浅析变频技术在热电厂的应用

摘 要:随着电力电子器件、微电子技术、电动机和控制理论、计算机技术、自动控制技术的发展，近年来交流电动机调速系统也有了很大的发展。微型计算机、矢量变换控制技术在高性能交流传动系统中取得了根本性的突破，由于节能效果明显，已大量采用交流调速系统。银川热电厂应用大功率变频器对热网循环水泵进行变频器控制，达到了调速操作简单和节能的目的。 关键词: 变频器;调速; 电动机控制;节能 Abstract： with the development of power electronic。pparatus，micro-electronlcs technology，electromotor Bnd automatic controlIechnology．Lhc︿C electromotor ti mjng system is alSO developing recerldy．The microcomputer and vector converting contorl theory make ultimately surmount in high-cepability Ac transmission system． Now Ac timing system is often taken to aave energy． On tlle base of applymg big power transducer In Yinchuan Cogeneration Power Pkm‘introduces lIIe prlnciple of three-phase b︿dge rectifica～on．DC—AC converter，vector COnverting control tlleory 0f asynchronous motor in order to popularize this technolology applying in power plant． Keywords：three—phasebddge rectification；Dc—Ac converler vectorconvering control theory of asynchronous motor 1 引言 在电气传动系统中，尽管直流电动机具有调速性能好，起动转矩大等优点，但因其存在机械换相这一致命弱点，使其维护不便，应用环境受到限制，且制造成本高。相对于直流电动机来说，交流电动机（特别是异步电动机）具有结构简单、坚固、运行可靠的特点，在单机容量、供电电压、速度极限等方面也优于直流电动机，因此，交流电动机在国民经济各部门得到了广泛应用。 随着电力电子器件、微电子技术、电动机和控制理论的发展，近年来交流电动机调速系统也有了很大的发展。电磁调速异步电动机、晶闸管低同步串级调速装置、变频、变压调速系统获得广泛应用;用晶闸管、大功率晶体管逆变器组成的容量从几十千瓦到几百千瓦的异步电动机变频调速系统投人了工业运行，具备了制造几千千瓦无换向器电动机的能力，微型计算机、矢量变换控制技术在高性能交流传动系统中取得了根本性的突破，历来以恒速传动的风机、水泵类负载，从节能的需要出发已大量采用交流调速系统。应用逆变器的高性能交流传动必将成为调速传动的主流。 2 问题的提出 发电厂是使用异步电动机最多的地方之一，最宜使用变频调速。目前，节能环保已经是整个社会的主流，在城市中进行热电联产机组进行集中供热是一个必然的趋势，但如何提高供热的品质，做到经济、安全、高效是每一个热电厂面临的问题。 银川热电厂二期工程完成后，总供热面积达405x10[sup]4[/sup]m[sup]2[/sup]，建设50个水一水换热站，2个汽-水换热站。换热站为无人值班，各种信号参数通过无线方式传人热电厂热网调度中心。热网首站设3个换热面积250m[sup]2[/sup]和3个640m[sup]2[/sup]的汽-水加热器，使用了7台热网循环泵，M1、M2、M3热网循环泵额定出力流量为650m[sup]3[/sup]/h，配备了3台280kw电机，额定电压6.3kV，转速295orl面n，M4、MS、M6、M7泵额定出力流量为92腼撇，配备了4台560kw电机，额定电压6.3kv，转速1470r/min。