变频发电机组（共8篇）
变频发电机组 篇1
0 引言
风力发电机组功率的不断增大,导致机组的叶片已经重达数吨或数十吨。操纵如此巨大的转动惯性体,并且响应速度要求能跟上风速变化是相当困难的。近年来投运的变桨距风力发电机组,一方面对桨叶角度进行变桨距控制,另一方面通过变频器控制发电机转子电流来控制其转速。变桨距控制是一个比较缓慢的过程,它的动作时间以秒计算,对快速变化的风速功率输出效果并不理想,而变频器控制发电机转子电流频率的动作时间在毫秒级以下。因此在高频率的风速变化时,通过变频器瞬时改变发电机转子电流频率可以保证发电机组能跟上风速的频繁变化,使机组功率稳定输出,降低对电网冲击的不良影响,同时也可以降低变桨距机构的动作频率,延长变桨距机构的使用寿命。
1 原理
双馈异步发电机中定子直接通过接触器与电网连接,转子通过变频器与电网连接。当发电机转子转速随风速变化时,要保证定子输出工频电流,发电机转子励磁电流频率、转速和定子电流频率存在如下关系:
式中,f为发电机定子电流频率(工频50Hz);p为发电机磁极对数;n1为发电机转子转速;f1为发电机转子电流励磁频率。
因为风速随时变化,所以发电机转子转速n1也是随时变化,要保证风力发电机定子输出稳定电流频率f,只有通过变频器调节风力发电机转子励磁电流频率f1。
当异步电机接入频率恒定的电网上时,由定子三相绕组中的电流产生的旋转磁场的同步转速决定于电网频率和电机绕组的极对数:
式中,n为发电机同步转速。
异步发电机中同步转速和转子转速之间的相对转速为:
由此可知异步发电机有3种工作状态:同步工作状态、亚同步工作状态和超同步工作状态。变频器就是在这3种不同的工作状态下以不同的方式工作:
(1)双馈异步发电机运行于亚同步速度。
当风速小于风力发电机组额定风速时,机组运行在亚同步状态,这时发电机转子转速n1小于同步转速n,不能保证发电机定子并网条件。这时变频器给发电机转子提供正相序励磁电流,向发电机转子输入有功功率。转子电流产生的旋转磁场的转速与发电机转子的转速同向,保证发电机转子的转速达到同步转速,满足定子并网条件,保证了在低风速时风力发电机能持续捕捉到最大的风能量。
(2)双馈异步发电机运行于超同步速度。
当风速大于风力发电机组额定风速时,发电机转子转速大于同步转速,发电机运行在超同步状态,n1>n,不能保证发电机定子并网的条件。这时变频器向发电机转子提供反相序励磁,转子电流产生的旋转磁场的转速与发电机转子的转速反向,发电机转子向变频器输出有功功率。发电机的定子和转子同时向电网馈电,保证在高风速时风力发电机能稳定输出额定功率。
(3)双馈异步发电机运行于同步速度。
当发电机转子转速等于同步转速时,发电机处于同步运行状态,变频器向发电机转子提供直流励磁,此时变频器和转子绕组间无功率交换,风力发电机恒功率运行。
2 应用
2.1 调节转速
并网后,由于风速的变化,发电机可能运行在3种工作状态中的任何一种状态。当风速低于额定风速,变频器根据转速设定值和风速,给出一个桨距角度,此时发电机输出功率小于额定功率,变频器根据功率反馈和速度反馈值,给出转子励磁电流值,使发电机转速高于同步转速,保证机组在低风速仍能并网。当风速高于额定风速,发电机输出功率上升并到额定功率,当风轮吸收的风能高于发电机输出功率,发电机转速上升,变频器根据功率反馈和速度反馈值,改变转子电流给定值,使发电机运行在超同步状态。这时发电机的定子和转子都向电网输出功率,机组达到额定功率运行状态。如果风速仅为瞬时上升,由于变桨距机构的动作滞后,发电机转速上升后,桨叶角度尚未变化,风速下降,发电机输出功率下降。这时变频器将减小发电机转差率绝对值,使得发电机转速下降,在发电机转速上升或下降的过程中,变频器保证转子的励磁电流不变,发电机输出的功率也保持不变。风速如果瞬时下降,变频器的动作原理与风速上升时相同,只是动作的方向相反。
2.2 机组并网控制
风力发电机组并网的条件:频率与电网频率相等、电压与电网电压相等、相位与电网相位相同。在机组并网的瞬间,3个条件必须同时满足。在机组并网过程中,变频器首先启动直流预充电环节,如果直接吸合网侧接触器,较大的电势差会对转子接触器造成较大的冲击,形成瞬间过电流。当风机转速达到1200r min以上时,变频器开始给发电机转子提供励磁,同时变频器开始检测发电机与电网的电压、频率和相位是否相同,如果满足条件,变频器控制发电机定子接触器闭合,实现机组与电网的零冲击连接。
2.3 调节无功、滤波和过电压保护
