电厂高压变频节能控制分析

电厂高压变频节能控制分析

王斌

(深圳妈湾电力有限公司广东深圳518000)

摘要：随着我国经济社会的快速发展，节能已成为电厂发展的目标。本文分析了目前燃煤发电厂风机水泵存在着能耗浪费现象，提出了变频节能的可行性，并通过剖析辅机设备变频调速节能原理和案例，进一步验证火电厂辅机设备变频改造，切实能够达到节能降耗的目的。同时，对于调峰电厂利用变频器良好的调速性能，实时迅速跟随主机的调峰需求，对整个机组稳定性、安全性、经济性起到重要作用。

关键词：电厂；风机；水泵；变频调速；节能降耗

引言

电动机节能工作主要通过电动机节能改造,提高运行效率;推广变频调速节能技术,风机、水泵、压缩机等通用机械系统采用变频调速节能措施,工业机械采用交流电动机变频工艺调速技术等。安徽省发电企业在未来几年将有近百台高压辅机实施高压变频技术节能改造。为此,本文根据近年来有关发电企业高压变频器节能改造的应用情况,对发电厂应用高压变频节能改造需要注意的一些技术问题等方面进行探讨,供相关人员参考。

1电厂能源消耗现状

在我国电源结构中截至２０１６年底，全国发电装机容量达１６．５亿ｋＷ，其中煤电装机９．４３亿ｋＷ，占发电装机总量的５７％。火力发电仍然占据我国发电量的主导地位。据统计，我国工业能耗约占总能耗的７０％，其中电机能耗约占工业能耗的６０％~７０％。其中全国火力发电厂的平均厂用电率约为４~１０％，而泵与风机的耗电量占厂用电的７５％左右，目前火电厂的辅机（如送、引风机、循环水泵、凝结水泵）等大部分采用变频改造，仍有部分未改造，流量仍采用风门或阀门调节，节流损耗大；同时调峰的电厂主辅设备一般在低负荷条件下运行，机组综合利用效率大幅度降低，需要调峰时，主辅机设备又不能满足机组快速提升到需求峰值的要求。

2电厂节能分析

目前燃煤发电厂之所以有大的节能空间，现主要从设备设计选型裕度有裕度、电动机设计余量，技术问题和调峰４个方面进行分析论证。

2.1设备设计选型有裕度

电厂设备设计选型都留有裕度，特別是风机风量设计裕度更大，根据《ＤＬ／Ｔ５０００－２０００火力发电厂设计技术规程》规定：燃煤锅炉一次风机、送风机、吸风机的设计风量裕度分别为５％￣３５％、５％￣１０％、１０％，风压裕度分别为１０~３０°、１０％~２０％、２０％；大容量锅炉的冷却风机宜选用２台离心风机，风机的风量裕量宜为１５％；风机的风压裕量宜为２５°。在设计过程中，很难准确地计算出管网的阻力，并考虑到长期运行过程中可能发生的各种问题，通常总是把系统的最大风量和风压富裕量作为选择风机型号的设计值。但风机的型号和系列是有限的，往往在选用不到合适的风机型号时，只好往大机号上靠。这样，电厂锅炉送、引风机的风量和风压富裕度达２０％~３０％是比较常见的。一般在锅炉风机容量设计时，单侧风机运行时具备带７５％负荷运行的能力，这主要是从机组运行的安全性出发的；当失去一侧送、引风机时，机组还能带７５％的负荷运行。所以当双侧风机运行，机组带满负荷时，送、引风机的设计余量在２０~３０％左右，风门开度一般为５０~６０％。节能空间很大，即使在机组满负荷运行时，也有２０~３０％的节电率。

2.2技术问题

风机和水泵的电机选型误差和变负荷风机和水泵的运行工况点的变动使运行工况点与设计高效点相偏离，对此，一般情况下，采用风机挡板和泵出口门调节的风机和水泵的工作点，尤其在机组变负荷运行时，由于风机和水泵的运行偏离高效点，从而使风机和水泵的运行效率大幅度下降。对于采用风门挡板调节风量的风机和出口门调节流量或压头的水泵这是一个固有的不可避免的问题。这种机械的用电量中，很大一部分是因风机和水泵的型号与管网系统的参数不匹配及调节方式不当而被调节机构消耗掉的。因此，改进离心风机的调节方式是提高风机效率，降低风机耗电量的最有效途径。

