变频器在火电厂辅机传动系统的应用现状与经济性评价

变频器在火电厂辅机传动系统的应用现状与经济性评价摘要：据统计我国火电厂平均发电煤耗396g/(kWh)，比发达国家高出60～80g/(kWh)，其中一个主要原因就是国内火电厂的厂用电率明显偏高，主要厂用辅机运行效率低下，使厂用电率长期徘徊在7.5%左右……关键字：变频器火电厂辅机传动系统0前言据统计我国火电厂平均发电煤耗396g/(kWh)，比发达国家高出60～80g/(kWh)，其中一个主要原因就是国内火电厂的厂用电率明显偏高，主要厂用辅机运行效率低下，使厂用电率长期徘徊在7.5%左右。由于以下原因，近年来火电厂的厂用电率还有上升的趋势：①随着锅炉设备的改进与完善和电厂管理水平的提高，漏风、漏水率明显降低，使风机、水泵出现了明显的功率裕量过大问题，使原有的“大马拉小车”现象更为突出。②随着装机容量的增加，有些电网供电容量出现富裕，部分机组长期处于低负荷运行状态，进一步恶化了电厂辅机的运行经济性。③由于电网负荷结构的变化，负荷的峰谷差拉大，大型火电机组也要参与调峰和深调峰运行，将来甚至可能两班制运行，原有的辅机流量调节方式不能完全适应调峰要求，也会出现电能浪费和调节特性变差的情况。因此，为了抑制日益增长的厂用电率，提高火电厂经济效益，有相当多的电厂不惜投巨资，采用新兴的变频调速技术对主要辅机传动系统进行更新改造。近二年中压变频器基本上取代了其他变速驱动方式(例如液力耦合器、双速电机和串级调速驱动等)成为电厂辅机传动系统节能改造的主要技术措施之一。1火电厂大中型辅机变频器的应用现状目前，国内火电厂主要辅机传动系统变频器应用推广情况如表1所示。由表1不难看出：(1)火电厂所采用的变频调速传动系统几乎包括了目前所有的设备配置方案，即高压方案、中压方案、高低高方案和低压方案。各种方案的设备配置情况如表2所示。其中采用保留原有6kV电动机的高压方案使用最多，约占总台数的85%(74台)及总容量的93%(89650kW)；而采用中压方案和低压方案的寥寥无几，总共只有9台4780kW。表1目前火电厂辅机传动系统变频器使用情况统计表田序号是变频器生产厂初家及型式激安两

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表2各种方案的设备配置情况表设备配置方案名进线变压器变频器出线降压变压器电

动机高压方案6kV/6kV变压器6kV变频器无6kV电动机中压方案6kV/4.16kV变压器6kV/3kV变压器6kV/2.3kV变压器4.16kV变频器3kV变频器2.3kV变频器无无无4.16kV变频器3kV变频器2.3kV电动机高低高方案6kV/380V或600V380V或660V变频器(380V或660V)/6kV变压器6kV电动机低压方案6kV/660V变压器660V变频器无660V电动机6kV/380V变压器380V变频器无380V电动机(2)到目前为止，火电厂辅机传动系统中已使用或正在安装的变频器总台数约为87台，总功率达96400kW，其中功率在1000kW及以下者约48台，功率在1000～2000kW者约39台，功率在2100～2500kW者约6台。2变频器在电厂辅机节能改造应用中的经济性评价现仅引用一实例进行如下计算分析：某电厂一台125MW调峰机组，备有2台以简易导流器调节的Y4-73NO.28D离心式引风机，其额定参数为：转速n=960r/min,风量qvos=380000m3/h,全压pcos=3973Pa,效率η1＝85.5％，轴功率P=480kW。配套电动机为JSQ-158-6型，额定功率700kW，电压Un=6kV,电流In=83A,cosφ＝0.87，效率ηdn=93.5%。机组的厂用电率高达9.74%，为降低厂用电率拟改造其调节方式，以变速调节取代原有的导流器调节。拟采用的变速方案有2个：变频调速和液力调速离合器调速。拟通过技术经济比较择优选用。电厂提供的计算条件是：①机组在满负荷运行时引风机实际风量仅为额定风量90%；②管路阻力曲线经过引风机的额定工况点；③机组负荷模式如表3所示；④改造后的剩余使用寿命按10年计，年利率i=6%,上网电价按0.2元/(kWh)计。表3机组负荷模式机组负荷率/%10090807060年运行小时数/h100020005005003000燃按上述数冶据，作如下计示算号。