變頻調(diào)速裝置可以使電動(dòng)設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，大大提高運(yùn)行效率，達(dá)到節(jié)能的目的。我國(guó)已對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行了一定的研究，主要用于中、小型設(shè)備上，如給煤機(jī)、給粉機(jī)、中、小型風(fēng)機(jī)、水泵及其它領(lǐng)域等，并得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。目前高電壓大功率電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速裝置也在推廣之中。我公司的2×300MW機(jī)組凝結(jié)水泵,通過(guò)技術(shù)改造,大膽使用了高壓變頻器,獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效益,并取得了一定的經(jīng)驗(yàn),介紹如下： 變頻器節(jié)能原理 大家知道,異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f、轉(zhuǎn)差率s、電機(jī)極對(duì)數(shù)p三個(gè)參數(shù)有如下關(guān)系： 　　改變其中任何一個(gè)參數(shù)都可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變。變頻器是通過(guò)改變電源頻率f的方式來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的。在異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)制造完成后,轉(zhuǎn)速與頻率的線性關(guān)系既確定，如圖3所示： [align=center] 圖3 變頻調(diào)速中轉(zhuǎn)速與頻率關(guān)系曲線[/align] 　　由于轉(zhuǎn)速n與頻率f之間為線性關(guān)系，從理論上分析調(diào)速范圍在0～100%內(nèi)，線性度都很好,因此變頻調(diào)速是當(dāng)今調(diào)速應(yīng)用的生力軍.隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 高電壓大功率半導(dǎo)體器件的出現(xiàn),高壓變頻器應(yīng)運(yùn)而生,使發(fā)電廠大型輔機(jī)的調(diào)速運(yùn)行成為現(xiàn)實(shí).從而省去由于閥門(mén)、擋板節(jié)流等帶來(lái)的功率損失，達(dá)到節(jié)能的目的,提高了發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。 　　對(duì)于水泵,由流體動(dòng)力學(xué)理論可以知道，流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比,扭矩與轉(zhuǎn)速二次方成正比,而泵的功率則與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。用n、 N分別表示轉(zhuǎn)速和功率,腳標(biāo)“0”均表示額定工況參數(shù)。當(dāng)流量由額定值Q0降至Q時(shí)，與額定功率N0比較，采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的電機(jī)的功耗為： 　　當(dāng)流量由100%降到70%，則轉(zhuǎn)速相應(yīng)降到70%，而電機(jī)的功耗降到34.3% N0，也就是節(jié)約電能65.7%?？鄢y門(mén)調(diào)節(jié)時(shí)的功耗與額定功耗的差、轉(zhuǎn)速下降引起電機(jī)的效率下降等因素，節(jié)電效果也是非常顯著的。 凝結(jié)泵變頻改造方案 　　凝結(jié)泵是汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)中的主要輔機(jī)設(shè)備之一，它的作用是把凝汽器中的凝結(jié)水打入低壓加熱器加熱后送入除氧器內(nèi)。由于凝結(jié)泵采用定速運(yùn)行，出口流量只能由控制閥門(mén)調(diào)節(jié)，節(jié)流損失大、出口壓力高、管損嚴(yán)重、系統(tǒng)效率低，且經(jīng)常發(fā)生泄漏，造成能源浪費(fèi)。