论文部分内容阅读
能源是经济发展的物质基础，2005年国务院提出建设节约型社会，中国华能集团提出到2010年公司所有企业达到资源节约型企业标准，按照要求，公司各发电单位制定了建设节约环保型企业的目标。以内蒙古乌拉山发电厂2×300MW直接空冷脱硫机组为例，年厂用电率为9.64%左右，其中高压电机耗电电率为7.88%左右，因此在火力发电厂中高压电动机采用变频技术可以降低厂用电率，能够取得良好的经济效益和社会效益。
我厂也针对设备节能降耗做了大量的工作。其中，高压辅机设备的节能降耗就是其中的重点。
众所周知，速度调节是风机、泵类负载节能的主要方法。目前，我厂火力发电机组的大型风机主要是由6kV鼠笼异步电动机直接驱动的，其流量调节大多数是采用挡板或动叶的节流调节方式，造成大量节流损失，风机及电动机运行在低效率工作区，能源浪费严重，调峰时情况更为突出。此外，从历年高压厂用电动机缺陷的统计结果看，约有10%的电动机缺陷是由启动时的大电流及对绕组的过大电磁力直接引起的。定子绕组接头开焊、转子鼠笼断条等缺陷也都与直接启动有关。
随着电网对机组深调峰、大型风机将经常运行在低负荷区并频繁启停，对电机长期安全运行及节能有很高的要求。因此，在火力发电厂中高压电动机采用变频技术可以降低厂用电率，能够取得良好的经济效益和社会效益。
1 三相异步电动机的调速
1.1 从电机学理论
（其中n为电动机转速，f为电动机电源频率，p为电动机极对数，s为转差率）可知：
要想改变电动机的转速主要有：变频调速、改变电动机的极对数、改变转差率三种方法。
（1）变频调速，从以上公式可知，三相异步电动机的同步转速与频率成正比，电动机在负载运行时，改变电源频率，即改变了同步转速，从而改变了电动机的转速。
随着大功率电子元件研制成功和计算机技术、自动控制技术的迅速发展，高压变频技术已经日益成熟。变频调速由于其良好的控制性能、显著的节能效果，已越来越广泛地应用于大型风机和泵类的中高压异步电动机的拖动系统中。它可以实现电动机随负载的变化进行调节电动机的转速；而且频率可以连续調解，转速也可平滑调节，效率高。有较强的系统保护和自诊断显示功能。当系统出现断线、缺相、电机过流及信号丢失，系统会自身保护或锁定当前转速，用显示功能可迅速查找故障点和故障内容，方便处理。
（2）改变电动机的极对数调速，从以上公式可知，三相异步电动机的转速与电动机的极对数成反比，在电源不变的情况下，改变电动机定子绕组极对数时，也可以改变电动机的转速，当电动机的极对数增加一倍，转速就下降一半，因此它可以调整转速。
这种方法具有较硬的机械特性，稳定性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低，容易接受。但是，此方法为有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。
（3）改变转差率调速。所谓改变转差率调速，就是通过改变绕线式异步电机转子电路串电阻的大小，从而改变电机的机械特性曲线，改变电机的转速，这种方法在转子绕线式异步电动机可以应用，但在鼠笼式电动机没有适用价值。
2 在火力发电厂中如何选择高压电机的变频改造
直接空冷、脱硫火力发电厂中，高压电动机主要有引风机、送风机、一次风机、磨煤机、给水泵、凝结泵、辅机循环水泵、增压风机、浆液循环泵等。机组投入运行后，如果所有高压电动机进行高压变频改造会发生很高的费用，所以不可能所有的高压电机都能进行变频改造，这就需要我们对所要改造的高压电动机进行经济分析。表1是内蒙古乌拉山发电厂2×300MW直接空冷、脱硫发电机组部分高压电机耗电率情况统计。
从下表中分析：
A. 给水泵电机功率5800 kw，正常4台泵运行，耗电率为3%，由于给水泵采用液力偶合器来调整泵的转速来达到降低耗电率的目的，故而给水泵的电耗率并不是最高；
B. 引风机电机功率为2000kw，正常4台风机运行，耗电率为1.15%；由于引风机采用静叶调节引导空气流向，故而使电耗率有所降低；
C. 送风机800kw，正常4台风机运行，耗电率为0.37%。，送风机采用动叶调节式引导空气流向，它们是通过调整风机风量来降低耗电率；
D. 一次风机电机功率1600 kw，正常4台风机运行，但耗电率为1.11%；
E. 增压风机3450 kw，2台运行，耗电率为1.16%；
F. 凝结水泵1000 kw，2台运行，耗电率0.17%；
表1直接空冷、脱硫发电机组高压电机耗电率情况统计
