變頻調(diào)速技術(shù)及其在火電廠的應(yīng)用劉顯哲（山西省電力公司，山西太原030001）紹了變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展過(guò)程：變頻調(diào)速；火電廠；應(yīng)用；分析1994北電力大學(xué)電力系高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)lecfroricPublish使壓力大All常發(fā)生泵的法蘭大量漏/水第二￡n由目前，發(fā)電廠的大多數(shù)泵類機(jī)械是由三相交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，它們的負(fù)載輸出需要隨時(shí)改變和自動(dòng)調(diào)節(jié)。為了滿足這一要求，常采用的手段是靠控制被驅(qū)動(dòng)設(shè)備的截門(mén)、閘板等進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)，不僅造成大量節(jié)流損失，更重要的是在通過(guò)以機(jī)械部件的開(kāi)與關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載調(diào)節(jié)時(shí)，機(jī)械部件的磨損、卡澀等都會(huì)給生產(chǎn)過(guò)程中的負(fù)載自動(dòng)調(diào)節(jié)帶來(lái)一些不良因素，影響自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程的安全運(yùn)行。因此，以控制電氣量調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)代替目前的機(jī)械調(diào)節(jié)，即實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行，進(jìn)而消除機(jī)械調(diào)節(jié)損失，提高自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程的運(yùn)行可靠性，是解決目前機(jī)械調(diào)節(jié)問(wèn)題的一種好方法。

　　1交流變頻調(diào)速技術(shù)及其發(fā)展交流變頻調(diào)速技術(shù)是電力電子技術(shù)微電子技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物，是現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展方向，是工業(yè)企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造和設(shè)備更新?lián)Q代的理想裝置交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速方式發(fā)展很快，己由原來(lái)的常規(guī)控制方式PAM（PulseAmplitudeModulation），即改變電壓源和電流源的幅值進(jìn)行輸出控制，發(fā)展到現(xiàn)在的PWM（Pulse WidthModulation），即靠改變脈沖莧度調(diào)制電壓輸出波形和SPWM調(diào)速方式，即正弦波脈寬調(diào)制目前，比較為理想的調(diào)制方式應(yīng)屬空間矢量控制，空間矢量控制是把異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)等效為直流電動(dòng)機(jī)那樣的控制參數(shù)，既可控制變量的大小，又可控制其電位，它以電機(jī)的圓形磁場(chǎng)為目標(biāo)，以PAPK矢量建立磁通與逆變器開(kāi)關(guān)模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行PWM調(diào)制，使電機(jī)氣隙內(nèi)產(chǎn)生了一個(gè)幅值不變的旋轉(zhuǎn)磁通，這種以矢量控制進(jìn)行SPWM調(diào)制的逆變器應(yīng)用于交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行，近似模擬了直流電機(jī)的調(diào)速性能，可以做到與直流電機(jī)的調(diào)速運(yùn)行相媲美，是一種較為理想的調(diào)速方式2變頻調(diào)速技術(shù)在火電廠的應(yīng)用目前，山西省電力公司所屬發(fā)電廠單機(jī)容量在200MW及以上的機(jī)組己普遍應(yīng)用或正在進(jìn)行變頻改造截止2000年底，太原一電廠（2（300MW）太原二電廠（2<200MW）的低壓加熱器疏水系統(tǒng)和給粉系統(tǒng)己全部進(jìn)行了改造，神頭一電廠（6< 