而且由于控制閥門(mén)為電動(dòng)機(jī)械調(diào)整結(jié)構(gòu)，線性度不好、調(diào)節(jié)品質(zhì)差、自動(dòng)投入率低；頻繁的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)，容易出現(xiàn)各種故障，使現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量增加，造成各種資源的浪費(fèi)。 　　我公司300MW機(jī)組配備2臺(tái)100%容量的凝結(jié)水泵, 型號(hào)9LDTNA4,額定流量841m3/h,揚(yáng)程280m,轉(zhuǎn)速1480rpm,配用1000KW的異步電動(dòng)機(jī),閥門(mén)調(diào)節(jié)?，F(xiàn)增設(shè)高壓變頻器采用無(wú)級(jí)調(diào)速，功耗隨機(jī)組負(fù)荷變化而變化，進(jìn)而提高設(shè)備利用率，達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式的目的。改造遵循“最小改動(dòng)，最大可靠性，最優(yōu)經(jīng)濟(jì)性”的原則。系統(tǒng)改造方案圖如下： [align=center] 圖1 凝泵變頻改造系統(tǒng)圖[/align] 　　從主回路改造方案看出：用一臺(tái)變頻器連接兩臺(tái)電機(jī)，正常時(shí)變頻器拖動(dòng)一臺(tái)凝泵變頻運(yùn)行，另一臺(tái)工頻備用；當(dāng)變頻器或運(yùn)行的凝泵發(fā)生故障時(shí)，備用凝泵可以工頻運(yùn)行，使用原來(lái)的調(diào)節(jié)方式，保證機(jī)組運(yùn)行。 　　優(yōu)點(diǎn)：充分利用變頻器和現(xiàn)有設(shè)備，投資相對(duì)較少，既保留了原系統(tǒng)的控制操作方式不變，又保證了系統(tǒng)改造后緊急狀態(tài)下的工頻恢復(fù)運(yùn)行，易于系統(tǒng)維護(hù)。 　　缺點(diǎn)：系統(tǒng)接線較復(fù)雜；需增加高壓斷路器；二次回路需要增加閉鎖回路；定期切換操作較繁瑣。 　　正常運(yùn)行方式：正常時(shí)，比如＃51泵運(yùn)行在變頻調(diào)速狀態(tài)下，電源通過(guò)＃50開(kāi)關(guān)至變頻器，然后通過(guò)＃510輸出至＃51泵電機(jī)。此時(shí)＃52泵的＃52凝泵工頻開(kāi)關(guān)處于備用狀態(tài)，各開(kāi)關(guān)的邏輯關(guān)系如下： 　　工頻開(kāi)關(guān)合閘條件： 變頻器出口開(kāi)關(guān)的合閘條件： 　　一臺(tái)泵發(fā)生故障情況的運(yùn)行方式： 　　當(dāng)變頻控制的工作泵發(fā)生故障跳閘，或出力不足等故障時(shí)，另一臺(tái)泵會(huì)自動(dòng)工頻投入運(yùn)行（與原自投方式一致）。將發(fā)生故障的泵處理好后，再按上述方式切換至變頻運(yùn)行。在此之前備用泵只能工頻運(yùn)行，不能調(diào)速。 　　相關(guān)控制回路必須滿足下列邏輯： 定期切換按下列順序操作： a）合52凝泵工頻開(kāi)關(guān)，工頻開(kāi)啟＃52泵，調(diào)整負(fù)荷由52凝泵接待。 b）斷開(kāi)510開(kāi)關(guān)，合上51開(kāi)關(guān)，＃51凝泵工頻運(yùn)行，調(diào)整負(fù)荷由51凝泵接待。 c）斷開(kāi)52開(kāi)關(guān)，合上＃520開(kāi)關(guān)將＃52泵接入變頻器，變頻控制開(kāi)啟＃52泵。 d）調(diào)整＃52泵變頻運(yùn)行接待全部負(fù)荷后，停＃51泵至備用，切換完成。 ＃52泵切換到＃51泵，順序相同。 選用變頻器情況 通過(guò)收集和調(diào)研，結(jié)合凝泵運(yùn)行實(shí)際情況，決定采用國(guó)產(chǎn)引進(jìn)型高壓變頻器，我們使用了北京利德　　華福的HARSVERT-A06/130高壓變頻器，具體參數(shù)如下表： 此高壓變頻器特點(diǎn)： （1）屬于電壓型高-高變頻器，不需要另外加設(shè)輸出變壓器，只要將變頻器輸入端直接接在6kV的電網(wǎng)上，輸出端直接接到6kV高壓電動(dòng)機(jī)上，聯(lián)接簡(jiǎn)單方便。 （2）整流電路采用42脈沖整流，逆變回路采用獨(dú)特的單相多電平控制技術(shù)，從而構(gòu)成了對(duì)電源和電動(dòng)機(jī)都十分友好的雙完美系統(tǒng)：電源一側(cè)為完美無(wú)諧波輸入，電動(dòng)機(jī)一側(cè)，輸出為完美的正弦波，直接聯(lián)接原有凝泵電動(dòng)機(jī)，不需要增加諧波濾波器。 （3）綜合運(yùn)行效率高、功率因數(shù)高。由于采用干式變壓器和類(lèi)似常規(guī)低壓變頻器的成熟技術(shù)，使可靠性提高，由于IGBT開(kāi)關(guān)頻率降低，使損耗減小，加之采用獨(dú)特的控制技術(shù)，變頻器綜合效率在97%以上。由于電源輸入側(cè)42脈沖整流，功率因數(shù)超過(guò)0.95。 （4）控制回路采用高速單片機(jī)、工控機(jī)和PLC共同構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)多電平PWM控制和附加簡(jiǎn)易矢量運(yùn)算功能的V/f控制，控制響應(yīng)快、精度高。采用了光電隔離技術(shù)，使低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時(shí)具有很好的抗電磁干擾性能。 使用變頻器的效益分析 1、節(jié)約廠用電效果顯著 下面是部分運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)本機(jī)改造前后的電流做一個(gè)縱向比較，可以發(fā)現(xiàn)電流減小許多。 下面是某月的電能統(tǒng)計(jì)，做一個(gè)同類(lèi)機(jī)組的橫向比較，可以看出凝泵用電減少許多。 　　 以每臺(tái)機(jī)組年發(fā)電量15億千瓦時(shí)計(jì)算，使用變頻器可節(jié)約廠用電330 萬(wàn)千瓦時(shí)，折合人民幣100萬(wàn)元。 2、減少電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊 　　電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)的最大啟動(dòng)電流為額定電流的7倍；星角啟動(dòng)為4.5倍；電機(jī)軟啟動(dòng)器也要達(dá)到2.5倍。觀察變頻器起動(dòng)的負(fù)荷曲線，可以發(fā)現(xiàn)它啟動(dòng)時(shí)基本沒(méi)有沖擊，電流從零開(kāi)始，僅是隨著轉(zhuǎn)速增加而上升，不管怎樣都不會(huì)超過(guò)額定電流。因此凝泵變頻運(yùn)行解決了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的大電流沖擊問(wèn)題，消除了大啟動(dòng)電流對(duì)電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主機(jī)的沖擊應(yīng)力，大大降低日常的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。 3、延長(zhǎng)設(shè)備壽命 　　使用變頻器可使電機(jī)轉(zhuǎn)速變化沿凝泵的加減速特性曲線變化，沒(méi)有應(yīng)力負(fù)載作用于軸承上，延長(zhǎng)了軸承的壽命。同時(shí)有關(guān)數(shù)據(jù)說(shuō)明，機(jī)械壽命與轉(zhuǎn)速的倒數(shù)成正比，降低凝泵轉(zhuǎn)速可成倍地提高凝泵壽命，凝泵使用費(fèi)用自然就降低了。 4、降低噪音 　　我廠凝結(jié)水泵改用變頻器后，降低水泵轉(zhuǎn)速運(yùn)行的同時(shí)，噪音大幅度地降低，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低50%時(shí)，噪音可減少十幾個(gè)絕對(duì)分貝。同時(shí)消除了停車(chē)和啟動(dòng)時(shí)的打滑和尖嘯聲，克服了由于調(diào)門(mén)線性度不好，調(diào)節(jié)品質(zhì)差，引起管道錘擊和共振，造成給水系統(tǒng)上水管道強(qiáng)烈震動(dòng)的缺陷，凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行后，噪音、振動(dòng)都大為減少，變化相當(dāng)可觀。 　　總之，大型汽輪發(fā)電機(jī)組凝泵推廣使用變頻調(diào)速器，可以大幅度降低廠用電率，減少發(fā)電成本，提高競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。