因此，在设备进行高压变频改造时，由于受资金等方面的影响，保证有限资金的科学利用来达到降低厂用电率的目的，在进行高压变频改造中，应该优先考虑一次风机、凝结水泵、增压风机等。
3. 进行高压电机变频改造的意义
3.1变频改造后，实现电机软启动。启动电流小于额定电流值，启动更平滑。因为电动机在直接启动过程中，笼条和端环将流过很大的启动电流，其值可达到额定电流的4-7倍（双鼠笼式电动机启动过程中，外笼条和外端环将流过很大的启动电流）。由此而产生的损耗可是笼条和端环产生200—300℃的温度，从而使端环产生相当大的热变形，端环的热变形将使笼条受到一个弯曲应力，造成电动机笼条的开焊和断裂。软启动将会使此类威胁降至最低。
3.2电机以及负载转速下降，系统效率得到提高，取得节能效果。
在火力发电厂中，为满足各种运行方式的需要，引风机、送风机、一次风机、增压风机、给水泵、凝结水泵、循环泵等设备都是按最大运行方式要求配置的。机组在低负荷运行时，这些设备只能靠调入口挡板的开度、泵的出口门来调节风量、水的流量，用挡板、出口门调节风量、水的流量会有大量的电能浪费在克服挡板、出口门的阻力上，造成厂用电率高，影响机组的经济运行。
通过流体力学的基本定律可知：风机（或水泵）的流量与其转速成正比，压力与其转速的平方成正比，轴功率与其转速的立方成正比。因此，在火力发电厂中，机组在不同负荷运行时，风机、水泵通过调整高压电动机的转速来调整风量、水的流量可以得到明显的节电效果。
3.3大大减少了对设备的维护量，节约了人力物力资源。
3.4由于电机以及负载采用转速调节后，工作特性改变，设备工况得到改善，延长设备使用寿命。
3.5 功率因数由原来的0.85左右提高到0.95以上，不仅省去了功率因数补偿装置，而且减少了线路损耗。
3.6厂房设备噪声污染将降低。
3.7能提高整个系统的自动化水平和工艺水平。
3.8节能减排、减少了温室气体的排放，保护了环境。
3.9负载改变频后，由于变频器采用单，元串联移相技术，因此在理论上可以消除35次以下谐波。由于实际制造工艺的限制。网侧电压谐波总含量可以控制在2%以内，电流谐波总含量小于2%。
3.10延长了电机的使用寿命。变频输出采用PWN技术控制，输出电压波形基本接近正弦波，谐波总含量小于2%.
参考文献
[1]申超. 发电厂高压电机节能变频改造分析研究[J]. 煤，2016，25（04）：69-70.
[2]祁杰. 有关发电厂高压电机节能变频改造的思考[J]. 科技与企业，2013，（18）：364-365.
我厂也针对设备节能降耗做了大量的工作。其中，高压辅机设备的节能降耗就是其中的重点。
众所周知，速度调节是风机、泵类负载节能的主要方法。目前，我厂火力发电机组的大型风机主要是由6kV鼠笼异步电动机直接驱动的，其流量调节大多数是采用挡板或动叶的节流调节方式，造成大量节流损失，风机及电动机运行在低效率工作区，能源浪费严重，调峰时情况更为突出。此外，从历年高压厂用电动机缺陷的统计结果看，约有10%的电动机缺陷是由启动时的大电流及对绕组的过大电磁力直接引起的。定子绕组接头开焊、转子鼠笼断条等缺陷也都与直接启动有关。
随着电网对机组深调峰、大型风机将经常运行在低负荷区并频繁启停，对电机长期安全运行及节能有很高的要求。因此，在火力发电厂中高压电动机采用变频技术可以降低厂用电率，能够取得良好的经济效益和社会效益。
1 三相异步电动机的调速
1.1 从电机学理论
（其中n为电动机转速，f为电动机电源频率，p为电动机极对数，s为转差率）可知：
要想改变电动机的转速主要有：变频调速、改变电动机的极对数、改变转差率三种方法。
（1）变频调速，从以上公式可知，三相异步电动机的同步转速与频率成正比，电动机在负载运行时，改变电源频率，即改变了同步转速，从而改变了电动机的转速。
随着大功率电子元件研制成功和计算机技术、自动控制技术的迅速发展，高压变频技术已经日益成熟。变频调速由于其良好的控制性能、显著的节能效果，已越来越广泛地应用于大型风机和泵类的中高压异步电动机的拖动系统中。它可以实现电动机随负载的变化进行调节电动机的转速；而且频率可以连续調解，转速也可平滑调节，效率高。有较强的系统保护和自诊断显示功能。当系统出现断线、缺相、电机过流及信号丢失，系统会自身保护或锁定当前转速，用显示功能可迅速查找故障点和故障内容，方便处理。
（2）改变电动机的极对数调速，从以上公式可知，三相异步电动机的转速与电动机的极对数成反比，在电源不变的情况下，改变电动机定子绕组极对数时，也可以改变电动机的转速，当电动机的极对数增加一倍，转速就下降一半，因此它可以调整转速。