200MW）己完成了4臺(tái)機(jī)的改造，霍州發(fā)電廠（4<100MW）完成了3臺(tái)，娘子關(guān)發(fā)電廠（4（100MW）完成了兩臺(tái)，其余機(jī)組也將利用大、小修的機(jī)會(huì)逐步完成低加疏水系統(tǒng)或鍋爐給粉系統(tǒng)的變頻改造鑒于100MW以下機(jī)組己屬于退役或逐步退役機(jī)組，沒(méi)有進(jìn)行變頻改造2.1太原第二熱電廠變頻改造實(shí)例2.1.1基本情況太原二電廠（以下簡(jiǎn)稱“太二”）是山西省第一座高溫高壓熱電廠，總裝機(jī)容量6.5GW7號(hào)、8號(hào)機(jī)為200MW機(jī)組，1993年~1995年建成投產(chǎn)，其低壓加熱器疏水系統(tǒng)，原設(shè)計(jì)是4號(hào)、3號(hào)低壓加熱器疏水逐級(jí)自流至2號(hào)低壓加熱器，低壓加熱器疏水泵靠汽動(dòng)疏水調(diào)節(jié)閥將2號(hào)低壓加熱器疏水送3號(hào)低壓加熱器疏水側(cè)入口，汽動(dòng)疏水調(diào)節(jié)閥接受2號(hào)低壓加熱器水位信號(hào)來(lái)改變其出口門(mén)開(kāi)度大小，以控制疏水泵出力，從而保持2號(hào)低壓加熱器的水位穩(wěn)定正常狀態(tài)時(shí)，一臺(tái)疏水泵運(yùn)行，另一臺(tái)并列備甩這種方式在運(yùn)行中存在以下幾方面的問(wèn)題：第一，由于靠出口門(mén)截流調(diào)節(jié)，運(yùn)行中截流量很大，負(fù)荷/流量/轉(zhuǎn)速/r.min- 1電流/A消耗功率/kW/MWm3h改造前改造后改造前改造后改造前改造后150于調(diào)整門(mén)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)滯后，調(diào)節(jié)品質(zhì)差，加上調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)作頻繁，常出現(xiàn)卡澀、磨損、漏流和機(jī)構(gòu)損壞等故障，不僅影響了自動(dòng)調(diào)整的穩(wěn)定性，而且造成低壓加熱器疏水泵汽蝕，水泵軸向竄動(dòng)嚴(yán)重，電流晃動(dòng)大，軸承損壞，疏水管道振動(dòng)和泄漏等故障，加了維護(hù)工作量；第三，低壓加熱器疏水泵采用定速運(yùn)行方式，通過(guò)出口調(diào)整門(mén)節(jié)流來(lái)控制低壓力口熱器水位，在實(shí)際運(yùn)行中水位時(shí)高時(shí)低，運(yùn)行人員操作頻繁，影響機(jī)組安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；第四，由于上述原因，使低加疏水泵經(jīng)常無(wú)水位運(yùn)行，造成疏水泵因汽化震動(dòng)而損壞，或?qū)е聶C(jī)械故障，有的疏水泵僅能使用1個(gè)月甚至更短，常因維護(hù)人員來(lái)不及維修而停用，使低壓加熱器系統(tǒng)疏水直接排至凝結(jié)器熱井，降低了機(jī)組的熱效率。

　　月，分別對(duì)7號(hào)、8號(hào)機(jī)低壓加熱器疏水泵進(jìn)行了變頻調(diào)速系統(tǒng)改造21.2設(shè)備選型該廠的低壓加熱器變頻控制水位系統(tǒng)主要由1151水位傳感器、帶模擬量輸入輸出的可編程序控制器IP1612和變頻器FR-P9S57組成，低壓疏水泵為兩臺(tái)55kW電機(jī)經(jīng)過(guò)技術(shù)分析和多方面比較，選用了江蘇鎮(zhèn)江東方電力設(shè)備廠生產(chǎn)的ZB-DS55型低加疏水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)，日本三菱公司生產(chǎn)的FRN055P-4型變頻器及美國(guó)SMAR具有基地調(diào)整功能的水位變送器。

