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火電廠高壓電動機(jī)調(diào)速節(jié)能原理及技術(shù)方案分析

文檔作者：石傳光文檔來源：廣東粵華發(fā)電有限責(zé)任公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年02月25日
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第29~／209年第3期 湖南電力 節(jié)能降耗專欄
火電廠高壓電動機(jī)調(diào)速節(jié)能原理及技術(shù)方案分析
石傳光
(廣東粵華發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東廣州510731)
摘要：介紹火力發(fā)電廠風(fēng)機(jī)和水泵電動機(jī)調(diào)速控制節(jié)能的原理，分析比較變頻調(diào)速和
斬波串級調(diào)速的技術(shù)特點，結(jié)合中山橫門發(fā)電廠引風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能方案的實例，歸納出選
擇調(diào)速控制方案時應(yīng)遵循的原則，選取符合實際情況的調(diào)速控制方式。
關(guān)鍵詞：高壓電動機(jī)；變頻調(diào)速；斬波串級調(diào)速；節(jié)能
中圖分類號：TM621；TM32 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1008-0198(2009)03-0057-03
0 引 言
電機(jī)拖動系統(tǒng)調(diào)速來自2方面的要求，一是生
產(chǎn)工藝上的要求，二是節(jié)能的要求。在交流異步電
機(jī)高效節(jié)能調(diào)速方面，根據(jù)不同用途主要是用變頻
調(diào)速技術(shù)或高頻斬波內(nèi)反饋串級調(diào)速技術(shù)。變頻技
術(shù)和斬波內(nèi)反饋串級調(diào)速技術(shù)兩者都有較高節(jié)電
率，但各有優(yōu)缺點，因此比較在發(fā)電廠風(fēng)機(jī)、水泵
類負(fù)載的調(diào)速節(jié)能改造或新機(jī)組建設(shè)項目中。選擇
何種實施方案對其經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性等方面
都有著重要意義。
1 簡述風(fēng)機(jī)和水泵調(diào)速節(jié)能原理
風(fēng)機(jī)類機(jī)械設(shè)備主要進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，以調(diào)節(jié)風(fēng)
量、擋板的開口度等方法完成工藝流程的要求。利
用調(diào)速裝置對風(fēng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制屬于減少空氣動力
節(jié)電方法，是一種較好的節(jié)電方式。它和一般常用
的調(diào)節(jié)風(fēng)門控制風(fēng)量方法比較，有著明顯的節(jié)能效
果。
在供水系統(tǒng)中，通常是以流量為控制對象的。
常見調(diào)節(jié)流量的方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法。
因此通過電機(jī)調(diào)速可以很方便實現(xiàn)節(jié)能。無論
風(fēng)機(jī)還是水泵類負(fù)載，控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是實現(xiàn)節(jié)
能最有效的手段。根據(jù)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式 =
6of(1一s)／p可知，要想實現(xiàn)電動機(jī)的變轉(zhuǎn)速運(yùn)
行，只要改變電動機(jī)電源頻率 電機(jī)轉(zhuǎn)差率s、
電機(jī)極對數(shù)P即可。而確定的電機(jī)其極數(shù)是確定
的，無法做到無級調(diào)速，變頻調(diào)速控制就是通過改
收稿日期：2009-04-21
變電源頻率，串級調(diào)速就是改變電機(jī)轉(zhuǎn)差率s實現(xiàn)
電機(jī)的調(diào)速運(yùn)行。
2 高壓變頻調(diào)速和高頻斬波串級調(diào)速
的工作原理
2．1 高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
變頻調(diào)速技術(shù)是在電機(jī)供電電源與電機(jī)定子間
加入一個可改變電機(jī)供電電源頻率的變流裝置，典
型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。
氆
母
線
圖1 變頻調(diào)速系統(tǒng)圖
變頻器作為主回路的方式有電壓源和電流源2
種，目前國內(nèi)高壓大功率變頻器普遍采用“高一
低一高” 的電壓源型變換形式，由多個功率單元
構(gòu)成多重化串連的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個單元輸出固定的
低壓電平，再由多個單元串連疊加為所需的高壓。
三相高壓電經(jīng)輸入變壓器降壓移相給功率單元柜內(nèi)
的功率單元供電每相功率單元的輸出側(cè)由每個單元
的 ， 輸出端子相互串接成星型接法直接給高壓
電機(jī)供電。供電頻率的調(diào)節(jié)由控制器控制各機(jī)功率
