（湖北华电襄阳发电有限公司 湖北省襄阳市 441000）
摘要：在分析高压变频调速技术基本概述和技术特点的基础上，结合发电厂风机、水泵以及其他机组设备的运行特点，通过实例分析高压变频调速技术在发电厂节能生产中的应用，通过采用高压变频调速技术可以提高发电厂的可靠性，达到良好的节能效果。
关键词：高压变频调速技术；发电厂；机组设备；节能
1、引言
给水泵、引风机、凝结泵、循环水泵等电机拖动系统是稳定发电机组安全可靠运行的重要辅机系统，另外也是发电厂重要的负荷设备，是发电厂中主要的耗电设备。在发电厂运行过程中，辅机系统的耗电量约占全厂用电系统的80%，其中锅炉给水泵、循环水泵和凝结水泵约占整个发电厂用电系统的45%，锅炉送风机和引风机等系统约占整个发电厂用电系统的30%。随着发电机组容量的不断提高，对辅机设备的用电功率提出了更高的要求，辅机设备的高耗能、调节性能差和响应慢是制约发电机组安全高效运行的主要原因，为了解决发电厂辅机设备响应速度慢、能耗大、节流损失大和执行器响应速度慢的问题，需要采用合理的高压变频调速技术，选择合理的方案对电厂辅机系统进行合理的技术提升，增强辅机系统中给水泵和风机等电机拖动系统的调节性能，从而可以有效的提高机组运行的安全可靠性，促进发电厂可以在满足绿色环保的基础上实现节能降耗的目的。
2、高压变频调速技术概述
发电厂在运行过程中，电厂辅机系统主要的控制对象是电能生产过程中的产生的流量、温度、压力和液位等特性参数。传统的控制手段是通过静态调节阀门和挡板等机械设备的开度来完成特性参数的定量调节，在进行调节过程中会产生较大的节流损失，辅机电机通常在工频运行状况下运行，但是实际上系统大部分的时间是处于非满负荷运行工况条件下，这样会造成大量的电能资源浪费，利用高压变频调速技术可以对电机输入的电源频率进行精确的调节控制，这样可以确保辅机系统中输入和输出之间基本保持平衡，这样不仅可以避免造成节流损失和电能的浪费，还可以达到节能降耗的目的。通过合理的变频调速技术可以降低启动电流，减少辅机系统在启动过程中对发电厂造成的冲击，可以延长辅机系统的使用寿命。
利用高压变频调速技术的优点在于：（1）调速效率高。利用高压变频调速技术可以使风机和水泵等设备在运行频率发生改变后可以仍然保持额定的转差率，电动机可以在频率改变后以同步转速进行运行，这样可以减少电动机自身的损耗和效率的降低。（2）调速范围宽。高压变频调速系统的调速范围可以达到10：1或20：1，可以实现频率在50-5HZ或50-2.5HZ范围内的调节，另外在调速范围内可以仍然保持较高的效率，所以在低转速状态下运行负载应用比较明显。（3）变频调速系统发生故障，改变经济运行方案时，变频装置可以停止运行，设备的电能由电网直接供给，这样可以确保在发生系统障碍时，机组运行设备不受到影响，如果要采用更加经济的运行方式时，设备可以在额定频率范围内状态下工作，利用节流等形式进行调节，这样即可以保证电力系统的安全可靠性又使节能效果更佳显著。（4）采用高压变频调速装置的利用不仅可以调节流量，还可以作为电动机软启动装置的使用。
3、高压变频调速技术的特点
随着国家节能减排政策的提出，火电厂的设备技能改造也要开始逐步进行，高压变频调速技术在世界各国研究领域中越来越重视，高压变频调速技术的发展和研究是现阶段电子技术研究的重点问题，高压变频调速技术主要有以下几种形式，最先使用的是高-低-低高压变频调速技术，这种系统的主要特点是先用变压器将高电压降压，然后利用低压变频器拖动低压大功率电机，这种方式实际不是真正的高压变频调速技术。在发电厂运行过程中，高-低-高变频调速技术是比较常见的变频调速系统，主要是通过变压器将高压降压后由低压变频器输出，电压变频器输出后再通过变压器升压，升压后再拖动高压电动机，这种高压变频调速技术在实际应用中占地比较大，而且存在谐波现象，在使用过程中需要配备滤波器对电力进行保护。直接采用高-高功率变化方式，这种方式的主要原理是逆变器采用多个功率的开关器件进行串联，在系统电压较高和功率开关器件的耐压较低时，需要串联的功率开关器件比较多，这样会使逆变器的损耗增加，从而降低了系统的可靠性和效率，另外这种调节方式运行中产生较高的du/dt，谐波成分比较大，必须要配备滤波器进行配合使用，维护起来也比较复杂。