这种方法具有较硬的机械特性，稳定性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低，容易接受。但是，此方法为有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。
（3）改变转差率调速。所谓改变转差率调速，就是通过改变绕线式异步电机转子电路串电阻的大小，从而改变电机的机械特性曲线，改变电机的转速，这种方法在转子绕线式异步电动机可以应用，但在鼠笼式电动机没有适用价值。
2 在火力发电厂中如何选择高压电机的变频改造
直接空冷、脱硫火力发电厂中，高压电动机主要有引风机、送风机、一次风机、磨煤机、给水泵、凝结泵、辅机循环水泵、增压风机、浆液循环泵等。机组投入运行后，如果所有高压电动机进行高压变频改造会发生很高的费用，所以不可能所有的高压电机都能进行变频改造，这就需要我们对所要改造的高压电动机进行经济分析。表1是内蒙古乌拉山发电厂2×300MW直接空冷、脱硫发电机组部分高压电机耗电率情况统计。
从下表中分析：
A. 给水泵电机功率5800 kw，正常4台泵运行，耗电率为3%，由于给水泵采用液力偶合器来调整泵的转速来达到降低耗电率的目的，故而给水泵的电耗率并不是最高；
B. 引风机电机功率为2000kw，正常4台风机运行，耗电率为1.15%；由于引风机采用静叶调节引导空气流向，故而使电耗率有所降低；
C. 送风机800kw，正常4台风机运行，耗电率为0.37%。，送风机采用动叶调节式引导空气流向，它们是通过调整风机风量来降低耗电率；
D. 一次风机电机功率1600 kw，正常4台风机运行，但耗电率为1.11%；
E. 增压风机3450 kw，2台运行，耗电率为1.16%；
F. 凝结水泵1000 kw，2台运行，耗电率0.17%；
表1直接空冷、脱硫发电机组高压电机耗电率情况统计
因此，在设备进行高压变频改造时，由于受资金等方面的影响，保证有限资金的科学利用来达到降低厂用电率的目的，在进行高压变频改造中，应该优先考虑一次风机、凝结水泵、增压风机等。
3. 进行高压电机变频改造的意义
3.1变频改造后，实现电机软启动。启动电流小于额定电流值，启动更平滑。因为电动机在直接启动过程中，笼条和端环将流过很大的启动电流，其值可达到额定电流的4-7倍（双鼠笼式电动机启动过程中，外笼条和外端环将流过很大的启动电流）。由此而产生的损耗可是笼条和端环产生200—300℃的温度，从而使端环产生相当大的热变形，端环的热变形将使笼条受到一个弯曲应力，造成电动机笼条的开焊和断裂。软启动将会使此类威胁降至最低。
3.2电机以及负载转速下降，系统效率得到提高，取得节能效果。
在火力发电厂中，为满足各种运行方式的需要，引风机、送风机、一次风机、增压风机、给水泵、凝结水泵、循环泵等设备都是按最大运行方式要求配置的。机组在低负荷运行时，这些设备只能靠调入口挡板的开度、泵的出口门来调节风量、水的流量，用挡板、出口门调节风量、水的流量会有大量的电能浪费在克服挡板、出口门的阻力上，造成厂用电率高，影响机组的经济运行。
通过流体力学的基本定律可知：风机（或水泵）的流量与其转速成正比，压力与其转速的平方成正比，轴功率与其转速的立方成正比。因此，在火力发电厂中，机组在不同负荷运行时，风机、水泵通过调整高压电动机的转速来调整风量、水的流量可以得到明显的节电效果。
3.3大大减少了对设备的维护量，节约了人力物力资源。
3.4由于电机以及负载采用转速调节后，工作特性改变，设备工况得到改善，延长设备使用寿命。
3.5 功率因数由原来的0.85左右提高到0.95以上，不仅省去了功率因数补偿装置，而且减少了线路损耗。
3.6厂房设备噪声污染将降低。
3.7能提高整个系统的自动化水平和工艺水平。
3.8节能减排、减少了温室气体的排放，保护了环境。
3.9负载改变频后，由于变频器采用单，元串联移相技术，因此在理论上可以消除35次以下谐波。由于实际制造工艺的限制。网侧电压谐波总含量可以控制在2%以内，电流谐波总含量小于2%。
3.10延长了电机的使用寿命。变频输出采用PWN技术控制，输出电压波形基本接近正弦波，谐波总含量小于2%.
参考文献
[1]申超. 发电厂高压电机节能变频改造分析研究[J]. 煤，2016，25（04）：69-70.
[2]祁杰. 有关发电厂高压电机节能变频改造的思考[J]. 科技与企业，2013，（18）：364-365.