單元的導(dǎo)通與關(guān)閉未完成。這種調(diào)速技術(shù)特別是低
- 57 ·
節(jié)能降耗專欄 湖南電力 第29卷／20o9年第3期
轉(zhuǎn)速時的效率比其它調(diào)速技術(shù)有非常大的技術(shù)優(yōu)
勢，遠(yuǎn)比其它調(diào)速技術(shù)的效率高。
2．2 高頻斬波串級調(diào)速的工作原理
串級調(diào)速是經(jīng)典的電機(jī)調(diào)速方法，它通過控制
轉(zhuǎn)子電流，改變電機(jī)的轉(zhuǎn)差率進(jìn)行調(diào)速。高頻斬波
內(nèi)反饋調(diào)速是在串級調(diào)速、內(nèi)反饋串級調(diào)速技術(shù)基
礎(chǔ)上發(fā)展而來的，用IGBT組成的斬波環(huán)節(jié)，提高
了功率因數(shù)，減少了諧波含量，調(diào)速范圍更寬。如
圖2所示。
圖2 高頻斬波內(nèi)反饋串級調(diào)速系統(tǒng)圖
內(nèi)反饋調(diào)速電機(jī)是在標(biāo)準(zhǔn)系列繞線型電動機(jī)的
定子同槽上增設(shè)了1個反饋繞組。電機(jī)定子供給轉(zhuǎn)
子的功率(電磁功率)分為2部分：大部分變成
機(jī)械功率拖動泵與風(fēng)機(jī)負(fù)載，一小部分成為因轉(zhuǎn)速
差(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速的差，比同步轉(zhuǎn)速低)
而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子回路的轉(zhuǎn)差電功率。通過調(diào)節(jié)斬波器
改變串人轉(zhuǎn)子回路的等效電勢的大小，從而改變轉(zhuǎn)
子電流和轉(zhuǎn)差率，達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。轉(zhuǎn)子
的轉(zhuǎn)差功率又經(jīng)高頻斬波調(diào)速裝置反饋回內(nèi)饋電機(jī)
的定子反饋繞組而回收，從而達(dá)到調(diào)速和高效節(jié)能
的目的。調(diào)速范圍一般為額定轉(zhuǎn)速以下到50％ 額
定轉(zhuǎn)速或更低。
2．3 變頻調(diào)速與高頻斬波串級調(diào)速的比較
由于變頻調(diào)速與斬波串級調(diào)速的原理和方法不
同，電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式也不同，調(diào)速性能及節(jié)能效果
分析見表1。
3 調(diào)速節(jié)能實施方案實例
中山橫門發(fā)電廠原有2×125 MW重油、天然
氣雙燃料汽輪發(fā)電機(jī)組，廠用電率為6％左右，每
臺鍋爐配置引風(fēng)機(jī)2臺，電動機(jī)功率為710 kW。
鍋爐的引風(fēng)機(jī)采用進(jìn)風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)方式。由于屬于
調(diào)峰機(jī)組，負(fù)荷變化大，擋板調(diào)節(jié)頻繁，節(jié)流損失
· 58 ·
表1 調(diào)速性能及節(jié)能效果比較
項目 變頻調(diào)速方式 斬波串級調(diào)速方式
調(diào)速性能 品； 2： 筵藕蓬晝饕主 ； 電機(jī)額
性能好，能耗小
節(jié)能節(jié)能糟效集果 善 魯 龕 《孑 萼鞔馨鍪言描 曩置
I5％電驀機(jī)1 額蓬定功簍妻率 ％～ 是首霧霸 枕到 龜電藐饑戳磊
設(shè)備投資 鏖 凳 斃雍 調(diào)速少 。。～ 。。
大，增加風(fēng)機(jī)消耗的功率，系統(tǒng)振動大、噪聲大，
電動機(jī)工作效率很低，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。為節(jié)約能
源，改善鍋爐引風(fēng)機(jī)的工況，根據(jù)上級公司技改工
作計劃，要求對其進(jìn)行調(diào)速節(jié)能改造。通過對變頻
調(diào)速及高頻斬波串級調(diào)速技術(shù)方案分析，結(jié)合現(xiàn)場
設(shè)備及運(yùn)行情況，決定選用高壓變頻調(diào)速節(jié)能改造
方案。于2007年4臺引風(fēng)機(jī)變頻改造項目，表2
為2號爐改造前后風(fēng)機(jī)工況數(shù)據(jù)。
表2 110 Mw 負(fù)荷改造前后引風(fēng)機(jī)工況
明1日J(rèn) 塞匾重紅 蕉室 絲 曼! 整電量 嬰
1號機(jī)組2號機(jī)組1號機(jī)組2號機(jī)組1號機(jī)2號機(jī)
全月累計 744 744 ／ ／ 689220 170604
平均 24 24 73．o9 74．53 22233 5 503
由于2臺機(jī)組為同型機(jī)組，工況基本一致，為
方便比較，選擇全月2臺機(jī)不停機(jī)運(yùn)行的2007年
8月份，根據(jù)運(yùn)行記錄，每臺機(jī)組各運(yùn)行744 h，
具體數(shù)據(jù)見表3。2號機(jī)引風(fēng)機(jī)經(jīng)加裝變頻器改造
后平均節(jié)能率1一(5 503／22 233)=75．2％。每小
時可節(jié)能16 730／24=697 (kWh)，1年可以節(jié)能
697×8 000=557 600 (kWh )，直接經(jīng)濟(jì)效益290
萬元，而投入的成本(變頻器+建筑+材料+施
工費(fèi)用)約為220萬元，不到1年就可以收回改造
