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变频器在电厂电气系统中的应用

作者/出处: 网络 发布时间: 2017-05-22


厂用电率是电厂主要技术经济指标之一,我国电力行业一般认为是发电厂电力生产过程中所必需的自用电量占发电量的百分比。目前我国火电厂机组容量约50%在300MW以下,这些中小机组的厂用电率长期维持在8%左右,直接造成资源浪费。

由电力拖动原理可知,风机和水泵类负载属平方转矩负载:即电动机轴上的转矩与其转速的平方成正比[即]。按照流体机械的相似规律,当风机的静压等于零或水泵的静扬程等于零时,风机与水泵的流量与转速成正比,其出口压强与转速的平方成正比,而电动机轴功率则与转速的立方成正比:


如果流量下降到额定流量的80%,电动机轴功率将下降到额定值的51.2%;如果流量下降到额定流量的60%,则轴功率将下降到额定值的21.6%。即使考虑到调速装置本身的损耗等因素,其节电效果也是十分可观的。可见风机、水泵采用调速驱动是一种非常有效的节能方式,因为大多数风机和水泵都需要根据发电机组负荷的变化调节流量,对于调峰机组则尤其如此。

火电厂的厂用电率有三种分类:综合厂用电率,发电厂用电率和辅助厂用电率。其中,综合厂用电率是后两者之和。发电厂用电率是火电厂在发电过程中的自用电量占发电量的百分比,是厂用电消耗水平的具体反应。主要由锅炉的吸风机、送风机、制粉系统、一次风机,汽轮机的电动给水泵、凝结水泵、循环水泵以及除灰系统、输煤系统、水源系统、脱硫系统等用电量组成,约占综合厂用电量的90%左右。辅助厂用电率是指火电厂生产过程中配电设备的损耗及生产办公、设备检修所消耗的电量占发电量的百分比。

厂用电的构成中,围绕发电机组的正常运行,有一整套的电气系统,这整套的系统很复杂,所用电机也多,因此厂用电也主要消耗于此,主要包括高压电机和低压电机两部分。其中的风机、水泵等大型主要辅助设备所用的高压大功率电机的用电量约占厂用电率的65%,是火电厂的主要耗能设备。

由电力拖动原理可知,风机和水泵类负载属平方转矩负载:即电动机轴上的转矩与其转速的平方成正比[即]。按照流体机械的相似规律,当风机的静压等于零或水泵的静扬程等于零时,风机与水泵的流量与转速成正比,其出口压强与转速的平方成正比,而电动机轴功率则与转速的立方成正比:


如果流量下降到额定流量的80%,电动机轴功率将下降到额定值的51.2%;如果流量下降到额定流量的60%,则轴功率将下降到额定值的21.6%。即使考虑到调速装置本身的损耗等因素,其节电效果也是十分可观的。可见风机、水泵采用调速驱动是一种非常有效的节能方式,因为大多数风机和水泵都需要根据发电机组负荷的变化调节流量,对于调峰机组则尤其如此。为这类机组配套的各类风机、水泵均应采用调速驱动,以获得最佳节能效果。

由于以前高压变频器的功率有限,而且价格昂贵,大多以国外品牌为主,售后没有保障,但是高压调速使用的地方恰好又是关键的工艺点,所有在很多大功率场合都采用液力耦合器调速这种机械调速方式,给高压变频器的普及以及节能改造带来了困难;但是目前国内已经有多家企业能自主研发生产高压变频器了。

高压变频器在技术上主要采用:一、低耐压器件的多重化技术;二、高耐压器件的多电平技术。一般以第一种使用较多,采用级联扩容方式的高压变频器又叫完美无谐波变频器。单元串联多电平技术就是采用多组低电压小功率IGBT,PWM变频单元串联输出为高压变频器,实现大功率集成。其特点是由低压的功率器件所组成的功率单元相串联,从而实现高压的输出。它的结构简图如下:

级联型高压变频器的原理是采用移相变压器,该变频器对电网谐波污染小,输入功率因数高,不必采用输入滤波器和功率因数补偿装置。输出的波形好,不存在由谐波引起的电动机附加发热和转矩脉动、噪声、输出du/dt、共模电压等问题,可以使用普通的异步电动机。同时这种形式的高压变频器带来两个很大的优势:




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