变频器在火电厂中的应用

变频器在火电厂中的应用

1.积极引进用电项目,创造更大的效益现在，减少消费已成为各行业降低生产成本、提高产品质量和自身竞争力的重要手段之一。随着电力行业改革的深化,“厂网分家”、“竞价上网”等各种政策的出台,通过节能降耗,降低厂用电率,降低发电成本,提高电价竞争力,已成为各发电厂提高经济效益的重要工作,且由于电的能价比高,节电比节煤效益更好,在资金有限的情况下,积极引进节电项目,能在短期内创造更大的效益。我国发电厂的平均能耗非常大,在火力发电厂中,风机和水泵等低压和高压电动机是主要的耗电设备,容量大、耗电多,基本上都为连续运行且常常处于低负荷及变负荷运行状态,节能潜力十分巨大。2.触发脉冲电路变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。先通过整流器将输入的交流电整成直流,然后根据测量的控制信号将直流逆变成另一频率的交流电。其原理图如图1所示。变频器内部的控制系统主要由信号检测、控制电路、触发脉冲电路构成。其中,信号检测是通过传感器或变送器检测负荷侧的电流电压;控制电路是为获取所需的控制信号和动态特性对检测信号和给定参考输入量进行处理,产生相应的控制信号;触发脉冲电路是根据控制电路输出的控制信号产生相应的触发脉冲经隔离驱动放大驱动开关功率器件工作。变频器因分别应用于不同的电压等级(380V,6KV等)其拓扑结构亦有不同,图2和图3分别是应用于低压侧和高压侧变频器的拓扑结构。输入的三相工频电流根据需要可以选择三相全桥整流或三相半桥整流,逆变器为三相两电平结构的电压源型逆变器,通过SVPWM(电压空间矢量脉宽调制)调制技术控制逆变器开关管的通断,将直流电容电压逆变为所需频率的三相交流电压,再通过低通滤波器滤除调制产生的高频毛刺,最后与异步电动机连接。由于电力电子技术的快速发展,逆变模块更多采用饱和压降低、安全工作区宽、驱动功率低和工作频率高的新型功率器件(如IGBT、IEGT等)。图3高压变频器拓扑结构为三电平电压源型变频器(+Vdc、0、-Vdc),V1~V4代表一相桥臂中的4个功率开关,D1~D4为反并联的续流二极管,VC1、VC2为箝位二极管,所有的二极管要求有与功率开关相同的耐压等级。Vdc为一组电容二端电压,C为中心点。高压变频技术的主要方式有直接元器件串联方式、三点平方式和单元串联多电平方式等电路拓扑型式。单元串联多电平方式的高压变频技术在效率和输入功率因数等方面有明显的优势,且能明显减少输入输出的谐波,对风机和水泵等一般不要求四象限运行,具有较大的应用前景。3.系统防回热系统泵的运行用电是电厂厂用电量的主要部分,因此电厂厂用电的最有效节能降耗措施就是减少泵的耗电量。在实际运行过程中,泵的效率是随着工况点的变化而变化的。当远离设计工况点运行时,效率下降明显,所以合理调节泵的工况点可以达到节能的目的。我厂汽轮机回热系统由五级抽汽、凝汽器、两台高压加热器(简称高加)、三台低压加热器(简称低加)及除氧器组成。疏水系统高加部分由高压到低压逐级自流到高压除氧器,低加疏水从#1依次到#3低加,然后经低加疏水泵打入#3低加凝结水入口母管中。另外,低加疏水也可回凝汽器,在有必要时两者可以进行转换。3.1低加疏水泵能耗分析我厂#2低加疏水泵变频改造前,出口流量采用电动调节阀调整开度控制,调节线性度差,影响自动调节的稳定投运,且运行时调节阀节流量大,出口压力大,存在节流损失,造成电能的浪费。另一方面,由于调节性能不好,经常发生低加疏水水位过低或无水位空泵运行,造成疏水泵汽蚀,疏水管道振动大,电流变化幅度大,泵叶轮及导叶轮、泵轴、轴承、盘根等部件损坏,影响使用寿命,维修工作量大,费用高;严重时出现水位过高,导致低加振动,甚至水冲击,影响机组安全运行。下面就低加疏水泵的特性曲线分别从节流调节和变频调节两方面来分析低加疏水泵的耗能情况,如图4(a)、图4(b)所示。其中Q-H为水泵的特性曲线,Ⅰ、Ⅱ为管路特性曲线。图4(a)为水泵的节流调节特性,节流调节不改变水泵特性曲线,出口调节门开度调小,管路特性曲线由Ⅰ变到Ⅱ,与水泵特性曲线交点由2变到1,相应的耗能分别为OQ22H2,OQ11H1。图4(b)为水泵的变频调节特性,出口调节门开度最大,变频调节通过改变水泵的速度进行调节,因此管路特性曲线不变,水泵特性曲线上下移动。当速度调小时,水泵的特性曲线与管路特性曲线交点由1变到2,相应的耗能分别为OQ11H1,OQ22H2。且扬程变化不大,运行过程中压力满足系统要求,基本不做调整。显然,采用变频调节耗能要减少。进一步分析可以发现,图4(a)中,出口调节门开度越小,则出口流量Q越少,负载越来越小,接近于空载,扬程H包括实际扬程和管道阻力,实际扬程一定,则管道阻力越大,而水泵的转速不变,输出转矩和功率亦不变,大部分都消耗在管道阻力上。而图4(b)中,出口调节门开度最大,扬程H(实际扬程和管道阻力)基本不变,水泵转速随着出口流量Q的减少而减小,输出转矩和功率相应减小,消耗的电能自然也减少。3.2u3000治疗过程中根据工况需要注意补充电量我厂#2低加疏水泵在2004年10月实现变频改造,采用的是ABB公司ACS800-01-0070-3变频器。现分别取变频改造以前和以后两天的数据进行节能效果分析。#2低加疏水泵的参数:额定流量是52.5m3/h,出口压力为1.41MPa。电动机参数:额定功率是55KW,额定电压是380V,额定电流是102.6A,转速是2970r/min。变频器参数:额定功率是55KW,输入电压是(380~480V)±10%,输出电压是0~400V,输出频率是0~300Hz。8月25日和11月12日这两天#2机的运行工况基本一样,取这两天24个小时的数据进行比较。水泵电流每值取一个数值,取值的标准是抛开8个数中突变的量,其他取平均值,精确到小数点后一位。这样可得8月25日三个值的水泵电流量分别为:66.9A,65.4A,65.9A,11月12日三个值的水泵电流量分别为:39.7A,39.8A,39.3A。输入电压取380V,功率因素取0.81。因此可得#2低加疏水泵改造前,一天(2004/8/25)水泵消耗电量为:改造后,一天(2004/11/12)水泵消耗电量为:改造后消耗电量还应包括变频器本身风扇耗电量和控制电源的耗电量,充分估计每天耗电5KWh。这样每天节省的电量为:节能效果为:由此可推算出一个月、一年的节能效果,由计算结果可知变频节能比较明显,特别当变频运行在低负荷时节能效果更显著。不过一般认为,变频调速不宜低于额定转速50%,最好处于75%~100%之间。4.风机、水泵等负载在我厂,以2008年3月份为例,3台机炉满负荷运行,综合厂用电量为7.83%,循环水泵电量为9.1%,给水泵电量为26.2%,送风机、引风机电量为16.4%。风机、水泵等负载约占厂用电量的55%,6KV以上电压等级的风机、水泵等负载至少消耗其中的90%。我厂变频器的应用还只局限于低压端部分水泵,如低加疏水泵,