随着供热负荷的增多，在冬季正常对外界供热通过4台热网循环泵，留3台备用。但热网投人运行后下面一些问题也需要进行解决。（1） 冬季和夏季的供热负荷相差很大，夏季热负荷不到冬季热负荷的1/20。（2）为了能够达到高效经济供热的目的，二次网热网循环泵均采用了变频技术，根据天气的冷暖调节二次网供热流量，这样对一次网的流量控制就提出了很高的要求。（3）3由于一次网循环泵总供热流量大于现有供热所需流量，一次网循环泵定速运行状态下不能适应供热流量的灵活调节，为此，提出了采用变频调节的方法。 3 问题的解决 图1 中 ， M1、M4、M5、M6、M7热网循环泵定速运行，M2、M3热网循环泵可定速运行也可变速运行，用多种方法进行组合控制。在热网一次网的流量不高于6501113lh时，启动变频器进行调速;高于650 m[sup]3[/sup]/h小于920m[sup]3[/sup]/h时，启动1台920m[sup]3[/sup]/h定速泵运行，高于920m[sup]3[/sup]/h小于1840m[sup]3[/sup]/h时，2台定速，1台变频;高于1840m[sup]3[/sup]/h小于2760m[sup]3[/sup]/h时，3台定速，1台变频泵运行。 [align=center] 图1 热网循环泵系统接线[/align] 银川热电厂选用了西门子公司的Maest r面evr型变频器。这是一款低压电流源变频器，最大输出功率40kw，采用交一直一交变频方式。而且，还采用了高一低一高的接线方式。这种接线方式将高压经变压器降压，降为380V 的电压等级，通过变频器变频后，再用升压变压器升为6kv电压驱动电机工作;为了消除在变频过程中的谐波干扰，使用了1个滤波器进行滤波。这种方式的变频器价格比较合理，技术更成熟。 4 变频器调速的方法及节能原理 4.1变频器调速的方法 变频器调速是通过改变输人到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机的输出转速的目的。交流异步电动机的输出转速由下式确定: n=60f（1-s）/p 式中: n-电动机的输出转速; f-输入的电源频率; s-电动机的转差率; p-电动机的极对数。 由公式 （1）可知，电动机的输出转速与输人的电源频率、转差率、电机的极对数有关系，因而交流电动机的直接调速方式主要有:极对数调速（调整p）、转子串电阻调速、串级调速或内反馈电机（调整s）和变频调速（调整f）等。 变频器调速是从电网接收工频05HZ的交流电，经过恰当的强制变换方法，将输人的工频交流电变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出到交流电动机，实现交流电动机的变速运行。 将工频交流电变换成为可变频的交流电输出的变换方式主要有两种:一种称为直接变换方式，又称为交-交变频方式，它是通过可控整流和可控逆变的方式，将输人的工频电直接强制成为需要变频的交流输出，因而称其为交流一交流的变频方式。另一类称为间接变换方式，又称为交一直一交变频方式，它是先将输人的工频交流电通过全控/半控/不控整流变换为直流电，再将直流电通过逆变单元变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出。 4.2 调速节能的原理 通过流体力学的基本定律可知:水泵设备属平方转矩负载，其转速n与流量Q、压力（扬程）H以及轴功率P具有如下关系: 式中: Q[sup]1[/sup]、H[sup]1[/sup]、P[sup]1[/sup]-水泵在n1转速时的流量、压力（或扬程）、轴功率; Q[sup]2[/sup]、H[sup]2[/sup]、P[sup]2[/sup]-水泵在n2转速时的相似工况条件下的流量、压力（或扬程）、轴功率。 由公式（2）、（3）、（4）可知，水泵的流量与转速成正比，压力（或扬程）与其转速的平方成正比，轴功率与其转速的立方成正比。 由公式（4）可知，在条件不变的情况下，通过下调电机的运行速度，其节电效果与转速降落成立方的关系，而变频器调速就能较好地解决这一问题，达到节电的目的，而且节电效果非常明显。 