多电平高压变频调速系统是一种应用广泛，是一种比较常见的高压变频调速技术，也是一种比较理想的调速技术，和上述高压变频调速技术相比，多电平高压变频调速技术中功率器件的开关频率得到了很大程度的降低，在实现高压变频调速过程中，首先将高电压切成几个低电压电平，然后再利用多电平功率逆变器叠加，然后形成正弦电压波形，随着电平数的增加，合成阶梯波形的分级越多，这样使合成的电压畸变越小，可以实现常规低压功率的开关器件实现高压变频调速技术，从而可以从根本上解决谐波问题，可以避免由于较高的du/dt造成的电机损坏，缺点主要是使用的功率开关器件较多，功率变换和变频控制比较复杂。除了以上介绍的高压变频调速方式外，还有一种无刷双馈电机调速方式，也是一种比较好的高压变频调速方式，但是需要采用无刷双馈电价，并且调速的范围比较小。
4、高压变频调速技术在发电厂节能生产中的应用
襄阳电厂的高压风机系统功率设计值偏大，存在“大马拉小车”现象，3号机组的的一次风机辅机系统中鼓风机的型号是17881Z/1165，轴功率是1868kW，转速为1480r/min，效率为86.5%，配套电机的型号是YKK630-6kV，额定功率是2240kW，电压为6.3kV，额定电流为248A，功率因数是0.9，防护等级是F级。根据大量历史运行数据分析，在低负荷运行工况条件下的发电机组，风机在动、静调节过程中的节流损失要比额定运行工况条件下增加35%-45%，在此条件下，风机系统的运行效率比较低，能耗非常严重，严重影响到发电厂的用电率。通过分析风机系统历史运行数据，如果采用6.3kV高压变频调速控制方式，对3号机组的风机控制系统进行变频节能升级，可以降低风机系统厂用电率40%左右。为了适应绿色环保政策的提出，减少电能资源浪费情况，降低火电厂用电率，提高风机的调节控制性能，对3号发电机组的2台6.3kV高压风机系统进行节能技术改造，根据2台高压风机并联独立运行的实际条件，采用1台高压变频器拖动一台高压风机的单元接线形式，具体逻辑接线形式如图1所示，
图1 6.3kV高压风机变频节能改造方案
从图1可知，处理采用高压变频器外，图中部分是主要的一次系统，主要由3个6.3kV高压真空接触器、3个6.3kV高压隔离开关组成，电厂用电经过QF11用户开关、KM2高压真空断路器、QS1高压隔离开关和高压变频装置相连，高压变频装置经过内部运算模块形成相对应的控制策略，然后经过KM3高压真空接触器、QS2高压隔离开关和6kV高压风机电机相连，将电源供给电机实现风机辅机系统的变频调速节能控制，为了进一步的提高辅机运行系统的安全可靠性，变频调速控制装置在出现故障后，为了确保机组的高效运行，6.3kV电源可以通过KM1高压真空接触器直接给高压风机电机供电，从而实现工频的运行。3号机组在采用变频调速技术后，分析不同负荷工况下的工频运行功率，变频运行功率得到了有效的降低，机组电力负荷不断下降情况下，变频调速取得的效果越好，通过分析在330MW负荷工况下，节约功率最明显，可以节约1156.3号机组一次风机系统经过节能改造后可以1天节约23935，一年可以节约4235833，一年可以节约161万元，3号机组一次风机单台变频调速装置的成本约为213万元，所以只需要一年半就可以完全收回成本，调节运行比较灵活，可以大大降低风机电机的启动电流，风机辅机系统具有较高的安全可靠性。
5、结语
随着电力电子技术研究的不断深入和进一步完善，高压变频调速技术在各种性能上都有较高的拓宽和提高，电厂一次风机变频装置的投入，投资比较低，并且节能效果比较明显，火力发电厂中风机和水泵等辅机负荷种类比较多且功率较大，选着合理的变频调速技术进行节能改造，不仅可以提高辅机设备的稳定性和准确性，还可以保证发电机组的安全可靠性和节能经济的高效性，具有积极作用和意义。
参考文献：
[1]谢茹．210MW发电机组风机变频调速改造[J].中国设备工程，2010（5）：62-63.
[2]张振阳，刘军祥，李遵基.高压变频技术在火电厂吸风机中的应用与研究[J].热能动力工程，2002（2）.
[3]付志峰.火力发电厂采用高压变频调速技术降低厂用电率节能研究[J].科技信息，2010（31）.
论文作者:张俊毅
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/13
标签：高压论文; 变频调速论文; 风机论文; 系统论文; 技术论文; 发电厂论文; 机组论文; 《电力设备》2017年第31期论文;