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火電廠高壓電動機調(diào)速節(jié)能原理及技術方案分析

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
火電廠高壓電動機調(diào)速節(jié)能原理及技術方案分析
石傳光
(廣東粵華發(fā)電有限責任公司，廣東廣州510731)
摘要：介紹火力發(fā)電廠風機和水泵電動機調(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)速的技術特點，結合中山橫門發(fā)電廠引風機調(diào)速節(jié)能方案的實例，歸納出選
擇調(diào)速控制方案時應遵循的原則，選取符合實際情況的調(diào)速控制方式。
關鍵詞：高壓電動機；變頻調(diào)速；斬波串級調(diào)速；節(jié)能
中圖分類號：TM621；TM32 文獻標識碼：B 文章編號：1008-0198(2009)03-0057-03
0 引 言
電機拖動系統(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)速技術或高頻斬波內(nèi)反饋串級調(diào)速技術。變頻技
術和斬波內(nèi)反饋串級調(diào)速技術兩者都有較高節(jié)電
率，但各有優(yōu)缺點，因此比較在發(fā)電廠風機、水泵
類負載的調(diào)速節(jié)能改造或新機組建設項目中。選擇
何種實施方案對其經(jīng)濟性、安全性和可靠性等方面
都有著重要意義。
1 簡述風機和水泵調(diào)速節(jié)能原理
風機類機械設備主要進行轉速控制，以調(diào)節(jié)風
量、擋板的開口度等方法完成工藝流程的要求。利
用調(diào)速裝置對風機進行轉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)風門控制風量方法比較，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速控制法。
因此通過電機調(diào)速可以很方便實現(xiàn)節(jié)能。無論
風機還是水泵類負載，控制電動機的轉速是實現(xiàn)節(jié)
能最有效的手段。根據(jù)異步電動機的轉速公式 =
6of(1一s)／p可知，要想實現(xiàn)電動機的變轉速運
行，只要改變電動機電源頻率 電機轉差率s、
電機極對數(shù)P即可。而確定的電機其極數(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)速就是改變電機轉差率s實現(xiàn)
電機的調(diào)速運行。
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)結構
變頻調(diào)速技術是在電機供電電源與電機定子間
加入一個可改變電機供電電源頻率的變流裝置，典
型系統(tǒng)結構見圖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
構成多重化串連的拓撲結構，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
電機供電。供電頻率的調(diào)節(jié)由控制器控制各機功率
單元的導通與關閉未完成。這種調(diào)速技術特別是低
- 57 ·
節(jié)能降耗專欄 湖南電力 第29卷／20o9年第3期
轉速時的效率比其它調(diào)速技術有非常大的技術優(yōu)
勢，遠比其它調(diào)速技術的效率高。
2．2 高頻斬波串級調(diào)速的工作原理
串級調(diào)速是經(jīng)典的電機調(diào)速方法，它通過控制
轉子電流，改變電機的轉差率進行調(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)速技術基
礎上發(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)速電機是在標準系列繞線型電動機的
定子同槽上增設了1個反饋繞組。電機定子供給轉
子的功率(電磁功率)分為2部分：大部分變成
機械功率拖動泵與風機負載，一小部分成為因轉速
差(轉子轉速與同步轉速的差，比同步轉速低)
而產(chǎn)生的轉子回路的轉差電功率。通過調(diào)節(jié)斬波器
改變串人轉子回路的等效電勢的大小，從而改變轉
子電流和轉差率，達到調(diào)節(jié)電機轉速的目的。轉子
的轉差功率又經(jīng)高頻斬波調(diào)速裝置反饋回內(nèi)饋電機
的定子反饋繞組而回收，從而達到調(diào)速和高效節(jié)能
的目的。調(diào)速范圍一般為額定轉速以下到50％ 額
定轉速或更低。
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，電機的結構形式也不同，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)電機組，廠用電率為6％左右，每
臺鍋爐配置引風機2臺，電動機功率為710 kW。
鍋爐的引風機采用進風門擋板調(diào)節(jié)方式。由于屬于