2.3调峰问题

目前电网为了吸纳更多的分布式能源（风能、太阳能等），很多火电机组处于热备用状态或者低负荷状态运行（４０％~６０％），运行效率很低；同时调峰使得辅机大幅度调节，辅机跟随主机调节线性差。因此，辅机设备风机和水泵都具有很大的节能空间。调峰原则是：（１）调峰电源主要以常规大型火电机组为主，抽水蓄能、水电站等为辅。（２）在正常工况下，３００ＭＷ、３３０ＭＷ及６００ＭＷ常规大型火电机组的正常可调出力系数（指机组可调节范围占装机容量的百分比）为６０％，１００~２００ＭＷ火电机组的正常可调出力系数为４０％－５０％。（３）发电日最小负荷率一般为７０％~８０％，电网供电负荷峰谷差经验值为２０％。综上所述，通过设备设计选型有裕度设计、设计电动机的余量、技术问题和调峰问题４方面分析可知，改进辅机风机和水泵的调节方式是提高风机水泵的效率，降低风机水泵耗电量的最有效途径。

3变频调速性能研究

随着高压变频器技术成熟发展，高压变频器以其卓越的调速性能、显著的节电效果在各领域得到广泛应用，日益受到人们的关注。目前国内高压变频器应用最多的一种拓扑结构为功率单元串联叠加结构，即采用多台单相三电平逆变器串联连接，输出可变频变压的高压交流电。变频调速具有可靠性高、功率因数高、对电网影响小、维护性好、节能效益好等优点，目前高压变频调速技术是调速的最佳调节方式。采用变速在风机的风量由１００％下降到５０％时，变速调节与风门调节方式相比，风机的效率平均高出３０％以上。

4变频节能在电力生产中的综合效果

根据流体力学原理,风机或泵类设备的输出流量与其转速成正比,输出压力与其转速的平方成正比,其消耗的功率与其转速的三次方成正比。采用变频调速改变电动机的转速,从而改变风机或泵的转速,以此来调节流量。在这种调节方式下,可以将节流调节的阀门或挡板等开度调至最大,减小管道系统的阻力,节约因克服调节阻力而引起的能耗。同时,采用变频调节后,管道系统的阻力能保持在使风机或泵工作的高效率点,减少因风机或泵的效率降低而造成的能耗损失。

从节能的效果来看,对节流调节的变频改造,产生的节能效果并非仅仅是当前所改造的电动机系统的节能效果,而是并行工作的多台电动机系统的节能效果。电厂的节能,更重要的是体现在系统效率的提高。在没有进行变频调节时,电厂的循环水泵一般采用多极电机,根据季节调整电机接线,改变电机的极对数来改变电动机转速从而调节循环水流量,或者是根据季节调整并联运行的电动机和泵的运行台数来调节循环水流量,这种调节操作简单,但调节精度低。采用变频调节时,如果根据循环水的实时出水温度调节循环水流量,将凝汽器的过冷度调节在一个最优的范围内,提高锅炉运行的整体效率,这样节能效果更加突出。要利用变频调节调节精度高,操作方便的特点,优化控制系统,提高系统效率。

结语

综上所述，针对燃煤电厂锅炉辅机、汽轮机辅机的风机水泵，根据工艺特点可以进行变频调速节能改造。利用改变风机、水泵转速控制控制风机、水泵出力，实现风量（流量）调整，降低节流损失，达到节能降耗的目的。同时，对于调峰电厂，变频调速改造不仅能够达到良好的节能效果，还可以利用变频器良好的调速性能，实时迅速跟随主机的调峰调谷需求，对整个机组稳定性、安全性、经济性起到重要的作用。

参考文献:

[1]徐甫荣．风机、水泵变频调速节能技术［ｚ］．

[2]《电力节能技术丛书》编委会.火力发电厂节能技术[M].北京：中国电力出版社，2008.

[3]定速运行转动机械的节能技术［Ｚ］．