改变励磁电流的幅值和相位,可以改变发电机定子电动势和电网电压之间的相位角,从而实现无功功率的调节。在机组超同步运行时,发电机转子发出的交流电有很大的谐波,发电机经过变频器的整流、滤波、逆变、再滤波,然后并入电网,能减小对电网的谐波干扰。电网电压在一定的范围发生跌落时,风力发电机组的各量都会产生较大的振荡并伴有尖峰出现。变频器中的Crowbar电路在电网电压跌落时可以增加转子回路的电阻,有效抑制定子电流的交流暂态分量,同时可以对直流母线电容器进行保护。
3 应用优点
异步双馈变桨距风力发电机变频调速运行是在双馈异步发电机转子电路中实现的,流过转子电路中的功率为转差功率,一般只为发电机额定功率的1/4~1/3。因此变频器的容量可以较小,大大降低了变频器的成本和控制难度。定子通过开关和接触器直接连接在电网上,使系统具有很强的抗干扰性和稳定性。
发电机转子转速与风速成比例变化,为了保证转子运行在最佳叶尖速比的范围内,转子叶片的迎风角度通过一个变桨距传动单元进行调整。在高频率风速变化时,仅仅依靠转子电流变频器的控制就可以保持发电机功率的稳定输出,减少对电网的不良影响,同时也可以降低变桨距机构的动作频率,延长变桨距机构的使用寿命。
4 结语
同时使用变频器调速技术和变桨距技术,保证了机组效率的不断提高。
参考文献
[1]姚兴佳,宋俊,等.风力发电机组原理与应用[M].北京:机械工业出版社,2010
变频发电机组 篇2
关键词：变频器(HARSVERT—A)、故障处理
随着电子控制技术和集成高压大功率晶体管技术的不断成熟与发展，高压变频器的使用也越来越广泛，无论是高压异步电动机还是低压异步电动机，无论是泵还是风机，无论是工业设备上还是家用电器上都会使用到变频器，可以说，只要有三相异步电动机的地方，就有变频器的存在。特别是高压变频器现在在发电厂高压电动机上使用已较为普遍，那么，如何维护好高压变频器并使之正常工作，将直接影响发电厂机、炉的安全连续运行。下面就6KV高压变频器HARSVERT A系列在发电厂运行中的一些案例进行分析。
一、变频器的基本原理
按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：
n=(1-s)60f／p=nO*(1-s)
(P：电机极对数；f：电机运行频率；s：滑差)
从式中看出，电机的同步转速n0正比于电机的运行频率(nO=60f／p)，由于滑差s一般情况下比较小(0——0.05)，电机的实际转速n约等于电机的同步转NnO，所以调节了电机的供电频率f，就能改变电机的实际转速。电机的滑差s和负载有关，负载越大则滑差增加，所以电机的实际转速还会随负载的增加而略有下降。
二、变频器的作用
1.调速：可以通过控制变频器的输出频率使普通的三相异步电动机工作在调速范围即任意地改变电动机的转速，频率与转速成正比。
2.节能：因为介质流量与风机或泵类的转速成一次方正比，转速大流量即大，而功率与转速成正比三次方，P1／P2=(N1／N2)3，转速低功率小。变频器调速比传统的电磁调速可以节电25％-80％。
3.软启动：将电动機的启动电压由零慢慢提升到额定电压，这样电机在启动过程中的启动电流，就由过去过载冲击电流不可控制变成为可控制。并且可根据需要调节启动电流的大小。电机启动的全过程都不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行。
三、HARSVERT-A高压变频系统基本结构组成
基本结构组成最主要有三大块：变压器、功率单元、控制单元
1、主要分析功率模块的基本组成：
(1)功率器件：IGBT、旁路半桥、可控硅(如图)
(2)单元控制板：模块电源(H AS2015-W、HAS2.5-5-W)等
(3)驱动板：模块电源(HM7)、M57962AL、驱动端子等
四、案例分析
(一)功率模块导轨积灰放电导致驱动故障
1、故障现象：
(1).变频器运行一段时间后报A3，A4或者A7，A8驱动故障，后来演变成变频器一启动就报A3，A4驱动故障
(2)更换主控箱后，现象依旧在。
2、故障原因分析：
(1).功率单元自身的内部原因，这里面包括内部功率器件、电路板；
(2)功率单元对应的光纤问题
(3)相邻两模块之间的导轨绝缘问题；
(4)功率柜后挡板环氧板绝缘问题；
(5)模块输入侧三相绝缘的问题：如功率柜变压器柜侧板转接螺栓、三相输入电缆；
(6)变压器副边相邻线圈绝缘问题
3、判断分析：
