摘要：根据大量的数据统计发现现阶段我国以火电方式发电的煤耗量比发达国家高出许多，其原因是因为我国现阶段采用的用电率较国外来说偏高，因为原来适用的辅机流量调节方式不能满足要求，造成了电能浪费和侥幸特性变差等等不良现象，直接导致了整个机组经济性衰退。本文主要从我国现阶段高压电机造成很大的电力浪费进行节能改造提出的方案进行讨论，从各种实际情况分析讨论了如何能够减少能源的浪费，减少高压电机的损失。其主要方法是将现有的6kV高压电机更换为400V低压电机从而达到节能的目的，有利于提高整体的经济效益。
关键词：高压机电；节能；改造方案
引言：据统计我国火电厂平均发电煤耗 396 g/kwh，比发达国家高出60-80 g/kwh，一个主要原因是国内火电厂的厂用电率明显偏高，主要厂用辅机运行效率低下，使厂用电率长期徘徊在7.5%左右。随着装机容量的增加，有些电网供电容量出现富裕，部分机组长期处于低负荷运行状态，进一步恶化了电厂辅机的运行经济性。由于电网负荷结构的变化，负荷的峰谷差拉大，大型火电机组也要参与调峰和深调峰运行，将来甚至可能两班制运行，原有的辅机流量调节方式不能完全适应调峰要求，也会出现电能浪费和调节特性变差的情况。所以，近年来火电厂的厂用电率还有上升的趋势。
为了抑制日益增长的厂用电率，提高火电厂经济效益，有相当多的电厂不惜投巨资，采用变频调速技术对主要辅机传动系统进行更新改造。近年来变频器基本上取代了其他变速驱动方式（例如液力耦合器、双速电机和串级调速驱动等）成为电厂辅机传动系统节能改造的主要技术措施之一。异步电机变频调速技术经过十余年推广应用，容量从大到小，电压从低压到高压，应用已十分广泛，变频调速有着效率高、调速范围宽、特性好、精度高、维护工作量小的优点。
1、高压电机节能改造的重要意义
近年来，我国大部分汽机水泵和锅炉风机都采用电动机拖动，且以交流电动机直接拖动为主，采取恒速运行方式。在电网调峰期间，交流电动机处于低负荷状态运行，使资源浪费现象较为严重。为此，对6kV高压电机进行变频改造是十分必要的，主要体现在以下四个方面。
1.1 适应电网调峰要求
变频调节电机的启动电流较小，在启动时既可以避免对用电系统造成影响，保证机组的稳定运行，又可以减少对电网的冲击，维护电网安全运行；同时，还能够满足电网调峰状态下的低负荷运行要求，与电力市场的发展相适应。
1.2 提高经济效益
在6kV高压电机中，采取变频调节技术能够大幅度减少辅机的耗电量，特别对于低负荷状态而言，变频运行具备良好的节电效果，有利于降低发电成本和用电率，在节约能源的同时实现经济效益最大化的目标。
1.3 降低设备维护费用
实施变频节能改造后，优化了电机运行特性，提高了机组运行的经济性，使机组始终处于最佳的运行状态。尤其在低负荷运行状态下，具备挡板操作少、磨损小和节流损失小等优势，有利于减少设备维护费用，避免因停机检修造成不必要的经济损失。
1.4 延长设备使用寿命
采用变频调节技术，通过软启动电机可以有效降低电机启动电流，避免因启动电流过大对电机本身造成强烈冲击。同时，变频技术还可以避免辅机因频繁调节造成管道、阀门挡板过早损坏，延缓水泵叶轮、风机的磨损程度，减轻运行产生的噪声，从而延长设备的使用寿命。
2、变频器型号的比较、变频调速方案的评估和确认
高压变频器只要是经过隔离并降压之后从而达到高压电源的输入，一般来说6kV变频器在市面上应用比较广泛。它的技术较为先进，但不足之处是费用较高，体积较大。相比来说，低压变频器类属于特殊电压等级。虽然还没有被广泛应用，但是它的优点非常明显，例如性能稳定。还能够减少施工时的难度，但是维护需要一定的费用并存在一定的难度。另一种低压380V变频器相对来说应用更为广泛，性能稳定并且相对于高压和低压690V变频器来说，价格上具有很大的优势。缺点是此类低压电机所需用到的电缆较粗，施工时具有一定的难度。综上所述，更多的电厂采用性价比更为合适的380V变频器。