　　21.3運(yùn)行效果及特點(diǎn)8號(hào)機(jī)低壓加熱器疏水泵改為變頻調(diào)節(jié)后，具有以下特點(diǎn)：第一，通過(guò)改變電機(jī)電源頻率來(lái)改變水泵轉(zhuǎn)速，改變泵的出力以控制2號(hào)低加熱水器水位，這種控制方式突破了調(diào)整門(mén)節(jié)流控制模式，擺脫了調(diào)整門(mén)線性不好對(duì)控制系統(tǒng)的約束，去掉了中間環(huán)節(jié)，大大降低了節(jié)流損失；第二，由于疏水泵變頻調(diào)速運(yùn)行在調(diào)節(jié)流量較小時(shí)，轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承磨損和發(fā)熱，延長(zhǎng)了泵的使用壽命；第三；根據(jù)傳感器水位信號(hào)，變頻器輸出頻率可在15Hz~ 50Hz間變化，能適應(yīng)發(fā)電機(jī)組在各種負(fù)荷工況下保持低壓加熱器水位穩(wěn)定；第四，調(diào)節(jié)精度提高，2號(hào)低壓加熱器水位波動(dòng)可控制在給定值的5%范圍內(nèi)，有力地保證了疏水泵的汽濁余量，使疏水泵可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；第五；疏水泵電機(jī)軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流對(duì)電機(jī)的損傷，加了電機(jī)壽命；第六，保護(hù)功能完善大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安改造以來(lái)，效果很好，達(dá)到了按低壓加熱器水位信號(hào)自動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)維持低壓加熱器水位的目的，徹底解決了低壓加熱系統(tǒng)長(zhǎng)期不能正常運(yùn)行的難題低壓加熱器水位投入自動(dòng)控制后，當(dāng)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速約為2負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速約為2100r/min，減少了軸承的磨摜更重要的是由于原水泵在運(yùn)行中靠節(jié)流調(diào)節(jié)，加了管道阻力，變頻改造后，調(diào)整門(mén)全開(kāi)或取消，管道阻力大大減少，而且消除了機(jī)械調(diào)節(jié)損失，有非常明顯的節(jié)能效果現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的結(jié)果表明，低壓加熱器疏水泵電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速運(yùn)行后，比原來(lái)的定速運(yùn)行節(jié)電30%以上疏水泵改造前后的數(shù)據(jù)比較列于表1表1低壓加熱器水泵變頻改造前后的數(shù)據(jù)比較從表1可以看出，疏水泵改為變頻調(diào)節(jié)后，泵功耗大大降低，機(jī)組在額定負(fù)荷下，由53.2kW降低到29.0kW，其它工況降低得更多。取表1中的數(shù)據(jù)平均值作為1a的平均功率，則疏水泵變頻前、后的平均功率分別為45.9kW和23.7kW，按年運(yùn)行7000h計(jì)，可計(jì)算出疏水泵變頻前、后消耗的電能分別為321MWh和165.9MWh，每年可節(jié)約電能155.4MWh若按0. 3元/kWh計(jì)算，一年可節(jié)約費(fèi)用4.662萬(wàn)元由于采用了變頻調(diào)速運(yùn)行，保證了低壓加熱系統(tǒng)的安全運(yùn)行，延長(zhǎng)了設(shè)備檢修周期，提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)丨生改造前，疏水泵的維護(hù)費(fèi)用平均每年3萬(wàn)元，改造后平均每年可降低維護(hù)費(fèi)用2萬(wàn)元左右，降幅達(dá)65%以上此外，因疏水泵經(jīng)常損壞，造成低壓加熱器系統(tǒng)不能正常投入，疏水直接排到凝汽器熱井，造成發(fā)電機(jī)多耗大量燃煤，根據(jù)計(jì)算，汽輪發(fā)電機(jī)組每發(fā)1kWh的電就多耗燃煤Q4g，按每年有1個(gè)月低壓加熱器疏水泵不能正常投入，80%負(fù)荷計(jì)算，改造后，每年可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤52t，按150元/t計(jì)算，可降低燃煤費(fèi)用Q78萬(wàn)元/a由此可見(jiàn)，疏水泵系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造后，每年可獲得的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀，不僅在短時(shí)間內(nèi)能夠收回變頻改造的投資，而且節(jié)約了大量低壓加熱系統(tǒng)的修復(fù)費(fèi)用，既解決了生產(chǎn)難題，又能獲得較大的經(jīng)濟(jì)收全系數(shù)。