有關發(fā)電廠高壓電機節(jié)能變頻改造的思考

【摘要】隨著國家關于環(huán)境保護政策的不斷出臺，自然環(huán)境保護意識開始深入人心。在環(huán)境污染行業(yè)內，開始了大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)技術改革，降低能耗，減少污染排放。火力發(fā)電廠是國家重點關注的行業(yè)項目之一，它的改革將會牽扯到多個技術環(huán)節(jié)的改造。高壓電機變頻改造就是其中一項。本文對發(fā)電廠高壓電機節(jié)能變頻改造的應用進行闡述，并從節(jié)能管理、節(jié)能計算等多個環(huán)節(jié)對變頻改造所取得的經(jīng)濟效益與社會效果進行探討。

【關鍵詞】高壓電機；節(jié)能；變頻；改造

1.引言

風機水泵類在火電廠的輔助設備中占了較大比例，它的節(jié)能將會展現(xiàn)出非常強大的潛力。本文重點對高壓電機節(jié)能變頻技術措施進行分析，并對案例中的高壓電機改造前后的節(jié)能對比進行判斷，來根據(jù)實際需求確定變頻器的型號以及改造方案，為進一步進行施工優(yōu)化與經(jīng)濟控制奠定基礎。

2.發(fā)電廠高壓電機節(jié)能變頻改造典型用能案例

2.1華北某電廠的機組改造

華北某電廠的機組投產(chǎn)于二十世紀九十年代，它的主要輔助設備中風機與水泵采用了閥門與擋板的調節(jié)形式，嚴重地存在著能源損耗的問題，同時對閥門與擋板的損耗也存在著過快的問題。

在此電廠中重點有三個機組存在以上問題。其中5號機組水泵有三臺，電機功率為250千瓦，送風電機有兩臺，功率均為800千瓦，引風機電機功率為1250千瓦；6號機組水泵有三臺，電機功率為250千瓦，送風機電機兩臺，功率為800千瓦，引風電機兩臺，功率為1250千瓦；7號機組水泵為兩臺，電機功率為400千瓦，引風電機兩臺，功率為1250千瓦。同時有公用設備灰漿泵五臺，功率為400千瓦。[1]

在實際的生產(chǎn)過程中，凝結水泵的調節(jié)開度為30%至85%，風機擋板開度約為80%，灰漿泵調節(jié)閥開度為30%至90%。由于閥門與擋板的開度小，它的損耗存在嚴重的問題，能量消耗大，通過變頻改造，將會解決損耗大的問題

2.2豐鎮(zhèn)某發(fā)電廠改造

豐鎮(zhèn)某發(fā)電廠發(fā)電量為200兆瓦，電機容量設計裕量為10%左右，在年負荷不超過80%的實際運行過程中，經(jīng)濟性差。在風機與泵類的流量調節(jié)控制中，也存在著嚴重的能量消耗問題，需要采用高壓變頻技術，達到節(jié)能降耗的目的。[2]

3.發(fā)電廠高壓電機節(jié)能變頻改造原理簡介

高壓電機節(jié)能變頻控制器主要是利用電力半導體的通與斷將工頻電源變換為另一種頻率的電能控制裝置。它的中間環(huán)節(jié)主要包括整流、濾波、二次整流、制動、驅動與檢測微處理單元組成。由于電機的極數(shù)非連續(xù)，一般是2的倍數(shù)，通過對它進行調節(jié)，將很難達到控制電機的轉速。但是電源頻率卻是在電機之外進行調節(jié)，調節(jié)之后對電機進行能源供應，將會與轉速形成正比關系，通過這種方法，可以讓電機的轉速達到自由控制的目的。所以電機調整設備將會首選變頻技術與裝置。[3]

如果電壓不變，僅改變電源的頻率，將會導致電機燒壞的問題。所以在改變電源頻率時，要對電壓進行同時改動。在電機開動時，變頻控制器的輸出電流與起動轉矩、最大轉矩都要小于工頻電源驅動時的電機時的數(shù)值。工頻輸入電源中，起動與加速沖擊電流都比較大，會達到額定值的7倍左右。在使用變頻時，所進行的沖擊會小一些，僅為額定值的1.3倍左右，這大大降低了能耗，延長了電機的使用時間。