(1)由于每次重启变频器能运行一段时间，初步判断：功率模块自身的问题可能性不大。
(2)每次都是两个模块同时报出，感觉上与模块的位置有关，那么：
a.相邻两模块之间的导轨绝缘问题；
b.功率柜后挡板环氧板绝缘；
c.模块输入侧三相绝缘的问题：如功率柜变压器柜侧板转接螺栓、三相电缆；
d.变压器副边相邻线圈绝缘问题
4、查找检查：
(1)现场目测导轨、功率柜后挡板环氧板、功率柜变压器侧板转接螺栓、三相电缆、变压器副边相邻线圈都看不出任何迹象。
(2)对功率模块现场摇绝缘，使用5000V的绝缘摇表测试；摇绝缘前功率模块的u V输出铜排拆开。测试发现：在测导轨之间摇绝缘时，在模块后侧的导轨之间出现电火花，绝缘值为零，打开功率柜后档板发现：功率模块导轨之间存在局部放电，导轨后端有积灰而且有积水(不久前柜顶漏水)。
5、处理措施：处理漏水地方，将积灰积水查干净并更换绝缘板。
(二)启动转矩大，导致的驱动故障
1、故障现象：
(1)6月19日，变频器启动过程中，报B3，B4，C5驱动故障；
(2)6月29日，变频器更换功率模块滤波板后，再次启动报A1驱动故障；
(3)7月8日，调整变频器主控参数后，第一次和第二次启动均报负载过流，第三次启动报C4驱动故障，同时负载过流。
2、现场检查：
(1)检查主控箱内各电路板级未见异常
(2)检查变频器高压电缆未见异常并测电缆及变压器绝缘正常；
(3)检查报驱动故障的功率模块发现内部均有一只IGBT击穿。
3、故障判断：
由于变频器故障发生的时刻在带载启动期间报驱动故障，且发现有报负载过流问题；根据这一现象我们判断是由于电机启动所需要的转矩较大，变频器在VVVF的控制方式下需要较大的启动电流。过大的启动电流导致功率模块内部的IGBT击穿报驱动故障。
进一步利用示波器监测VVVF和矢量控制下的启动电流确证。
4、分析判断：
(1)在查找问题过程中，为了尽量避免模块损坏，建议先不要带负荷试运行；以便确定故障与主控箱和其它设备无关，与负载有关。带负荷时开始将过流保护值设定小一点，从额定电流开始，然后，再逐步加大。
(2)通过对比，在电机启动转矩较大的情况下，可以考虑使用矢量控制运行；
5、处理措施：(1)更换功率模块；(2)适当调整加大启动转矩提升值。通过以上处理，现设备运行正常。
变频发电机组 篇3
一、变频调速装置的选型
该风机变频器选用的是功率单元串联多电平高压变频器 (完美无谐波变频器) 。此变频装置具有谐波含量、共模电压、电压变化率和电磁干扰小, 整机开关频率和系统效率高等优点。
高压变频器采用移相变压器 (6~0.7k V) 输入方式, 功率单元耐受电压和双向谐波含量低, 适合中高压大容量电机的拖动, 可以直接拖动原工频电机, 只增加高压变频调速装置, 不更换电机, 增加工、变频切换柜, 实现变频装置异常时电机工频旁路运行, 保证主设备运行可靠。
二、高压变频装置基本功能
1. 高压电机软启动。
高压 (6k V) 变频器可以对风机电机进行无冲击电流启动方式启动。
2. 闭环运行模式。
在闭环运行模式下 (自动跟踪) , 变频器将根据偏差自动调节被控制量的实际值自动逼近期望值, 实现自动控制。
3. 开环运行模式 (手动调速) 。
选择开环运行模式, 变频器的运行频率将由外部模拟信号直接给定, 变频器将按目标值频率运行。
4. 其他辅助功能。
包括参数设定、故障查询、运行参数记录显示、与远方DCS监控系统接口、系统保护、单元旁路、瞬时停电再启动和手动工频旁路功能。
三、改造实施方案
1.8号机组引风机、送风机在电机与风机之间原来采用液力耦合器连接, 改造后去除液力耦合器, 在电机与风机之间加装空心钢轴进行连接。根据发电机负荷大小, 通过DCS控制和调节引、送风机变频器频率进行风机风量的调节和控制, 满足发电机的各种运行工况需要。
2.变频装置采用成都东方日立公司DHVECT-DI0200/06型高压变频器, 变频器由控制柜、功率柜、变压器柜、旁通柜组成。该变频器对输入过压、欠压、缺相、输出过载、功率单元超温、移相变压器超温、冷却风扇故障、机柜门状态、瞬时停电等具有保护措施。
3.变频器控制由运行人员根据机组运行工况、风量大小, 通过DCS控制变频器运行频率进行风量调节。正常方式为变频运行方式, 变频器故障时切换为工频运行方式, 提高了可靠性, 满足了运行要求。