益21.4運(yùn)行效益分析2. 1.5應(yīng)引起注意的幾個(gè)問(wèn)題f%200MW機(jī)組的低壓加熱器菌e德頻Mshingtf（轉(zhuǎn)現(xiàn)象。該廠erTld.8號(hào)機(jī)低加疏水泵變頻改造后都曾遇到無(wú)法啟動(dòng)的現(xiàn)象，一次給水泵啟動(dòng)時(shí)，變頻器閉鎖輸出而停轉(zhuǎn)因轉(zhuǎn)矩提升己達(dá)到極限，只好采取先定速運(yùn)行的辦法，待盤(pán)根磨上一段時(shí)間后，再轉(zhuǎn)到變頻啟動(dòng)方式上b）在鍋爐給粉電機(jī)變頻改造中，也會(huì)出現(xiàn)變頻器閉鎖輸出現(xiàn)象該廠除7號(hào)、8號(hào)機(jī)低加疏水泵變頻改造有過(guò)閉鎖現(xiàn)象外，在鍋爐給粉電機(jī)變頻改造中也發(fā)生過(guò)此類問(wèn)題由于給水泵電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，3kV 380V電壓降較大（在0號(hào)爐實(shí)驗(yàn)時(shí)，380V電壓可降至260V），變頻器閉輸出，給粉機(jī)停轉(zhuǎn)，曾造成了鍋爐滅火，后將工作電源改為有大電機(jī)的除塵工作變接帶，才使問(wèn)題得以解決造成這種現(xiàn)象的原因是由于交流側(cè)失電后，直流側(cè)電容電壓也降到了設(shè)定值，使變頻器自我保護(hù)閉鎖輸出，因此，在啟動(dòng)時(shí)要格外注意。

　　c）參數(shù)調(diào)整。變頻器的參數(shù)調(diào)整非常重要，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的大小和變頻器的性能，并緊密結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，具體問(wèn)題具體分析。如太二5號(hào)爐給粉變頻改造時(shí)，廠家把“轉(zhuǎn)矩提升”這一參數(shù)設(shè)定的太小（0. 1），致使起始轉(zhuǎn)矩太小，電機(jī)啟動(dòng)困難，頻繁出現(xiàn)停轉(zhuǎn)現(xiàn)象，后來(lái)把參數(shù)調(diào)至Q4，停轉(zhuǎn)現(xiàn)象隨即消失，目前運(yùn)行狀況良妊從山西各電廠應(yīng)用變頻調(diào)技術(shù)的實(shí)例看，此項(xiàng)技術(shù)己日臻成熟，能大大提高設(shè)備可靠性雖然較大容量的變頻器目前還主要依賴進(jìn)口，其價(jià)格也較高，但此項(xiàng)技術(shù)由于其控制簡(jiǎn)單，很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，且運(yùn)行可靠，在生產(chǎn)過(guò)程中能解決很多問(wèn)題另一方面，如果以此項(xiàng)技術(shù)全部替代生產(chǎn)中的機(jī)械節(jié)流調(diào)節(jié)，會(huì)取得更可觀的節(jié)能效果，帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益。因此，宜進(jìn)一步推廣使甩（上接第16頁(yè)）（改進(jìn)前每臺(tái)每次更換停運(yùn)120h-改進(jìn)后每次更換停運(yùn)48h）0.3元/kWh電的價(jià)格計(jì)算，節(jié)省資金216萬(wàn)元5結(jié)論a）神二MPS-245磨煤機(jī)中部筒護(hù)板磨損問(wèn)題的解決是成功的，提高了運(yùn)行磨損周期和使用壽命近8倍之多，提高了設(shè)備的安全可靠性；由于結(jié)構(gòu)的改變使設(shè)備檢修用時(shí)減少、設(shè)備成本和檢修人工費(fèi)用降低，有效地延長(zhǎng)了運(yùn)行周期，產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟(jì)效益；為MPS型磨煤機(jī)的推廣應(yīng)用及設(shè)備改造提供了有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)進(jìn)口設(shè)備的消化和改進(jìn)進(jìn)行了有益的嘗試