有上述WS的1/10，则每年的起动节能也是很可观的。当采用变频调速时

11、，50Hz满载时功率因数为接近1，工作电流比电机额定电流值要低许多，这是由于变频装置的内滤波电容产生的改善功率因数的作用，可以为电网节约容量20%左右。2.自备发电厂中的风机、水泵高压变频调速节能分析计算（1）设备参数（2）发电机不同负荷下风机运行参数统计（3）风机水泵节能效果分析计算工频情况的功率计算：由于在运行过程中，炉侧需根据机组负荷变化的要求同时调整A、B风机水泵完成过程控制量的调节，且A、B风机水泵运行性能指标一致;因此可以对A、B引风机运行数据分别合并处理。并且采用流量百分比和挡板开度之间关系的变化趋势曲线对风机水泵的变频功耗进行推倒。Pd：电动机功率;U：电动机输入电压;I：电动

12、机输入电流;COS：功率因数。计算公式：Pd=1.732UICOS。现取14、17MW负荷点的平均开度百分比和电动机总功率数据对100%开度情况下的总耗电功率数据特性趋势进行计算，并且推测出100%开度情况下的总耗电功率值,即：100%挡板开度电动机全速运行情况下的实际总功率.变频情况下的功率计算及节电率分析：风机设备属平方转矩负载，其转速N与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：QN,HN2,PN3,即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。通过风机数据，依据P/Pdn=（N/N0）3=（Q/Q0）3公式可依次求得风机在采用变频调速运行时各负荷对应的风机总功耗。Pdn为挡板100%全开情况下的功率值等于P100。对于风机负载，阀门开度的比值可近似看成是流量的比值。变频运行情况下，较工频运行情况下的节电率：=（Pd-Pb）/Pd100%。随着厂网分开，竞价