4.将原8号机组6k V开关室到两台引风机电机的动力电缆从电机侧抽回到变频室, 从变频室另外敷设新动力电缆到引风机电机;将原6k V开关室到两台送风机电机的动力电缆从6k V开关室侧抽回到变频室, 从变频室另外敷设新动力电缆到6k V开关室。由此节约6k V电缆600m, 折合资金约30万元。
5.改造后电气一次接线路 (以甲引风机为例) 见图1。图中QF1为引风机6k V开关;QS1、QS2、QS3为刀闸。变频切工频, 先断QF1开关, 再断开QS1、QS2刀闸、合上QS3刀闸, 合QF1开关。工频切变频时, 先断QF1开关, 再断开QS3刀闸, 合上QS1、QS2刀闸, 合QF1开关。
6.由于变频器功率大, 发热量较大, 为保证通风冷却效果, 在变频器功率柜和变压器柜的柜顶分别独立安装了一套整体风扇, 再经过室内空调把热风置换到室外, 保证变频器的整体冷却通风要求。
7.将引风机入口挡板门由手动改为电动, 以满足工频状况调节需要。改造中电机不移位, 节约了制作基础的费用。
8.加装引、送风入口挡板执行器4台。在DCS系统中增加引、送风机变频控制逻辑、入口挡板控制逻辑, 并修改操作画面。根据要求完善并修改引、送风机、入口挡板相关联锁、保护、顺控等逻辑。
四、改造前后系统对比
1.DHVECT-DI0200/06型变频器调速范围为0~100%。液力耦合器的调速范围为40%~95%。
2.DHVECT-DI0200/06型变频器在整个调速范围内都具有较高的效率 (大于97%) , 而液力耦合器效率低。
3.DHVECT-DI0200/06型变频器对电机及负载机械可实现软启动, 解决了启动冲击问题, 而且电机可以在短时间内多次重复启动。液力耦合器为直接启动, 启动电流对电网有冲击且不能频繁启动。
4.用DHVECT-DI0200/06型变频器对电机调速时, 只需脱开原来的开关和电机的连接电缆, 加入变频器即可, 改造方案简单。
5.DHVECT-DI0200/06型变频器可靠性高、免维护。而液力耦合器是机械设备, 故障率高。
五、存在问题及处理措施
改造后, 电流波动大 (10A) 。观察发现原因是操作时调节幅度较大, 设备工况反馈不同步所致。后将调节幅度设置为1~2Hz/次, 现象消除。
8号炉乙引风机变频器变压器温度超高跳闸, 切工频启动反时限过电流保护跳, 检查保护定值不适应工频启动要求, 定值修改后工频运行正常。某日发出高压掉电信号, 变压器柜显示温度为A相51℃、B相48℃、C相53℃。检查变频器, C相温控器和测控元件发生故障, 拆除其跳闸回路。更换后恢复正常运行。
六、效益
变频发电机组 篇4
一、存在的问题
ZJ70/4500DB交流变频钻机配置4台发电机组, 机组控制柜根据转速、电压、功率、机组保护等指令控制柴油机、发电机、主开关, 根据负载功率要求实现2～4台发电机组并机运行, 向钻机供电, 提高动力系统可靠性和经济性, 供电原理见图1。发电机采用相复励磁系统, 并配有AVR (自动电压调节器) 控制励磁系统输出, 使发电机端电压不随负载变化。WOODWARD公司生产的2301A负载分配和速度控制器, 控制柴油机转速。捷克ComAp公司生产的发电机组控制器由IG-CU主模块 (基础控制模块) 和附加模块组成 (种类较多, 可根据不同需求选取, 如IG-PCLSM负载分配模块、IG-COM通信模块) , 用于自动并车、有功分配及柴油机、发电机保护。无功分配采用发电机调差功能进行调节。
目前4台1FC6发电机组分别为汾西产和柳州产, 虽然严格按照西门子标准生产, 但厂家不同使发电机调差特性不同, 导致机组运行过程中两种产地发电机组出现无功功率不能均衡分配, 严重时1台机组输出无功功率, 另1台机组吸收无功功率, 机组间出现较大环流, 经常分断主开关保护, 钻机无法正常运行。最初设想通过调整调差率恢复正常无功分配, 但多次调试未成功, 发电机出厂实验数据表明两种发电机组空载负载特性不同。
二、发电机组控制系统改造
1. 基本原理
发电机组并机运行时, 若柴油机功率不变, 改变励磁电流, 能够使发电机定子电流、无功功率和功率因数发生变化。当励磁电流等于正常励磁电流时, 定子电流最小、无功功率为零、功率因数等于1;当励磁电流大于或小于正常励磁电流时, 均会使定子电流和无功功率变大、功率因数减少。欠励使功率因数超前, 发电机向电网输出超前的无功功率;过励使功率因数滞后, 发电机向电网输出滞后的无功功率。因此要平衡机组间无功功率, 必须控制发电机的励磁, 这可通过改变发电机给定电压实现, 只要发电机组控制系统能够根据无功分配情况自动调节发电机给定电压即可。