超昼雹抗2.热1植原有调节方捐式下引风机耗提电量饺由产品样晴本查颂得鹿Y4-7垄3慌型引风机的无树因次特性曲线夹，并在其上画攻出管路的阻力扮曲线。该曲线喷是过坐标原点窜和额定工况点仁的二次抛物线怕，其表达式为冬存领渠横绍承(尽1)岛式中，素为管道系统无榜因次全压；慕为引风机的流斗量系数；滨为引风机额定正全压系数和额妄定流量系灿数弄,朴由特性曲线可徐查得在导流器久全开时，引风三机的无因次特祝性参数为长；革为引风机的功泰率系数。利用挣这些特性参数尖，可计算得到灰原有调节方式我下引风机的耗登电量，计算采糕用常规方法壤［禽1草］歉，计算步骤和炒结果如献表赢4雀所示。晚表笔4夕采用导流器偶调节时引风机嫩的耗电量计算造计算立序欺号译昂主机负荷尸率率/%100众9080廉7060括1匆政流量垃q员v悦/m遗3恐·h哄-1款3420翅00307鸽8002绳73600貌2394躁00205鹰2002脉菌流量系数尊0.18滤0.162急0.144爹0.126飘0.108虎3因稍功率系数恰(挖由岂查特性曲双线作)0.08俗40.07厕50.06辞80.06弯20.05既64议察轴功率利415.6脉7371.和1336.灶49306关.8277歌.15解走电源功率详P资B抖=某P询/饭η辰d急/kW45散5.340嘱9.637料3.883屋43312近.756须会年耗电合量禁=烫P捷B哗×漏年运行小时充数捞/kWh4抢55300赴8192膊00186摩9401扒71780泽9382沈507桥监年总耗电滨量怖2571武470岂注：表中蛮η坊d梳为电动机效率刚，由电动机效难率曲线查得。仔猫俯羊2.携2截改用变频器腔调速时，引风给机耗电量和节锡电率计烦算哲辱便改用变频嘉器调速时管路俯的阻力曲线不托变，各运行工哥况点必位于管院路阻力曲线上圣，故可利用管驶路的阻力曲线班方程由已知风理量削q裁v垒按下式计算相颜应的引风机全觉压扑p薄绳苗该(这2)腥变频调速哥时引风机效率兽η肉f凭基本不变，则出可用下式计算胳轴功率里欠抖亚P盒=博pq疫v善/1000屋η援f塘扁拦(3)廉由上述公教式计算得，在糖变频调节方式拨下引风机的耗销电量和节电率模如蛙表氏5涌所示。拖表喜5娘采用变频器副调速时引风机禁的耗电量和节僻电率计算计算序号馒主机负荷遣率溜/%100908070601传风机风量皂q衣v编/m拨3驳·s样-195.085.576.066.557.02全压醒3215.受4峰2602.令4怕2056.市3职1574.该3海1156.宣63秩引风机内效率量η饱i索/%85.585.585.585.585.54喝引风机全效率令η批f辟/%83.583.583.082.582.55玩引风机轴功率旬P者=锈pq暴v丛/1000禽η遵f索/kW365.8266.5188.3126.979.96喉电动机负载率斤β0.5230.3810.2690.180.1147拘电动机效率络η陆d分/%90.588.284.778.768.28辰变频器挪η煌v痕/%97969492919域电源输出功率拢P田B胞=廊P台/而η个d政·屋η龄v乒/kW416.7314.7236.5175.3128.710沟年耗电飞量怀=林P诊B顾·月年运行小时极数匆/kWh416700膊62940间0的11825包087650科38610鼠011古年总耗电五量非/kWh符1638予10012筛变频调速方式石节电愧率稿=(257策1470-类1638牛100)/2馒5714滴70=0.3篮63=36.查3%递2.剧3稼改用液力调翠速离合器时引乌用机的耗电量垄和节电率计算半炉采用液力章调速离合器时听，仍属于调速库调节方式，故蜂引风机的风量乱q泽v夺，全压疮p桥，引风机的效迈率夜η去f侨和轴功率图P可都与变频调速抽毫无差别，不黄同之处仅在于歪需考虑液力调逗速离合器的传糟动效率。其值示与引风机转速支成正比，即太η训v容=仅n丑/甩n描o妄=门q汁v割/竖q址v,os产…取施煮(贺4)式应用初式吉(3-4志)蚊计算得到采用开液力调速离合持器时，引风机蛇的耗电量和节趁电率如资表巩6未所示荐。嫩歇槽线2.铅4刻三种调节方支式经济性分析潮比较我拟采用的答二种改进方案悬的初投资如帜表躁7代所示。杜表令6导采用液力调科速离合调速时呼引风机的耗电夜量们计算序排号调考主机负荷菜率坟/%100刻9080落7060宁1愤替引风机轴功率喝P隐(稳取自丽表员5)365曾.8266龟.5188设.3126谎.979.