变频技术在发电机组中的利用

1、变频技术在发电机组中的利用董洪帅 山东电建二公司 济南 250100 摘 要：在发电机组中，厂用电的利用率一般控制在10%-12%之间，如何去降低厂用电率问题已成为制约发电机组大型化快速发展的根本所在。本文论述在设计上采用变频技术，可使厂用电率降到一定的程度。提出一些节能方面的技术措施和建议，旨在最终实现大型发电厂以高效、低耗、环保等优势不断得到发展关键词：发电机组 电动机 调速 节能引言    我国电力工业目前发电装机容量达到3.16亿kW，年发电量达到了13500亿kWh。我国的电力消耗仅次于美国位居世界第二位，但我国人均用电只有1038kWh，还不

2、到发达国家用电水平的10%。    去年夏天，我国持续高温酷热，导致部分城市由于电力供应紧张拉闸限电。用电紧张从往年的季节性转变为全年性，出现电力、电量双缺口，机组长期高负荷运转，故障增多。我国正处于向大规模工业化和城市化过渡的快速发展阶段，能源消费增长巨大。目前我国电力能源利用效率较低、消耗高、浪费大。在过去的20年里，我国已在能源利用上取得“GDP翻两番而能源消费仅翻一番”的令人瞩目的成绩，但我国能源消耗，尤其工业用电设备浪费电能严重。据有关专家介绍:2002年我国能源消费强度为1.18吨标准煤/千美元GDP，远远高于发达国家;创造每万美元GDP所消

3、耗的能源数量，我国是美国的3倍、德国的5倍、日本的近6倍;能源系统效率为33.4%，低于国际先进水平10个百分点左右。面对用电效率不高，电力供应形势不容乐观的现实，如何科学节约用电的话题今天又引起各行各业的高度关注。随着发电机组大型化的快速发展，尤其是1000MW机组容量的建设，厂用电率高的问题越来越突出；如果不尽快解决这一问题，则成为制约发电机组大型化发展的瓶颈。在设计上积极采用变频调速技术（高压变频装置及低压变频装置）、斩波内反馈调速电机技术，业主积极调研变频等调速技术在电厂应用中遇到的问题及解决办法，在设计阶段抓好这些节能工作，厂用电降低一个百分点就节省不少钱。按135MW机组计每年因此

4、可节约电量近3000万度，价值近千万元1、电动机的功率与损耗  电动机是工矿企业生产中使用量及耗电量最多的一种电气设备。在电机拖动系统中，往往以最高负载量加上裕量来设计参数及选型，而在实际的运行中，大部分的电动机不是满载运行，而是工作于满电压、满速度而负载荷较小的状态；对于负载波动频繁的电机，在满载运行的同时，也会有很大比例的空载运行时间。    负载的变化会随着实际需求变化，因此，大多数情况存在大功率电机拖动小负载的情况（即常说的“大马拉小车”）。由电机设计和运行特性可以知道，电动机在满载运行时效率最高,功率因数COS最佳；轻载运行效率降低、

5、COS也降低，空载时COS甚至降到0.3以下，所以在轻载运行时电机的电能浪费较大。    这是因为当电机从满载变化到轻载、空载时，定子电流有功分量减小，而励磁的无功电流基本不变（所以COS降低）；由于励磁无功电流基本不变，则空载损耗中占主要成份的定子铁损耗，一点没有减少，所以效率很低。    下图表示典型的电机损耗与负荷的关系。以实际的需要改变电动机的转速，有n=60f/p采用变频技术，在不满负荷的情况下Pn3，功率的降低节省了厂用电的利用。2、变频调速技术在应用中的节能分析2.1 变频调速技术的发展状况在电力生产

6、中，泵与风机类转动设备应用较多，其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备的节流损失以及维护、维修费用占到生产成本的7%25%。随着电力体制改革的不断深入，竞价上网的不断推广，节能降耗业已成为降低生产成本、提高产品质量和电厂竞争力的重要手段之一。变频调速技术顺应了工业生产自动化发展的要求，开创了一个节能降耗新时代。变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。变频调速技术的应用一改普通电动机只能以定速方式运行的陈旧模式，使得电动机及

7、其拖动负载在无须任何改动的情况下即可以按照生产工艺要求调整转速输出，从而降低电机功耗达到系统高效运行的目的。目前，变频调速技术已经成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。选用变频系统的同时可通过与DCS的智能接口，实现设备系统的自动控制。2.2 变频调速技术节能分析通常在电力生产中最常用的控制手段则是调节阀门、风门、挡板开度的大小来调整泵与风机类转动设备。这样，不论生产的需求大小，风机都要按额定转速运转，而运行工况的变化则使得能量以阀门、风门、挡板的节流损失消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费

8、用高居不下。风机、泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象。 近年来，出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之采用变频调速器（简称变频器）易操作、免维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点；因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门、液偶的控制方案。通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，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

9、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。采用变频调速技术改变电机转速的方法，要比采用阀门、挡板调节更为节能经济，设备运行工况也将得到明显改善。 2.3与滑差调速相比滑差调速的控制方式比较典型可靠，但其存在着调速精度差、范围窄、线性不好、能耗高等缺点，而变频调速系统的特点正好克服了传统滑差调速系统的不足，具有效率高、无转差损耗、调速范围宽、特性硬、精度高、起制动方便灵活、能耗小的特点，既具有交流感应电机的长处，又具有直流电机的调速性能，有非常显著的可靠节能效果。与传统的滑差电机相比变频调速系统更有维护量小、启动电流小、系统功能较为完善、给操作人员提供了便利等优势。

10、60;3、 广泛应用高、低压变频技术渣浆泵、消防水泵等采用380V电机的设备可应用低压变频技术进行变频调速。采用6KV电机的泵与风机可应用高压变频技术，可取得明显效果。以330MW发电机组为例：可设计安装多套高压变频装置(如一次风机6KV、1000KW，引风机6KV、1800KW，凝结水泵6KV、280KW，给水泵6KV、5400KW，循环水泵6KV、800KW)例如江阴夏港电厂凝结水泵采用高压变频设备，整套设备300多万，不过一年可以省去30多万的电力损耗。 可设计安装多套低压变频装置，尤其是整体动的设备(如斗轮机、煤炭取样，给煤机）变频装置在此中的应用可以很大程度的维护设备运行，例如华电青

11、岛电厂，斗轮机，大部分采用了低压变频装置，低压变频装置在渣浆泵的应用根据流量自动调节电机的功率，可以大大降低厂用电的利用率。当采用以上措施在发电机组正式投产后，厂用电率可下降到9以下，将比不用的发电机组省掉不少的电力资源，这样就有效地克服了发电机组厂用电率高的缺陷。实践证明，变频器用于风机、泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且因此而大大减少了设备维护、维修费用，还降低了停产周期。直接和间接经济效益十分明显。 4、结论  据统计，2002年我国消耗电力16200亿kWh，其中有60%70 %的电能(约1万亿kWh)被各种类型电动机所消耗。到2002年底，我国的各类电动机的总容量是5亿kW，一亿台左右，85%是异步电机，如在设计上广泛采用变频电