2. 实施
采用AVR精确控制发电机输出电压: (1) 调节电位器U进行手动控制。 (2) 在AVR辅助控制电压输入端X40/2、X40/3处引入正或负的辅助给定值Usetsupp进行外部控制。计算公式如下:
式中ΔUg——发电机输出电压变化范围, V
K———常数, 1.4kΩ/V
Urate——发电机额定电压, V
R18———AVR上电阻, Ω
Usetsupp———辅助给定值, V
若Urate=600V, R18=10kΩ (可根据具体情况更换) , Usetsupp=±0.7V, 则ΔUg≈±60V。
可设计无功功率均衡电路作为控制电路, 也可采用现有产品, 查阅相关文献, IG-CU主模块附加IG-AVRi模块 (自动电压调节接口卡) 后可控制AVR, 电气连接见图2, IG-AVRi模块输入、输出采取隔离措施, 由发电机供电。调节IG-AVRi模块上电位器可使发电机输出电压在额定电压基础上变化±10%, 如发电机额定电压为600V, 则可将发电机输出电压控制在540～660V。
3. 运行调试
采购4套IG-AVRi模块, 按照图2连接好电路, 为使IG-CU主模块能够控制发电机组输出电压且符合ΔUg≈±60V的要求, 并机前还需对单台发电机组进行调试, 步骤如下。
(1) 启动机组, AVR上电位器U和IG-AVRi模块上电位器配合调整才能达到最优电压调整范围, 打开IG-CU主模块控制屏“Volt/PF ctrl电压/功率因数控制”参数组, 将“AVR DCout bias/AVR参考电压”设定为50, 完成后退出设置菜单。
(2) 稍微调小AVR上电位器U, 使得开机时电压不会过高, 将IG-AVRi模块上电位器逆时针调至最小。空载启动机组, 按IG-CU主模块控制面板箭头按键, 翻页到同步窗口, 注意查看发电机电压和IG-CU主模块内部参数VOLTREGOUT值, VOLTREGOUT值会不停变化, 若稳定在约50%即可, 否则需再次调整电位器U。
(3) 调好后在IG-CU主模块的“Basic settings基本设定”参数组中改变“Gen nom V/发电机额定电压”参数。若该值设定为311V, VOLTREGOUT百分数会变小至约10%;设定为381V, VOLTREGOUT百分数会变大至约90%, 则表明发电机组已具有良好调压性能, 可在-60V～+60V调节。
(4) 设定IG-CU其他控制参数, 见表1。
设定好4台机组参数, 并机实验, 效果良好, 机组间无功功率实现自动平衡分配, 分配差度<5%。改造特点是不改变原发电机控制系统结构, 投资小、机组性能稳定。
参考文献
变频发电机组 篇5
宁夏大唐国际大坝发电公司安装的2台600MW空冷火力发电机组,原静叶可调式轴流引风机拟改为高压变频无级调速,不但实现了对锅炉负压的精确调整,同时也在节能降耗、提高电厂经济效益、减少对设备的磨损、降低维护成本等方面拓展开了新局面。此次工程全部由国内自主设计、引风机厂用电率由0.9%下降至063%。项目当前是国内发电厂应用功率最大的高压变频系统设施,且全部自主建设、自主制造、自主调试、自主运行管理,并拥有国内领先水平的高压变频调速系统。(图1、2为合康变频器运行现场)
引风机变频改造后,每台机组日均发电量1050万度电时,调速系统(6KV 4500KW),实现了国内高压变频领域在静叶可调式轴流风机上的可靠使用,并具有良好的节能效益。此次改造,不但为发电厂静叶可调式轴流引风机在高压变频改造领域方面积累了宝贵的经验,也为西北地区其它相同等级发电厂高压变频的节能改造建设提供了借鉴。
2 HIVERT-Y06/545的高压变频器技术指标(性能)简介
一般高压变频器安装标准为海拔1000米以下。这与空气的密度有关,海拔1000米以下空气的密度基本维持不变,但随着海拔高度的升高,空气变得越来越稀薄高压变频器冷却能力有所下降。鉴于此,在海拔比较高的地区需选用有足够富裕量的高压变频器,否则就会频繁出现过流、过载、过热等跳闸现象。另外一个原因是空气较稀薄的地区,易发生击穿放电现象。
针对高海拔使用现状,选用额定功率为HIVERT-Y06/545(4500KW)的高压变频器,能有效解决高海拔变频器降容问题。
高压变频器中所有的PCB电路板,均做了三防漆处理,三防漆可以为PCB电路板提供更好的抗灰尘、抗潮湿、抗霉变、耐腐蚀和抗振动的超强保护。同时三防漆还可以对电路和组件起到保护作用,防止它们直接放电和增大爬电距离。