练92倘稼液力调速离合父器效率悠η维v符=控n首/医n有o例=甜q基v骄/炕q材v,os峰0.90姥.810.些720.6炉30.54疼3骄粘电动机输出功谣率买P暴d照=训p膀/锋η双/kW40对6.432有9.026唯1.520涝1.414叼8.04溪脚电动机效率呆η捏d黑0.91衬0.900扇.880.换860.8钻15才铜电源输出功率蛛P奇B亦=疾p直d纱/催η迈446.6邻365.6父297.2趣234.2拾182.7上6泛看年耗电撒量粱=累P糖B符×闸年运行小时忠数渗/kWh4泥46600时7312舅00148宵6001宋17100敬5481普007棚殖年总耗电兼量黎/kWh1价991600紧8歇累节电揪率甩=(257编1470-记1991勺600)/2渣57147驳0=0.22懂6=22.6臣%膀表渠7详二种改造方井案的初投资浙变进翠频葱跌调贴农速优隶方单盐案闲液力调速率合伏器方案干式变压器戴变频器、控制揉屏电动机合计聚调节装置费裹用席/舟万元1852.515.58611.25情安装工程费厌用诊/铅万元103柴初投资总术计段/沃万元9614.25司下面用静态差恼额回收期法和肚动态总费用现蝶值法比较三种考调节方式的经后济性。静态差皮额回收期法被筛定义为二种调蓄节方案投资差况额与年运行成兔本节约额之比熔，即韵辱苍枕P蔽a捉=(捡I腹2蒜-夸I桥1芳)/(近C吗1怎-右C听2铲)郊竟锄(惩5)牲式贼中劣,励P稻a蜜为回收期宋，泪a释；储I棵2霜-暖I由1笛为方肾案拢2释与方歌案破1贴的投资差额，晕万元；当C怕1迅-申C讨2沫为方投案掩1乐与方负案颗2趋的运行费用差陵额，万元。缩总费用现萄值法是指将设苏备的总投资和京设备有效使用选期的运用费用咱按资金的时间卖价值规律拆算商到有效使用期够第一年的总费竞用栏PV劳。当多个方案虑比较时，总费虹用现值览PV饲最小者为最优种方案，即墙脸根仿PV退=渡I背+贤Cf驶搁悼垒(祝6)孤挑兰堵f设=禽［崖(青1+装i拔)左t斑-菠1困］宰/经［恢i冰(慰1+歼i竞)晒t贩］督虏(灰7)蚀式蜜中唱,拢I蛙为设备总投资怪现值，万元；俘C详为年运行费用腰，万元；考f朗为现值系数；匠i浮为贷款年利率持，留i匠=6%;胜t仪为有效使用年枯限，将t掠=1斩0泡年。劝根据悼式捏(5仿)引和糊式武(6素)塔、筝式絮(7伯)雨对三种调节方巷式经济性进行茎了比较计算，注计算结果如逆表库8质所示。半表圆8孟三种调节方产式的投资回收惑期和总费用现被值比较铺调节方哄式猫慎投资现值载I勇/裕万骄元宅革年耗电集量愁/kW·h香能年耗电费穷C姜/吨万旨元堵轧改进后年节约狡电浮费敢/群万辉元捕己回收步期颠/a社呼现值系宴数宅f虑泽副电费现谷值掀/祥万宿元妨渡总现值榴PV兽/远万价元残饿入口简易导流庸器喝025梨71470伴5旨1斤游4300攻爷7嚼核36378两.5378纱.5吊享液力调速离合宁器安14.25木1991介6003墨9.831驱1.61.不237.3拉6293.稻2307.玻4塌刑变频调垄速龄961算63810滨03质7铺抱761朋8钓闹67费5控求14怒7售悉3624.逐1337.部1纹由上述计算结翻果不难看出：谅尽管变频调速既方案节电率高而达功36.3扔%螺，比液力调速残离合器方案高东出炭13.敌7两个百分点，年膜节电电费高砌达怨18.6饺7顿万元，也比液引力调速离合器跑方案高梯出羡7.0肚7会万元，节电效坑果可谓显著。角但其总费用现缘值却比液力调闲速离合器方案多高腰29.霸7栏万元，投资回盲收期也比液力泽调速离合器方讨案高截出属3.9妨1汉年，变频调速族方案的经济性沫明显地差于液淹力调速离毒合器方案。若秋要使变频调速厉方案的总费用杆现值与液力调势速离合器方案低的总费用现值瞧相当，变频调附速装置的初投和资额应降满到倚66.复3羡万元以下，降衬幅约塞为怨31搬%还。3结论饺(1)变谋对于调峰或低串负荷运行的火顽电机组而言，可以变频调速取府代传统的入口江简易导流器鞭调节或液力变容速机械调节都掘有明显的节电蕉效果。同时变婚频调速在消除策电动机启动冲落击和提高自动殿装置投入率诸堤方面也有独到仪之处。推广使撑用这项技术，沾对降低居高不杰下的厂用电率聚，提高电厂经胳济效益和机组卸运行可靠性方嫩