電機轉速快時，風機與泵類的輸出流量就會越大，輸出壓力與轉速平方成正比，所消耗的功率則與轉速的三次方成正比，當流量減低十分之一時，電機的功耗則可以降低三分之一，通過變頻調速技術改變了電機的轉速，也就改變了風機與泵類的流量，通過此種調節(jié)，可以將閥門或擋板開度調節(jié)到最大值，減少管道阻力，降低中間環(huán)節(jié)的能量消耗，提高能源利用率。[4]

由此可知，變頻改造就是調節(jié)頻率，通過改變電機的轉速來應對實際生產(chǎn)過程中的需求，達到節(jié)能的目的。在采用這種技術后，電機轉軸與負載將會直接聯(lián)系在一起，電機的供電將會由變頻器直接控制，而不是直接外部電源供電。通俗地講，變頻技術相當于實現(xiàn)了電機的無級變速。

4.高壓電機變頻改造技術的意義

4.1如上文所講，應用高壓變頻器的節(jié)能效果非常明顯；

4.2由于高壓變頻器具有優(yōu)秀的軟啟動功能，可以降低在啟動過程中電流對電動機與電網(wǎng)的沖擊，大大減少了電機產(chǎn)生故障的可能性，延長了電機的使用壽命，同時有鏟避免了電流沖擊負荷對電網(wǎng)的不利影響；

4.3高壓變頻器不需要功率補償，因為它的輸入功率因數(shù)在95%以上，這種作用將會提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，減少了不做功時的損失；

4.4有了高壓變頻調節(jié)技術，將不再需要手動進行調節(jié)，減少檢測費用；

4.5高壓變頻調節(jié)技術可以有效地對電機實現(xiàn)任何轉速的調節(jié)與確定，大大減少了負載以及電機的機械磨損，降低了軸承、軸瓦的溫度，減少了檢修費用，延長了設備與系統(tǒng)的使用壽命。[5]

5.高壓電機節(jié)能變頻改造節(jié)能測算過程

5.1在華北某電廠中的5號機組中采用高壓電機節(jié)能變頻改造技術，前后效果對比如下：

變頻改造前：

P前=1.732*U*I*cos□

平均功率P前均=ΣP前*δ（δ為機組負荷在高中低階段的時間比）

得出結果P前均=186.22千瓦

變頻改造后：

P后=P前*H3*η

平均功率P后均=ΣP后*δ（δ為機組負荷在高中低階段的時間比）=136.5千瓦

單臺水泵變頻改造后的節(jié)電率為

η=（P前均-P后均）/P前均=26.7%

單臺水泵在變頻改造后的節(jié)約電量為

ΔW=P前*η*t=216000千瓦時

5.2對豐鎮(zhèn)某發(fā)電廠的引風機節(jié)能對比進行分析[6]

200MW負荷時電廠加煤擋板全開，時變頻器不起作用；

150MW負荷時節(jié)能量為

Pi=1325-939=386千瓦，節(jié)能比為37%

130MW負荷時節(jié)能量為

Pi=1148-569=580千瓦，節(jié)能比為50%

100MW負荷時節(jié)能量為

Pi=1060-334=726千瓦，節(jié)能比為68%

4臺機組一年的節(jié)電量為2800萬千瓦時

6.結語

通過對華北某電廠的所有機組的主要輔助設備（風機與水泵）進行高壓電機變頻改造技術，完全符合國家相關的節(jié)約能源的政策，在整體的運營中非常有必要實施，它的實現(xiàn)為行業(yè)其他單位提供了模板與參考。

通過對豐鎮(zhèn)發(fā)電機組的設備進行高壓電機變頻改造，安裝了變頻器28臺，投資約為三千萬元，但通過計算可以得出每年節(jié)約5000多萬千瓦時電量，它的投資回收期約為兩年。

采用高壓電機變頻改造技術可以有效控制電機的轉速，來實現(xiàn)節(jié)能，已經(jīng)發(fā)展成為了一項相對成熟的技術，能夠在實際運用過程中實現(xiàn)安全可靠、穩(wěn)定經(jīng)濟地操作。隨著技術的進步，在高壓電機變頻改造過程中將會有更多的創(chuàng)新技術出現(xiàn)，結合發(fā)電廠的實際情況進行創(chuàng)新方案制定，最終達到節(jié)能減排的目的。