由于高海拔的影响,裸露于外的铜排在棱角、尖锐处容易出现尖峰放电现象。高压变频所有铜排均做过镀镍、镀铬处理,以防止铜排表面氧化,影响通流能力。同时将所有的铜排棱角、尖锐做特殊的打磨处理,避免出现尖峰放电问题。
鉴于高海拔地区因空气稀薄易出现空气直接击穿的问题,改造者在6KV高压变频设计中,将所有的电气间隙及爬电距离统一按照10KV系统进行设计、配置,有效避免了此类问题的出现。
3 控制系统概述
3.1 控制系统的选用——双核DSP控制系统
主控板采用高速D S P,完成对电机控制的所有功能,运用正弦波空间矢量方式产生脉宽调制的三相电压指令。通过通讯口与人机界面主控板进行交换数据,提供变频器的状态参数,并接受来人机界面主控板的参数设置。
人机界面采用高速DSP,提供友好的全中文操作界面,负责信息处理和与外部的通讯联系,可选上位监控而实现变频器的网络化控制。通过主控板和IO接口板通讯传来的数据,计算出电流、电压、功率、运行频率等运行参数,提供表计功能,并实现对电机的过载、过流告警和保护。通过通讯口与主控板连接、IO接口板连接,实时监控变频器系统的状态[1]。
双DSP控制系统,无需人工控机,具备功耗小,发热量小,软件简单,实时性好,可靠性高等特点。速度高达纳秒级,比工控机的响应速度快几十倍,杜绝了变频器死机问题。
3.2 控制方式选用——无速度传感矢量控制技术
在转子磁场定向的同步旋转坐标系下,定子电流可分解为两个独立的分量:励磁电流分量与转矩电流分量。在控制转子磁通恒定的前提下,电机转矩与定子电流的分量成正比。从而实现了转子磁通和转矩的解耦控制。这样,在转子磁场定向的坐标系下,矢量控制就是把定子电流中的励磁电流分量与转矩电流分量分解成两个垂直的直流变量,分别进行控制[2]。通过坐标变换重建的电动机模型就可等效为一台直流电动机,从而可以实现直流电动机那样进行转矩和磁通控制。
4 HIVERT高压变频主电路构造原理
H I V E R T系列高压变频器采用交-直-交直接高压(高-高)方式,主电路开关元件为IGBT。由于IGBT耐压所限,无法直接逆变输出6 k V,且因开关频率高、均压难度大等技术难题无法完成直接串联[3]。HIVERT变频器采用功率单元串联,叠波升压,充分利用常压变频器的成熟技术,因而具有很高的可靠性。图2为6kV系列典型主电路图。
隔离变压器为三相干式整流变压器,风冷,有使用寿命长、免维护等优点。变压器原边输入可为任意电压,Y接;副边绕组数量依变频器电压等级及结构而定,6kV系列为18个,延边三角形接法,为每个功率单元提供三相电源输入。
为了最大限度抑制输入侧谐波含量,同一相的副边绕组通过延边三角形接法移相,绕组间的相位差由下式计算:
移相角度=60°/每相单元数量
由于为功率单元提供电源的变压器副边绕组间有一定的相位差,从而消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流,所以HIVERT变频器输入电流的总谐波含量(THD)远小于国家标准5%的要求,并且能保持接近1的输入功率因数。
三相输出Y接,得到驱动电机所需的可变频三相高压电源。图3为6kV(六单元)、变频器系列的电压叠加示意图。
图4为六个580VAC功率单元串联时,每个功率单元输出的电压波形及其串联后输出的相电压波形示意图,可以得到6～0～-6共13个不同的电压等级。增加电压等级的同时,每个等级的电压值大为降低,从而减小了dv/dt对电机绝缘的破坏,并大大削弱了输出电压的谐波含量,图5a为6kV六单元变频器输出的Uab线电压波形实录图,峰值电压为8.5kV。因为电机电感的滤波效果,输出电流波形更优于电压波形,图5b即为输出电流Ia的实录波形图,峰值电流130A。电压等级数量的增加,大大改善了变频器的输出性能,输出波形几乎接近正弦波。
功率单元原理见图6,输入电源端R、S、T接变压器二次线圈的三相低压输出,三相二极管全波整流为直流环节电容充电,电容上的电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。
5 改造后效益概述
5.1 降低设备损耗,延长设备使用寿命
静叶可调轴流式风机的工作原理:气体被进风箱均匀的吸入,通过前导器改变气流的流量和气流的预定方向。转动叶轮上的叶片对气流沿圆周方向向上做功,提高了气流的压力能和动能[4]。同时,气流在流道形状收缩的叶片子午面上得到加速。通过静子(后导叶)和扩压器将一部分气体的动能转化为静压能的轴流式通风机。前导器是一组不随风机转动的叶片,安装在风机工作轮的前面,用来改变风机入口风流的速度。叶片角度可根据要求调节,用来变化风机的特性曲线。