5 变频器控制热网循环水泵运行及节能 如图1，热网循环泵系统接线，M1、M2、M3热网循环泵选用的是HPK-Y200-15型，流量650m[sup]3[/sup]，扬程116m[sup]3[/sup]/h，转速2950r/min泵，配用Y3553-2型功率280kw的高压电动机。M4、M5、M6、M7热网循环泵选用的是QSGT920-125型，流量920m[sup]3[/sup]/h，扬程125[sup]3[/sup]/h，转速1470r/min泵，配用Y4（X）5一型功率560kw的高压电动机。正常情况下，变频器控制M3热网循环泵运行起到调速调节的作用，热网循环泵都可以在工频下定速运行。只有当M3热网循环泵处于检修或者出现异常或者故障停运，通过电气开关刀闸切除M3热网循环泵，变频器切换到MZ热网循环泵上，控制MZ 热网循环泵运行，仍然实现变频器控制热网循环泵达到调速调节的目的。 冬季和夏季的供热负荷相差很大，夏季热负荷不到冬季热负荷的1龙0。而且在冬季每年自1月初开始供暖，到下一年的3月底结束。在此5个月期间，室外温度经过高一低～高的变化，在1日内，白天和晚上室外温度经过高一低一高的变化。为了保石创共暖质量即室内温度不得低于1此，根据室外温度的变化调整供热管网的流量和温度，流量在120m3/h-280In撇，压力在0.7MPa左右。2台或者3台定速热网循环水泵运行，再用变频器控制1台调速热网循环水泵运行。夏季，只供部分生活热水，热网循环泵采用变频器控制，1台泵运行，一次网流量在24m[sup]3[/sup]/h肠就能够满足。变频器控制热网循环水泵随时进行调整，提高了调整的精度。 在工频运行状态下Ml热网循环泵定速运行，流量为650m[sup]3[/sup]/h，为工频运行状态下的最低流量。流量最低的1台定速泵每天用电量平均为:280x24=6720kw·h，在供暖期采用变频器控制的1台热网循环泵进行流量调节，这台泵每天实际用电量平均为3680kw·b（电度表统计电量），供暖期结束后变频器控制的1台循环泵运行，这台泵每天的实际用电量平均为1860kw·h（电度表统计电量）。 在供暖期内变频器控制的热网循环泵每天节电: 6720-3680=3040（kw·h）; 供暖期结束后每天节电: 6702 -1860=4806（kw·）h; 变频器控制的热网循环泵每台泵每年节电: 5x30x3040+7x30X4860二1476600（kw·h）。 按照银川热电厂上网电价0.402负留kw·h计算，变频器控制的1台热网循环泵每年节约电: 1476600x0.402=593593.2（元）。 按照银川 热电厂超发多供电量0.175元瓜W·h计算变频器控制的热网循环泵每台每年节约电: 1476600X0.175=258405（元）。 6 对设备的影响 采用变频器调整，简化了运行方式，实现了阀门全开，减少了阀门节流的损失，且均匀调速。减少了转动设备泵的叶轮的磨损等，减少了设备的维护量。避免了直接用工频启动时的大电流大转矩对电机、电缆、开关及机械设备的不利冲击。同时，变频器控制热网循环水泵长期在低负荷运行时，电机的转矩远小于额定负荷时的转矩。减少了用工频启动时的危害。大大提高了设备的健康水平，这样不仅延长了电机的使用寿命，也减轻了轴承的磨损，提高了供热的可靠性。同时 ， 延长了设备的检修周期，减少了对设备的维护量，降低了设备的检修费用。 7 结束语 变频器自199年1月安装投运之今，变频器性能良好，运行可靠性高，维护量小。 （1）1达到了节约用电的目的，增加了银川热电厂的上网电量，提高了经济效益。 （2） 提 高 了调控的精度，保证了供热的质量，减少了人员频繁开关阀门的劳动强度。 （3） 使供热外网的压力易于维持，减少了设备的维护量。 （4） 如果银川热电厂的送风机、引风机、给水泵、循环水泵等都采用变频器技术控制调速，将在2～4年收回成本，降低厂用电，提高经济效益，达到节能降耗的目的。 参考文献: [1] 黄俊.半导体变流技术.机械工业出版社，1986. 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