试论火电厂高压电机调速技术的应用

兴义启明星电力发展有限公司 李 耀

1 引言

在目前能源价值不断提升的状况下，全世界都在关注节能的问题，节能问题变成了热点问题，也成为发电企业运营的关键部分。调速方式如何调整，能够尽可能地节约耗能成为了现在迫切解决的问题[1]。在现在，交流电动机存在的常见与成熟的调速技术包括有内反馈、水电阻、变频器，这几种技术目前呈现的效果良好，前景也比较乐观，可是如果就经济性与技术性来说，此类技术都还存在许多不同点，所拥有的优势与不足也大大不同[2]。

2 变频调速技术原理简介

变频调速器利用更改方式，把加在电动机定子绕组里面的电源频率进行了改动，从而使得速度发生变化。变频装置被设计成二类：AC-DC-AC 与AC-AC。第一种是借助整流器，把电源频率AC 转变成DC，之后把直流电再转变成电压与频率和电压都可以控制的交流，所以也称为接变频器[3]。大多数时候是用在调节交流电动机的速度。而第二种则是把电网频率AC 转变成可以通过电压与频率来进行控制的AC。在火力发电企业里面，大部分的辅机机械都属于异步电动机一类[4]。

而变频调速技术是在电机电源与电机间串联一个变频装置，通过改变电机工作电源频率达到改变电机转速的目的，变流装置原理如图1所示。

图1 变流装置原理

变频调速技术主要有交—交变频方式和交—直—交变频两种方式。

交—交变频方式是借助逆变与可控整流的形式，将工频交流电转变成可变频率的交流输出。交—交变频电路基本原理如图2所示。其优势在于能够直接变换所以效率比较高，而输出波形类似于正弦波。不足在于输出频率较低，不可以快速运转。所以，在一些不用快速运作的调速中使用比较宽广。而所谓的交—直—交变频，则是先把工频交流电借助全控/半控/不控整流来转成直流电，以后把直流电再借助逆变器来转变成能够调整频率的交流电输出，交—直—交变频电路基本原理如图3所示。

图2 交—交变频电路基本原理

图3 交—直—交变频电路基本原理

其优势在于不用受到电源频率的约束，调频范畴大，应用广泛。交—交变频与交—直—交变频主要特点的比较详见表1。

表1 交—交变频与交—直—交变频主要特点的比较

同时，变频器所采用的串联叠加的方式是不会产生谐波干扰的，降低了研究者分析谐波和共振等工作的工作量，同时也降低了一部分装置的安装成本。

3 调速节能实施方案实例

我国在近年以来发生了多地区缺电的状况，但是因为建设期限，在短期内不能够处理完成。使用多种方式来减少耗电，减少现在的用电率，让现在使用的机组能够出力，能够让缺电情况得到一定缓解，推动解决火电企业燃料运力不足的现象。节能降耗政策已经成为我国大力推行的政策之一，A 公司借助结构升级、布局挑整、改革技术、爱护环境、管理加强等方式，来达到节约水电、降低排放污染物的方针，利用专项节能项目，在生产电力途中逐步的引入高压变频调速技术来推动改革。

A 公司原来拥有的天然气双燃料汽轮发电机组、2×125MW 重油厂这二种，耗电率就达到了60%，而每一台锅炉都需要匹配二台引风机，电动机的功率就达到了710kW。引风机利用进风门挡板来进行调节。因为是调峰机组的一类，载荷大、频繁进行挡板调节，就节流造成的损失是极大的，使得功率提高，系统振动变大、产生的噪声极大，而电动机的效率又不高，浪费资源。为了能够达到节省能源的目的，改进引风机的问题，按照上级部门创造的技改工作方案，需要改造调速。借助分析高频斩波串级与变频调速技术，联系公司机械与运作状态，最终采取的调速为高压变频。

于2022年4台引风机变频改造项目，110MW 负荷改造前后引风机工况详见表2，改造前后节能统计详见表3。

表2 110MW 负荷改造前后引风机工况

表3 改造前后节能统计

由于两台机组为同型机组，工况基本一致，为方便比较，选择全月两台机不停机运行的2007年8月份，根据运行记录，每台机组各运行744h 具体数据见表3。

2号机引风机经加装变频器改造后平均节能率1-（5503/22233）×100%=75.2%。每小时可节能16730/24=697（kWh），1年可以节能697×8000=557600（kWh），直接经济效益290万元，而投入的成本（包括变频器、建筑材料、施工费用等）约为220万元，1年内就可以收回改造成本，经济效益显著，而且极大地改善风机的工况，设备维护量也大大减少。

需要遵守的内容如下。

一是将安全放在首位。要选择安全可靠、质量优质的产品，这对于维护系统，稳定运行，维修降低具有十分关键的影响。

二是秉持节能降耗理念。按照运行机械的特征来挑选适合的调速节能控制方式，并且可以做到管控机械性能，增强机组效益

三是坚持改动最小。在进行改造的时候，要尽量减少更换之前的机械，系统的改动不能过大。可如果是因为电源结构改善，解决机械不符或者是不合理的系统时候，可以进行相对较大的改造活动，但始终要坚持经济实用理念去展开改造活动。

四是贯彻空间适宜的行动。在展开改造项目的时候，需要结合原来系统的安装情况，不但需要考虑到设施安装的环境需求，还需要考虑尽量在现在拥有的控制室、机房、厂房里面等进行安装，减少新建项目。在改造活动实施之前，做好全体布局，合理规划。

五是坚持投资高效原则。要考虑公司现状，尽可能达到回报高、成本低的目标，能够间歇进行工作。

4 火电厂高压电机调速技术的应用建议

在发电厂的动力设施里面，基本上都是运用高中压等级的电动机。通过中、高压电机变频调速进行改造是减少耗能的重要方式。在电气传动的革命史上，交流电机变频调速的出现，对工业的影响是极大的，改变了原有的结构。为响应加快变频调速技术的应用，符合发展变化。要始终将效益提升、环保力度加强、降低节能使用贯彻到位，顺应国家政策，这是转变经济增长的重要手段。

通过节能活动，得到了许多经验。在运用高压功率变频装置的过程中会出现状况，如电机出现发热现象、产生谐波、维修存在困难、功率因数在进行低转速的时候不理想等，已经寻找到合适的解决方式。从作者的实践而言，可靠的变频调速系统基本能够让发电企业的需求得到满足，节能降耗的方式会起到良好的作用。

按照现实需求，通过对比经济、技术、与投资周期方面，最终选定了变频调速的形式。如果电机系统是在800kW 之下，就性能方面，优先选择从高到低的形式，使用机电一体化，尤其就基建方面，这样产生的投入也比较低，价格下降，所需要的运营花销也比较低。改造变频的时候，始终秉持着“安全首位、减少能耗、投资周期小，改动少、空间适合”的思想，安全必须是所有工作的基础，节能是建设目标，为前提，而验收标准则是回收投资的时间。

5 结语

斩波串级调速与高压变频均是一种效率高的都节能调速方式，哪一种都有着独特的优势，而不足也是存在的，在选择调速节能方式的时候要考虑现实状况，找到最适合的。现在IGBT 广泛应用于斩波串级调速系统与变频器上，技术已经成熟，可靠性较高，投入成本较低，在电厂的优化水系统与风机中，使用合适高效的调速节能方式，将会提高企业的市场份额，影响企业的发展规划，并且为企业带来巨大的影响。