原控制方式中通过改变风机静叶的角度来调节风量尽管比一般采用控制入口挡板开度来实现风量的调节有一定的节能效果,但是节流损失仍然很大,特别是低负荷时节流损失更大。其次静叶调节动作迟缓,造成机组负荷相应迟滞。异步电动机在启动时启动电流一般达到电机额定电流的5-7倍,对厂用电形成冲击,同时强大的冲击转矩对电机和风机的使用寿命存在很大不利影响。
在此次高压变频系统改造中,预先测定静叶可调轴流式风机在最高效率区时最大静叶开度值作为变频运行时的风门开度。由于变频运行时,风机效率曲线平行位移,最高效率区时最大静叶可以保证在变频运行时,风机始终处于最佳效率区。其流量与转速的一次方成正比,压力与转速的平方成正比,轴功率与转速的三次方成正比,当风机转速降低后,其轴功率随转速的三次方降低,驱动风机的电机所需的电功率有效降低。采用变频调速后可以实现对引风机电机转速的线性调节,通过改变电动机转速使炉膛负压、锅炉氧量等指标与引风机风量维持一定的关系。
5.2 有效避免机械共振、风机喘震
高压大容量风机应用高压变频改造后,由固定转速运行方式进入变速运行方式,设备的运行状态发生了很大的变化[5]。同时由于风机厂家设计时,基本按固定转速方式设计及测试,在变频运行时可能会带来机械共振,风机喘震等问题。所以高压大容量风机在高压变频改造时,对可能出现的问题给予足够的重视。
在此次高压变频系统改造中,重点关注此问题。高压变频系统参数中设置有共振频率跳转设置,共有2对频率跳转设置,可设定频率跳转起始频率点及恢复频率点,能使电机避开共振点运行,让风机不喘震。
在实际设备投运过程中,DCS操作人员通过DCS远端从0-50HZ逐渐调整转速,间隔为1HZ,每个频率点运转1分钟,同时测试人员在风机本体附近测试风机的震动,记录在各频率段的震幅值内。
通过现场实际操作检测,在各频率段,风机各项震动值基本处于正常范围之内。由于引风机实际运行中,运行频率会较高,同时为避免变频在低频区的转矩波动问题,在DCS参数操作盒中设定最低运行频率,保证系统的安全稳定运行。
5.3 提高锅炉系统的综合效益对比
目前电厂引风机风量为入口静叶调节方式,调解精度差、效率低,特别是近几年宁夏电网的负荷峰谷差越来越大,频繁的调峰任务使部分辅机仍然运行在工频状态下,造成大量电能流失。
四台引风机节能改造前,按2 0 1 0年利用小时数6453,负荷率82.58%,运行平均电流为272A计算,全年耗电量为6055.75万KWh,按2010年发电煤耗309.82g/KWh折算,耗用标煤18762吨。
为了提高锅炉系统的综合经济性以及降低能耗,需对两台锅炉、四台引风机电机进行变频调速改造,利用高压变频调速技术改变设备的运行速度,以实现各运行工况所需风压、风量,达到节约电能,提高锅炉出力和效率的作用。
具体方法是:优化引风机风量及炉膛负压控制系统,增加四台引风机高压变频装置,并设置旁路装置,使引风机电机可在工频、变频两种状态下运行,同时与引风机静叶调节相配合,适合锅炉各个运行工况,达到节能目的。
锅炉引风机系统技术改造能耗基础数据
制造厂设计值:引风机电流497 A(额定电流)
改造前能耗数据:引风机电流272A(负荷率82.58%)
改造后能耗数据:引风机电流225A(负荷率82.58%)
锅炉引风机系统技术改造项目节能量测算公式
计算时间段:1年
引风机装机台数:4
引风机改造后节约标煤量=1.732 ×电压×(电流变化量)×功率因数×年利用小时×发电煤耗率×4
锅炉引风机系统技术改造项目节能量计算过程
计算时间段:1年
引风机装机台数:4
引风机改造后节约标煤量=1.732 ×电压×(电流变化量)×功率因数×年利用小时×发电煤耗率× 4=1.732 × 6KV ×(272-225)A × 0.83 × 6453 × 309.82g/kWh × 4=3242 吨
6 结束语
通过HIVERT高压变频器改造后的实际运行情况来看,该设备运行比较稳定、调速操作简单、维护方便,给操作人员和维护人员带来了很大方便,在高产稳产、降低能耗和安全环保等方面发挥了很大作用,达到了设计预期效果,并创造了良好的经济效益,值得在广大发电领域推广和使用。
参考文献
[1]HIVERT通用高压变频器用户手册[Z].北京合康亿盛变频科技股份有限公司,北京:2011.