調(diào)峰機組，負荷變化大，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1 額蓬定功簍妻率 ％～ 是首霧霸 枕到 龜電藐饑戳磊
設備投資 鏖 凳 斃雍 調(diào)速少 。?！?。。
大，增加風機消耗的功率，系統(tǒng)振動大、噪聲大，
電動機工作效率很低，能源浪費嚴重。為節(jié)約能
源，改善鍋爐引風機的工況，根據(jù)上級公司技改工
作計劃，要求對其進行調(diào)速節(jié)能改造。通過對變頻
調(diào)速及高頻斬波串級調(diào)速技術方案分析，結合現(xiàn)場
設備及運行情況，決定選用高壓變頻調(diào)速節(jié)能改造
方案。于2007年4臺引風機變頻改造項目，表2
為2號爐改造前后風機工況數(shù)據(jù)。
表2 110 Mw 負荷改造前后引風機工況
明1日J 塞匾重紅 蕉室 絲 曼! 整電量 嬰
1號機組2號機組1號機組2號機組1號機2號機
全月累計 744 744 ／ ／ 689220 170604
平均 24 24 73．o9 74．53 22233 5 503
由于2臺機組為同型機組，工況基本一致，為
方便比較，選擇全月2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744 h，
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)濟效益290
萬元，而投入的成本(變頻器+建筑+材料+施
工費用)約為220萬元，不到1年就可以收回改造
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。
2o09No．3 HUNAN ELECTRIC POWER Vo1．29
因此，在建設中應遵循以下原則：
(1)安全第一的原則。選取質量可靠的產(chǎn)品
對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和減少維護量很重要。
(2)節(jié)能降耗的原則。根據(jù)設備運行特點選
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，提高機組整體效益。
(3)系統(tǒng)改動最小的原則。改造工程應盡可
能避免更換原有電機，減少系統(tǒng)的改動。但是為了
改善電源結構，消除原有系統(tǒng)的不合理因素或設備
選型嚴重不當?shù)仍?，也可進行較大的改造，總之
應遵循經(jīng)濟合理的原則。
(4)空間適宜的原則。改造工程應根據(jù)原系
統(tǒng)安裝空間允許的原則考慮，既要滿足設備對環(huán)境
的要求，又要盡可能安裝在現(xiàn)有的廠房，機房或控
制室等建筑物內(nèi)，避免增加土建工程。新建機組項
目則要總體規(guī)劃好，合理布局。
(5)投資經(jīng)濟性好的原則。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，各有其優(yōu)缺點，在進行調(diào)速節(jié)能方案選取時
要結合實際情況進行取舍。隨著IGBT在變頻器及
斬波串級調(diào)速系統(tǒng)的應用已逐步成熟，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)速在電廠風機及水系統(tǒng)優(yōu)化運行中
有十分重要的社會和經(jīng)濟效益。
參考文獻
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社。1998．
[4]丁斗章．變頻調(diào)速技術與系統(tǒng)應用[M]．北京：機械工業(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
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 起勵單元設計
勵磁系統(tǒng)采用2種起勵方式：機組殘壓起勵和
外部輔助電源起勵。采用快速脈沖列技術以實現(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
于達到整流橋正常工作所需要的10～20V電壓。
在機端電壓達到額定電壓的10％時，起勵回路將
自動退出，立即開始軟起勵過程將機端電壓建立到
預置的電壓值完成其勵磁功能。
況表明，設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參數(shù)等主要設備技術參
數(shù)合理，滿足運行要求，特別是對于機組自并勵方
式下的融冰運行，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行需要。
參考文獻
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中國電力出版社，2002．
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3 結束語
， 女，工程師，本科，從事水電廠電氣設備的技
2號機組勵磁系統(tǒng)改造后投運以來機組開機建 術管理工作。
壓、并網(wǎng)運行，停機滅磁均運行正常，實際運行情
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