浅谈火电厂中变频调速技术的节能分析

　　【摘要】本文首先分析了火电厂风机类设备与泵类设备的现状，然后结合变频调速技术的相关理论对火电厂中广泛应用的高压交流变频调速技术进行了介绍，最后浅要指出了应用变频调速技术需要注意的要点。
　　【关键词】变频调速技术；火电厂
　　1.前言
　　能源短缺是限制我国经济社会发展的重要因素，火电厂作为资源消耗大户，推行节能技术，提高能源利用率具有重大的现实意义。随着微电子技术的发展，变频调速技术以其运行稳定、故障率低、噪音污染小、节能效果显着等优点被不断的运用到火电厂节能降耗改造中。
　　2.火电厂变频调速技术的优势
　　2.1 火电厂风机及泵类设备现状
　　大型现代火力发电电厂中的风机类设备与泵类设备通常由定速电机驱动，负载转矩和转速平方成正比，采用挡板门的方式进行节流调控，虽然高效风机及水泵的额定效率已经能达到80%以上，但是为了满足汽轮机出力大于发电机出力、燃烧锅炉出力大于汽轮机出力，锅炉辅机设备出力大于燃烧锅炉出力的设计原则，电厂配置的风机和水泵设备容量远大实际值，大型风机和泵类设备处于低负荷、变负荷的运行状态。
　　据统计，大型水泵和风机的用电量约占到厂用电量的30%，再加上火电厂所用燃料与设计类型偏差较大，火电厂现有的风机、水泵、磨煤机等用电设备普遍存在着能耗高，机组负荷率偏低的问题。另一方面，为了应对电网负荷变化，参加调峰运行的机组必须能够随时调整器发电能力，而风机阀门节流调节方式缺乏可靠性，耗能过大，随着变频技术的日益完善，采用变频技术改造大型风机、泵类设备等大容量电动机被应用到火电厂中并且取得了良好的效果。
　　2.2 变频调速技术原理分析
　　三相感应电机的转速如关系如下：
　　式中：n为电机转速；f为交流电源频率；p为电机的较对数；s为异步电机的转差率。根据此公式可知，可以通过变频调速、变较调速、变差率调速几种方式改变电机转速，其中变差率调速是变频调速技术产生之前的主要调速方式，调节效率较低且调节范围窄，对电网的影响较大。除以上几种电气调速方式之外，还有液力耦合器调速、液粘离合器调速等机械调速方式。
　　典型的变频调速系统由变频器、控制装置、传动机和负载组成，变频器可以利用半导体器件的开关作用将电网工频变成可调频率输送给电机，从而调节电机速度，属于无级变速。变频调速技术的调节方式包括直流调速与交流调速两种，其中高压交流变频调速技术比较成熟，在电厂风机和泵类设备应用效果显着，是火电厂大型风机节能改造的主要手段。据统计，采用高压交流变频调速技术改造大型设备后，至少可以减少20%的厂用电量。高压变频器技术中以AC/DC/AC变频器应用较为广泛，根据直流段使用电器元件的不同，AC/DC/AC变频器又可以分为电流源型变频器和电压源型变频器，其中级联电压源型高压变频器的应用前景较好，级联多电平电压源型变频器由多个功率单元串联而成，每个功率单元都是一个低压变频器，通过三相不可控桥式整流将交流转化为直流，直流经电容器滤波后进入逆变器，逆变器采用H桥拓扑结构，输出电压为电平，再通过载波脉宽调直技术输出所需的电压阶梯波。
　　级联多平电压源型变频器技术的各器件du/dt较低，调节过程中功率因素高，不需均压电路，发热低，而且多重化配置的变频器通常采用IGBT控制，输出的电压电流波形谐波较少，电动机噪音相对较小，是高压变频技术的研究重点。
　　3.火电厂变频调速技术的应用要点
　　3.1 火电厂变频调速技术的应用条件
　　交流电动机的工作原理是通过内部磁场的旋转传递能量，如果电机的气隙磁通量过大，会导致铁心饱和，从而使励磁电流过大，烧坏电机绕组。如果电机气隙磁通量较小，电机出力不足，因此进行电机变频改造前必须保证电机的气隙磁通量恒定。另一方面，根据异步电机的变频调速的控制特性，如果电动机额定频率比供电频率低，那么电动机的电压只能保持额定电压而不能随之升高，而且此时提高频率会导致电动机气隙磁通量减弱，转矩减小。所以，电动机供电频率低于基频时为恒转矩调速，保持气隙磁通量较大值，供电频率**基频时为恒功率调速，保持较大电压输出值。
　　3.2 火电厂变频调速装置的配制
　　火电厂变频装置配制需要注意的问题如下：
　　**，火电厂的大型辅机多成对配制，一台机器基本能够满足大部分符合的要求。另外，辅机满负荷运行时采用变频技术可能增加耗损，因此可以对一台辅机进行变频改造，当机组负荷较高时，采用两机并列运行的方式，当机组负荷较低时，可以使用变频辅机单独运行，通过监测炉膛的压力自动调节风机转速；
　　*二，对异步电动机进行变频改造后，必然会影响电动机的运行状态，比如对鼠笼式异步电动机改造后，电动机定子电流中会含有高次谐波，增加电动机的耗损，造成电动机升温程度变大，效率和功率因素降低，另一方面，高压变频器电容容量衰减小，降低了电动机启动电流，延长了设备寿命。因此设计时应综合考虑系统的安全性、可靠性，必要时增设变频器旁路系统并且保证通风效果；
　　*三，风机、水泵设备的转矩与转速平方正相关，进行变频改造后，电机电流随之下降，发热量下降，为避**侧风机变频运行后两侧风路的排烟温度相差过大，可以将两路送风配置设为母管送风运行[1]；
　　*四，电动机铁心的固有频率与变频器的载波频率可能会发生谐振，从而产生较大的噪音，对此工作人员可以适当调整载波频率；*五，风机调速时必须*避开设备的临界共振转速区，以避免在调速过程中与风机绕性转子产生机械共振而损坏设备。电动机的电磁转矩含有脉动分量，普通的电流源型变频器与三平或多电平变频器相比转矩脉动分量较大，也更*引起电动机与机械负载共振，因此变频器的选型十分重要。
　　4.结语
　　降低电厂能耗不仅是降低运营成本，提高电厂竞争力的有效手段，而且也符合国家建设“两型”社会的要求，通过对大型风机、泵类设备的变频调速节能改造，可以直接降低电厂厂用电，节约煤炭资源，具有十分明显的经济效益和市场潜力，值得在火电厂中进一步推广。
　　参考文献
　　[1]范利文.高压变频调速技术在火电厂风机和泵类应用中的节能分析[J].山西科技，2013（28）：45-46.