电厂风机水泵节电方案.doc

火力发电厂风机水ui泵节电方案在火力发电厂中，风机和水泵是最主要的耗电设备，而且这些设备都是长期连续运行或处于低负荷及变负荷运行状态，其节能潜力巨大。据统计，全国火力发电厂配套电动机的总容量为15 000 MW，年总用电量为520 亿kWh，占全国火电发电量的5.8%。发电厂辅机电动机的经济运行，直接关系到用电率的高低。对于风机和泵类负载，如果用调速的方法改变其电流量，节电率可达20%60%等。我国电厂大部分风机和水泵都采用定速驱动，只有少数风机和水泵增设了调速装置，但一般采用液力偶合器调速，其运行效率较低，节能效果不明显。20 世纪末国内少数电厂采用进口高压变频器对风机水泵进行改造，节能效果明显，在最近十几年来，变频调速技术已被国内外公认为是最理想、最有发展前途的一种调速方式13。1 变频调速的原理及特点1.1 原理变频调速顾名思义就是通过改变输入电源频率来调节电动机的转速，交流异步电动机（以下简称电动机）的转速表达式为4：n=60 f（1- s）/p式中n电动机的转速；s电动机的转差率；f电源频率；p电动机磁极对数。可见，改变f，s，p 任何一项值都可以改变电动机的转速。在实际应用过程中我们多以改变供给频率来达到调速节能的目的，且可以实现无极平滑调速，这都是变频调速发展较快的因素之一。变频器就是基于上述原理采用交- 直- 交电源变换技术，集电力电子、微电脑控制等技术于一体的综合性电气产品。根据流体力学的基本定律：风量（流量）H 正比于N（转速），压头（扬程）H 正比于N 的平方，轴功率P 正比于N 的立方，可知，当流量由Q1 变化到Q2 时，此时Q，H，P 相对转速的关系如下5：Q2=Q1N2/N1H2=H1 （ N2/N1）2P2=P1 （ N2/N1）3由此可见，当流量由100%降到50%时，转速则降到50%，压力降到25%，电动机功率降到12.5%，和其它调节方式相比节电效果明显。这也就是说，风机在满足生产要求时，常用的方法就是减小风门挡板开度使阻力增加，人为地用增加节流损失来改变风机特性曲线的工作点，很不经济。而现在采用变频控制系统，锅炉运行人员可根据锅炉负荷变化对风量进行要求，调整输入转速百分比，在锅炉负荷稳定时，设定风量，实现闭环控制。同样，因为风机和水泵的理论基础都是流体力学，只是水的密度比空气大，管道阻力中水值差较大，具有很高的压力，所以，风机的节能方法同样也适用于水泵，在这里就不再赘述。1.2 特点（1）变频调速范围内启动时间短，启动电流小并且启动平稳，真正实现零到全速的平滑无极调速，对电网及电机无冲击，可减少机械磨损，延长机械使用寿命。（2）操作方便维护简单，无需设置调节挡板，节流阀等，避免了节流带来的能量损耗。需要调节流量、压力时，根据前面公式可知，只要调节频率来改变电动机转速即可。（3）采用变频调速不仅降低风机水泵的故障率，减少维修费用及管理费用的投入，同时也提高系统自动调节品质，节电效果明显，一般投资回收期在1018 个月，从单台节能角度来看，流量越小，节能量越大。（4）采用变频恒压供水可消除水锤效应，实现闭环供水，用户可直接从管网取水，避免了高水位水箱、水塔储水的二次污染。不仅系统具有完善的过流、过压、欠压、欠相、短路等保护功能，自诊断和自处理能力强，无需专设岗位，而且还可预留通讯接口，便于接入楼宇集中控制。总之，变频调速作为新型调节手段，有利于风机、水泵的安全经济运行，提高系统自动化控制能力。但也存在对电源的质量、变频器的工作环境以及电机要求比较高，维修费用高等不足6。2 变频器的选择2.1 变频器类型选择就通用变频器产品来看，到目前为止，在世界范围内大体有三类：第1 类是普通功能型U/f 控制通用变频器，属一般型的U/f 控制方式；第2 类是高功能型U/f 控制通用变频器，具有转矩控制功能，有“无跳闸”能力，输出静态转矩特性较第1类有很大改进，机械特性硬度高于工频电网供电的异步电动机，并且具有挖土机特性；第3 类是高动态性能型矢量控制通用变频器。第1 类不具有转矩控制功能，第2 类第3 类为了适应高动态性能的需要，采用矢量控制方式，可以替代高精度直流调速系统。对于要求精度高、响应快的生产机械，采用矢量控制高性能型通用变频器是一种很好的方案。