变频调速在电厂节能中的应用

2013-10-29李林

资源节约与环保 2013年8期

李林

（中国能源建设集团广东火电工程总公司核电工程公司广东广州 510000）

电力生产是我国经济社会发展的重要支撑之一。在传统的电力生产中需要持续不断的进行生产，但是在用户端的电力使用是不断变化的，为保证用户电力应用不出现中断，在生产过程中就必须持续性的将电力设备配置在最大生产力状态，这就使得在进行电力生产的同时浪费了大量的能量和资源。整个社会的资源是有限的，为适应节约型社会的发展需求就必须在电厂中采用节能节电技术，降低设备的能量损耗。变频调速技术是一种具有良好使用效果的电厂节能技术，在电力生产系统中配置变频调速相关设备对电力设备的运行状态进行动态调整，可以有效控制和降低电力生产过程中的能源损耗。

1 变频调速技术及相关设备概述

1.1 变频调速技术及其优点分析

变频调速技术是一种基于电力电子的自动化控制技术，其利用单片机、计算机等核心处理器件对电力设备的工作功率进行控制和调整，可以获得比交流电机调速和直流电机调速等调速方式更佳的功率控制效果。

基于变频调速技术形成的变频调速器可以与多种电厂生产设备中的电机进行适配，进而调整其电机运转速度，智能控制电机的工作功率。在电厂中，水泵、风机等设备属于高损耗必需设备，这类设备在整个电厂的电量损耗中占据了超过百分之五十的份额，因此，变频调速技术及相关设备在这些设备中的应用是降低电厂能量损耗的关键点。变频调速器的优点在于：通过SPWM控制方法可以对适配设备的电机进行磁场控制，使其工作磁场由旋转磁场转变为圃形磁场，这种磁场具有更小的转矩脉动，因而具有更低的电能损耗。

1.2 变频调速器的节能实现

以风机中的变频调速器为例，其电机中的旋转磁场的转速表达式为：

而异步电机的轴转速率表达式为：

上述两个表达式中，表示定子频率，p表示磁极对数，s表示异步电机转差率。综合分析上述两式可以发现，若对定子频率进行控制和修正即可实现对风机工作电机的转速进行控制，进而实现对风机工作功率的控制。将上述原理进行拓展，对电厂所使用的离心泵和离心风机、压缩机、罗茨风机、机床以及卷绕机等使用电机的设备进行分析可以获得如下结论。

在上述电厂设备中，其电机工作时恒转矩负载与电机转速之间的关系无非正比、常数以及平方比三种关系。对于正比关系的恒转矩类负载，若能够将其转速降低一半，则可以实现百分之五十的节能效果；对于常数关系的恒功率负载，其在实际使用中应用较少，可忽略不计；对于多次方比例关系的恒转矩类负载，若将流量降低80%，其所能够节约的能耗能够达到将近50%。综上所述，采用变频调速器对电机的转动速率进行调整可以有效实现电厂的节能。

2 变频调速器在电厂节能中的应用分析

2.1 电厂变频调速节能应用概述

电厂中使用的设备种类和数量众多，其中大部分均能够配合使用变频节能器进行节能调节。以300MW的火力发电机组为例，若电厂能够达到300MW的产能，至少需要分别配置两台引风机和送风机，引风机的电机功率至少要达到2500kW，送风机的电机功率至少要达到1600kW；凝结水泵和再循环风机泵同样需要分别至少配置两台，其中，前者的电机功率不应低于1000kW，后者的电机功率不应低于475kW；除此之外，还应该配备不低于三台的循环水泵以及不低于四台的排粉风机，其中，循环水泵中的电机功率为1100kW，排粉风机中的电机功率为850kW。

可见，在电厂中需要使用电机的相关设备众多，并且每种设备的工作能耗均处于较高的状态，但是在实际应用中，每种设备可能不需要达到最高工作功率，只需要根据负载的实际情况进行适当调整即可。这就可以充分发挥变频调速器的功能优势以及性能特点，将其广泛应用在上述设备中进行节能优化和生产工艺优化。

2.2 变频调速器在风机中的应用

在电厂中所使用的风机属于无静压设备，其产生的流量与所需的转速之间为正比例关系，与所消耗的功率成三次方关系。应用1.2节中的变频调速器节能实现在风机中的拓展对风机的工作状态进行改造即可实现风机的节能。若希望在风机运转过程中得到50%的能耗降低，只需要风机的流量调整到原来的80%即可完成，可见，该节能方式还是较为容易实现和应用的。

2.3 变频调速器在泵机中的应用

泵机系统特性与风机系统特性相反，具有较高的静压值，也就是说在风机中所使用的节能方式并不适用于泵机，此时为达到节能的目的，需要对泵机系统进行高压高频改造，该改造方案的实质在于改变电源的频率，即1.2节中的f1。该应用中，首先对电机绕组中的隔离变压器进行高压分割，然后利用相关器件对分割后的电压进行整流和叠加等操作恢复高压波形，之后将恢复的高压供给泵机系统。这种工作方式不仅能够达到节能的目的，还能够增强系统的可靠性。综合来看，通过该节能改造方法，可以在泵机系统中获得30%~40%的能耗降低。