興義啟明星電力發(fā)展有限公司 李 耀

1 引言

在目前能源價值不斷提升的狀況下，全世界都在關注節(jié)能的問題，節(jié)能問題變成了熱點問題，也成為發(fā)電企業(yè)運營的關鍵部分。調速方式如何調整，能夠盡可能地節(jié)約耗能成為了現(xiàn)在迫切解決的問題[1]。在現(xiàn)在，交流電動機存在的常見與成熟的調速技術包括有內(nèi)反饋、水電阻、變頻器，這幾種技術目前呈現(xiàn)的效果良好，前景也比較樂觀，可是如果就經(jīng)濟性與技術性來說，此類技術都還存在許多不同點，所擁有的優(yōu)勢與不足也大大不同[2]。

2 變頻調速技術原理簡介

變頻調速器利用更改方式，把加在電動機定子繞組里面的電源頻率進行了改動，從而使得速度發(fā)生變化。變頻裝置被設計成二類：AC-DC-AC 與AC-AC。第一種是借助整流器，把電源頻率AC 轉變成DC，之后把直流電再轉變成電壓與頻率和電壓都可以控制的交流，所以也稱為接變頻器[3]。大多數(shù)時候是用在調節(jié)交流電動機的速度。而第二種則是把電網(wǎng)頻率AC 轉變成可以通過電壓與頻率來進行控制的AC。在火力發(fā)電企業(yè)里面，大部分的輔機機械都屬于異步電動機一類[4]。

而變頻調速技術是在電機電源與電機間串聯(lián)一個變頻裝置，通過改變電機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的，變流裝置原理如圖1所示。

圖1 變流裝置原理

變頻調速技術主要有交—交變頻方式和交—直—交變頻兩種方式。

交—交變頻方式是借助逆變與可控整流的形式，將工頻交流電轉變成可變頻率的交流輸出。交—交變頻電路基本原理如圖2所示。其優(yōu)勢在于能夠直接變換所以效率比較高，而輸出波形類似于正弦波。不足在于輸出頻率較低，不可以快速運轉。所以，在一些不用快速運作的調速中使用比較寬廣。而所謂的交—直—交變頻，則是先把工頻交流電借助全控/半控/不控整流來轉成直流電，以后把直流電再借助逆變器來轉變成能夠調整頻率的交流電輸出，交—直—交變頻電路基本原理如圖3所示。

圖2 交—交變頻電路基本原理

圖3 交—直—交變頻電路基本原理

其優(yōu)勢在于不用受到電源頻率的約束，調頻范疇大，應用廣泛。交—交變頻與交—直—交變頻主要特點的比較詳見表1。

表1 交—交變頻與交—直—交變頻主要特點的比較

同時，變頻器所采用的串聯(lián)疊加的方式是不會產(chǎn)生諧波干擾的，降低了研究者分析諧波和共振等工作的工作量，同時也降低了一部分裝置的安裝成本。

3 調速節(jié)能實施方案實例

我國在近年以來發(fā)生了多地區(qū)缺電的狀況，但是因為建設期限，在短期內(nèi)不能夠處理完成。使用多種方式來減少耗電，減少現(xiàn)在的用電率，讓現(xiàn)在使用的機組能夠出力，能夠讓缺電情況得到一定緩解，推動解決火電企業(yè)燃料運力不足的現(xiàn)象。節(jié)能降耗政策已經(jīng)成為我國大力推行的政策之一，A 公司借助結構升級、布局挑整、改革技術、愛護環(huán)境、管理加強等方式，來達到節(jié)約水電、降低排放污染物的方針，利用專項節(jié)能項目，在生產(chǎn)電力途中逐步的引入高壓變頻調速技術來推動改革。

A 公司原來擁有的天然氣雙燃料汽輪發(fā)電機組、2×125MW 重油廠這二種，耗電率就達到了60%，而每一臺鍋爐都需要匹配二臺引風機，電動機的功率就達到了710kW。引風機利用進風門擋板來進行調節(jié)。因為是調峰機組的一類，載荷大、頻繁進行擋板調節(jié)，就節(jié)流造成的損失是極大的，使得功率提高，系統(tǒng)振動變大、產(chǎn)生的噪聲極大，而電動機的效率又不高，浪費資源。為了能夠達到節(jié)省能源的目的，改進引風機的問題，按照上級部門創(chuàng)造的技改工作方案，需要改造調速。借助分析高頻斬波串級與變頻調速技術，聯(lián)系公司機械與運作狀態(tài)，最終采取的調速為高壓變頻。