3、6kV高压电机变频节能改造研究
3.1 变频控制节能的基本原理
高压电机的变频控制器属于一种电能控制装置，它的基本原理是利用电力半导体的连通和断开将工频电源转换成为另一种频率的电能，包括整流、滤波、再次整流、制动和驱动等环节。由于高压电机的极数具有非连续的特点，通常为2的倍数，如果单方面对极数进行调节，则很难实现对电机转速进行控制的目的。但由于对电源频率的调节是在电机之外进行的，并在调节后重新对电机进行供电，所以可以与转速之间形成正比例关系，换言之，利用变频器可以使高压电机的转速达到自由控制的目标。由此可见，可以选择变频装置对高压电机进行节能改造。必须阐明的一点是，如果只改变电源频率而不对电压进行相应的调整，那么极有可能引起电机烧损。因此，在改变电源频率的同时，必须对电压进行调整。
通常情况下，在工频电源输入的过程中，启动和加速冲击的电流都非常大，一般会达到额定值的7倍以上；而采用变频控制器后，启动和冲击电流会明显降低，约为额定值的1.3～1.5倍，这不仅进一步降低了能耗，而且还有效延长了高压电机的使用寿命。当6kV高压电机转速过快时，泵类和风机的输出流量也会随之增大。由于电机输出压力与其转速平方成正比，消耗功率与其转速三次方成正比，所以在输出流量降低1/10时，会使电机消耗功率降低1/3。变频节能改造，不仅优化了电机的转速，减少了泵类和风机的输出流量，而且还能够将阀门或挡板开度调节到最大值，进而通过降低中介环节的能量消耗实现能源的高效利用。
由此可见，变频节能改造是通过改变电机转速来达到节能目的的。当高压电机采取变频调节技术后，可在负载与电机转轴之间建立直接的联系，由变频器对电机供电实施直接控制，不需要外部电源进行供电。换言之，变频技术实现了高压电机的无级变速，能够满足实际生产的节能需求。
3.2 高压电机变频节能改造实例
某电厂的风机在整个机组中的能耗较高，通过研究分析后决定对风机进行变频节能改造，具体的改造要求如下：在对变频控制器进行选型前，对电机的节能率进行估算；不对原有的控制方式进行改变，以免变频控制器出现故障而影响电机正常运行；改造时，需要采取相应的措施防止变频控制器输出产生的谐波对其他设备的运行造成影响；改造后，应当确保变频能够在25Hz以上运行。
3.2.1 变频控制器选型
针对上述改造要求，本次节能改造选用的变频控制器为高一高结构，系统输入电压为6kV，输入频率为50Hz；输出频率为0-50Hz，输出电压为0-6kV。
3.2.2 采用变频控制前后的数据分析
表1给出了风机变频控制前后的相关数据比较结果。
3.2.3 节能改造效果
在对风机进行变频节能改造后，节电量达到30％左右，并且实现了电机软启动，避免了过强的启动电流对设备造成冲击，从而有利于延长设备的使用寿命；采用变频技术后，可精确控制风机的风量，通过调节风机风量使其满足生产的实际需求，达到节能的目的。此外，风机转速降低了40％左右，大幅度降低了风机管道振动频率，减小振动产生的噪声，进而延长了电机轴承的使用寿命，减少电机故障。
4、结束语
综上所述，本文在对变频节能改造原理进行分析的基础上，以某电厂风机为例，对变频节能改造进行了研究。结果表明，通过变频节能改造，不但能够节约风机的电能消耗，而且还能够延长设备的使用寿命，节能效果十分明显。
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论文作者:姜永利
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/9/18
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