成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著，而且極大地改善風(fēng)機(jī)的工
況，設(shè)備維護(hù)量也大大減少。
2o09No．3 HUNAN ELECTRIC POWER Vo1．29
因此，在建設(shè)中應(yīng)遵循以下原則：
(1)安全第一的原則。選取質(zhì)量可靠的產(chǎn)品
對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和減少維護(hù)量很重要。
(2)節(jié)能降耗的原則。根據(jù)設(shè)備運(yùn)行特點選
擇合適的調(diào)速節(jié)能控制方案，并且能較好地改善控
制性能，提高機(jī)組整體效益。
(3)系統(tǒng)改動最小的原則。改造工程應(yīng)盡可
能避免更換原有電機(jī)，減少系統(tǒng)的改動。但是為了
改善電源結(jié)構(gòu)，消除原有系統(tǒng)的不合理因素或設(shè)備
選型嚴(yán)重不當(dāng)?shù)仍?，也可進(jìn)行較大的改造，總之
應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)合理的原則。
(4)空間適宜的原則。改造工程應(yīng)根據(jù)原系
統(tǒng)安裝空間允許的原則考慮，既要滿足設(shè)備對環(huán)境
的要求，又要盡可能安裝在現(xiàn)有的廠房，機(jī)房或控
制室等建筑物內(nèi)，避免增加土建工程。新建機(jī)組項
目則要總體規(guī)劃好，合理布局。
(5)投資經(jīng)濟(jì)性好的原則。盡量做到低投入，
高回報；對于可以間歇工作的設(shè)備，如果采用變頻
調(diào)速，可以采用“一拖Ⅳ”方案降低建造成本。
4 結(jié)束語
高壓變頻和斬波串級調(diào)速都屬于高效節(jié)能調(diào)速
技術(shù)，各有其優(yōu)缺點，在進(jìn)行調(diào)速節(jié)能方案選取時
要結(jié)合實際情況進(jìn)行取舍。隨著IGBT在變頻器及
斬波串級調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用已逐步成熟，裝置的可靠
性不斷提高，而生產(chǎn)成本的不斷下降，推廣高壓變
頻和斬波串級調(diào)速在電廠風(fēng)機(jī)及水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行中
有十分重要的社會和經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
[1]宋桂英． 內(nèi)反饋電動機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)[D]．天津：河北工業(yè)
大學(xué)，2000．
[2]陳伯時． 電力拖動自動控制系統(tǒng)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版
杜。l997．
(3]吳民強(qiáng)．泵與風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)問答[M]．北京：中國電力出版
社。1998．
[4]丁斗章．變頻調(diào)速技術(shù)與系統(tǒng)應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出
版社，2005．
作者簡介：
石傳光(1974一)，男，漢，廣東電白人，電氣工程師，本科學(xué)
歷，從事發(fā)電廠電氣專業(yè)工作。
(上接第48頁)
高能氧化鋅非線性電阻滅磁。
2．2．4 起勵單元設(shè)計
勵磁系統(tǒng)采用2種起勵方式：機(jī)組殘壓起勵和
外部輔助電源起勵。采用快速脈沖列技術(shù)以實現(xiàn)殘
壓起勵。在起勵過程中，在晶閘管整流橋的輸入端
僅需要約10—20V的電壓即可正常工作。在10 s
內(nèi)殘壓起勵失敗時，勵磁系統(tǒng)可以自動起動外部輔
助電源起勵回路。這個輔助電源起勵回路的目的在
于達(dá)到整流橋正常工作所需要的10～20V電壓。
在機(jī)端電壓達(dá)到額定電壓的10％時，起勵回路將
自動退出，立即開始軟起勵過程將機(jī)端電壓建立到
預(yù)置的電壓值完成其勵磁功能。
況表明，設(shè)計計算提出的勵磁變壓器容量及二次電
壓、功率整流柜及滅磁開關(guān)參數(shù)等主要設(shè)備技術(shù)參
數(shù)合理，滿足運(yùn)行要求，特別是對于機(jī)組自并勵方
式下的融冰運(yùn)行，在實際操作演練中經(jīng)受了檢驗，
滿足電廠外送輸電線路融冰方式下的運(yùn)行需要。
參考文獻(xiàn)
[1]李基成．現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用[M]．北京：
中國電力出版社，2002．
[2]DI／T 491—1999，大中型水輪發(fā)電機(jī)靜止整流勵磁系統(tǒng)及裝
置運(yùn)行、檢修規(guī)程[S]．北京：中國電力出版社．
[3]熊尚峰，蔣凱． 自并激勵磁方式對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響[J]．湖
南電力，2005，(3)．
3 結(jié)束語
， 女，工程師，本科，從事水電廠電氣設(shè)備的技
2號機(jī)組勵磁系統(tǒng)改造后投運(yùn)以來機(jī)組開機(jī)建 術(shù)管理工作。
壓、并網(wǎng)運(yùn)行，停機(jī)滅磁均運(yùn)行正常，實際運(yùn)行情
· 59·

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