于2022年4臺引風機變頻改造項目，110MW 負荷改造前后引風機工況詳見表2，改造前后節(jié)能統(tǒng)計詳見表3。

表2 110MW 負荷改造前后引風機工況

表3 改造前后節(jié)能統(tǒng)計

由于兩臺機組為同型機組，工況基本一致，為方便比較，選擇全月兩臺機不停機運行的2007年8月份，根據(jù)運行記錄，每臺機組各運行744h 具體數(shù)據(jù)見表3。

2號機引風機經(jīng)加裝變頻器改造后平均節(jié)能率1-（5503/22233）×100%=75.2%。每小時可節(jié)能16730/24=697（kWh），1年可以節(jié)能697×8000=557600（kWh），直接經(jīng)濟效益290萬元，而投入的成本（包括變頻器、建筑材料、施工費用等）約為220萬元，1年內(nèi)就可以收回改造成本，經(jīng)濟效益顯著，而且極大地改善風機的工況，設備維護量也大大減少。

需要遵守的內(nèi)容如下。

一是將安全放在首位。要選擇安全可靠、質量優(yōu)質的產(chǎn)品，這對于維護系統(tǒng)，穩(wěn)定運行，維修降低具有十分關鍵的影響。

二是秉持節(jié)能降耗理念。按照運行機械的特征來挑選適合的調速節(jié)能控制方式，并且可以做到管控機械性能，增強機組效益

三是堅持改動最小。在進行改造的時候，要盡量減少更換之前的機械，系統(tǒng)的改動不能過大?？扇绻且驗殡娫唇Y構改善，解決機械不符或者是不合理的系統(tǒng)時候，可以進行相對較大的改造活動，但始終要堅持經(jīng)濟實用理念去展開改造活動。

四是貫徹空間適宜的行動。在展開改造項目的時候，需要結合原來系統(tǒng)的安裝情況，不但需要考慮到設施安裝的環(huán)境需求，還需要考慮盡量在現(xiàn)在擁有的控制室、機房、廠房里面等進行安裝，減少新建項目。在改造活動實施之前，做好全體布局，合理規(guī)劃。

五是堅持投資高效原則。要考慮公司現(xiàn)狀，盡可能達到回報高、成本低的目標，能夠間歇進行工作。

4 火電廠高壓電機調速技術的應用建議

在發(fā)電廠的動力設施里面，基本上都是運用高中壓等級的電動機。通過中、高壓電機變頻調速進行改造是減少耗能的重要方式。在電氣傳動的革命史上，交流電機變頻調速的出現(xiàn)，對工業(yè)的影響是極大的，改變了原有的結構。為響應加快變頻調速技術的應用，符合發(fā)展變化。要始終將效益提升、環(huán)保力度加強、降低節(jié)能使用貫徹到位，順應國家政策，這是轉變經(jīng)濟增長的重要手段。

通過節(jié)能活動，得到了許多經(jīng)驗。在運用高壓功率變頻裝置的過程中會出現(xiàn)狀況，如電機出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象、產(chǎn)生諧波、維修存在困難、功率因數(shù)在進行低轉速的時候不理想等，已經(jīng)尋找到合適的解決方式。從作者的實踐而言，可靠的變頻調速系統(tǒng)基本能夠讓發(fā)電企業(yè)的需求得到滿足，節(jié)能降耗的方式會起到良好的作用。

按照現(xiàn)實需求，通過對比經(jīng)濟、技術、與投資周期方面，最終選定了變頻調速的形式。如果電機系統(tǒng)是在800kW 之下，就性能方面，優(yōu)先選擇從高到低的形式，使用機電一體化，尤其就基建方面，這樣產(chǎn)生的投入也比較低，價格下降，所需要的運營花銷也比較低。改造變頻的時候，始終秉持著“安全首位、減少能耗、投資周期小，改動少、空間適合”的思想，安全必須是所有工作的基礎，節(jié)能是建設目標，為前提，而驗收標準則是回收投資的時間。

5 結語

斬波串級調速與高壓變頻均是一種效率高的都節(jié)能調速方式，哪一種都有著獨特的優(yōu)勢，而不足也是存在的，在選擇調速節(jié)能方式的時候要考慮現(xiàn)實狀況，找到最適合的?，F(xiàn)在IGBT 廣泛應用于斬波串級調速系統(tǒng)與變頻器上，技術已經(jīng)成熟，可靠性較高，投入成本較低，在電廠的優(yōu)化水系統(tǒng)與風機中，使用合適高效的調速節(jié)能方式，將會提高企業(yè)的市場份額，影響企業(yè)的發(fā)展規(guī)劃，并且為企業(yè)帶來巨大的影響。