一般情况下，生产设备的节能是通过削减其输入功率或缩短其运行时间(亦可两者皆用) 来实现的。由风机、泵类负载的转矩、功率特性可知，当所需风量、流量减小时，可降低其转速，相应输入功率随之减小，因而可大幅度节约电能；另一方面，在生产工艺允许的条件下，使之间歇运转则可以缩短运行时间，也可以节约电能。风机、泵类负载是一种减转矩负载。这类负载不经常起、制动，基本上没有瞬时过载问题。据此特点，通常选用第1 类普通功能型变频器在技术上完全可以满足实际需要，而没有必要选择第2类、第3 类通用变频器，从而可避免由此带来的技术复杂性和更高的成本费用。采用第1 类通用变频器组成的开环调速系统如图1 所示。图1 中，转速的改变是靠改变频率的设定值来实现的。比如，矿用风机的变频调速系统可通过瓦斯浓度的变化而使设定值f* 随之变化，从而改变风机转速。第1类U/f 控制是转速开环控制，无需速度传感器，控制电路简单，负载可以是通用标准异步电机，故通用性强、经济性好，是目前通用变频器产品中使用较多的一种控制方式7。2.2 变频器额定值（参数）的选择选用变频器时，应首先注意变频器的铭牌数据。它用最简洁的方式给出了变频器最重要的信息。不同厂家的变频器命名方法不同，但在铭牌中都含有电源电压、变频器容量、变频器电流、输出频率等信息，这是选择变频器的重要依据。（1）变频器额定电流指的是输出线电流，其选择均应以连续运行总电流不超过变频器额定电流为原则。（2）变频器输出电压的等级是为适应异步电动机的电压等级而设计的，通常等于电动机的工频额定电压。（3）额定容量以变频器输出的视在功率表示，是指额定输出电流与电压下的三相视在功率。但电网电压下降时，变频器输出电压会低于额定值，这种情况下输出的视在功率值会随之减小。另一方面，一般通用变频器型号都标有与其相适配电动机容量，以电动机的额定功率表示。该表达方式是有条件的，对电动机有严格的限制。如三菱电机公司FR- A540 系列变频器铭牌POWER(或MOTOR)项为45 kW，表示与该变频器相适配的电动机容量为45 kW。这是以变频器输出额定电流时可以拖动的该变频器厂家自产的4 极标准电动机的kW 值标出的。也就是说，是针对一种特定的电动机标出的，仅可视为一种参考值。非日本标准的异步电动机自不必说，即使是日本标准的，特种用途电动机或6 极以上一般电动机的额定电流都有可能大于上述特定电动机的额定电流。因此，在为现场原有电动机选配变频器时，切不可盲目地根据铭牌上变频器和电动机的匹配关系来选择变频器; 应事先进行计算分析以确认合适的容量，从而确保调速系统连续运行时电流不超过变频器额定电流。2.3 实践中变频器额定容量的确定（1）单台变频器为单台电动机供电连续运行情况，所需变频器额定容量的计算式。PCNkPM/cos（1）ICNkIN （2）式中PM负载所要求的电动机的轴输出功率（风机、泵类负载的特点是连续运行，除起动外无瞬时过载问题，所以PM的取值基本上等于电动机的额定功率或略大于额定功率，不超过1.1 倍）；电动机的效率，通常取0.85；cos电动机的功率因数，通常取0.75；ICN变频器的额定电流；k电流波形的修正系数，PWM方式时取1.051；IN电动机额定电流, 工频电源时的电流；PCN变频器的额定容量。（2）一台变频器传动多台电动机并联运行，即成组传动时变频器额定容量的计算8。当变频器的短时过载能力为150%、允许过载时间为1 min 时，如果电动机加速时间在1 min以内，则：PCN2/3*kPM/cos *nT+ns （Ks -1）2/3 PCN1 1+ ns/nT （Ks - 1）（3）ICN2/3nT IN 1+ ns/nT（Ks -1） （4）当电动机加速时间在1min 以上时，有PCN kPM/cosnT +ns （Ks -1）PCN1 1+ ns/nT（Ks - 1） （5）ICNnT IN 1+ ns/nT （Ks -1）（6）式中nT并联电机的台数；ns同时起动的台数；Ks电动机起动电流，电动机额定电流；PCN1连续容量，PCN1kPM nT cos3 结语风机、泵类等设备采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的一