[2]HIVERT通用高压变频器选型样本[Z].北京合康亿盛变频科技股份有限公司,北京:2011.
[3]5#6#引风机高压变频设备调试大纲[Z].大唐国际大坝发电有限责任公司,宁夏:2010.
[4]5#6#引风机高压变频设备改造方案[Z].大唐国际大坝发电有限责任公司,宁夏:2010.
风力发电机变频试验电源设计 篇6
风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视,而风力发电机作为将风能转化为电能的主要装置,其出厂前的各种例行和型式试验非常重要。随着风力发电机容量的增大、电压等级的提高,为满足不同类型的风力发电机试验所需,相关风力发电机制造厂需不断更新试验设备。本文将介绍风力发电机变频试验电源设计。
1 变频试验电源总体设计
(1)确定变频试验电源所需电源容量,本系统为7 500kVA。
(2)逆变电源共6套,每套能提供2.5MW功率。电机例行试验台6个。
(3)变频试验电源容量能满足6MW风力发电机负载试验需要。
(4)需满足6MW/3kV及以下功率异步风力发电机、3MW/690V及以下功率永磁同步风力发电机、6MW/10kV及以下功率双馈风力发电机的例行和型式试验需要。
2 变频试验电源组成及试验能力
变频试验电源系统如图1所示,包括1个10kV输入开关柜、1台整流变、1套整流器、3个储能柜、6个电阻柜、6个直流隔离开关柜、2套3×2.5MVA逆变电源(包括滤波器)、6台输出变、6台输出隔离开关、4台输出串联开关、5台输出并联开关、6个接线柜、2个现场控制柜、2个远程控制台、1套纯水冷却装置等。
变频试验电源由10kV电网供电。10kV电压先经输入开关柜送到输入变降压,降压后再经整流器(12脉波)整流;随后经变频器变成电压幅值和频率都可单独调节的交流电压;最后经输出变升压为试验用电压。输出变可以输出1 150/2 300/3 450/6 900/10 500/10 350/13 800V等电压。
被试电机和陪试电机联轴组成对拖机组,形成能量可以回馈到直流回路的试验电路形式,可极大地节约电能。
变频试验电源试验能力见表1。S行访输出能力郝验项目0.5-100^.lis:1 150/2 300/3 450/6 900/10 350/10 500V;电流：3 540/2套3X2.5MVA1 770/1 180/590/393/387A;最大输出容电机负載试验系统带电机对拖邐7 050kVA(105〜100Hz);频率：0.5〜,OOH.:2套2.5MVA系统电压：丨3 800V;电流：295A;最大输出容■10kV异步电机6 900乂档《联4 700kVA(丨05〜100Hz)短时过电压试验频率。.5〜圃Z电压:1_300/异步电机各种试验2*2.smva系统345。/69_o35o/io5。ov;电流7。8。/(空载、堵转、超速、并联3 540/2 360/1丨80/786/77扣:最大輸出容短时升高电压、》鳢14 100kVA(105〜】00Hz)频温升等)续表
3 变频试验电源控制系统
变频试验电源控制系统框图如图2所示。整个控制系统包含2套相同的子系统,分别通过网络远程控制2套3×2.5MVA的变频器系统;所有网络采用Profibus-DP协议,形成稳定可靠的网络系统;2台上位机作为远程控制器,远程控制台(包括上位机和操作台)设在控制室,有近控和远控功能;试验通过现场就地操作或控制室远程操作;变频器交流输出设置恒压、恒频控制功能,电压和频率可单独调节;整流器为2套子系统供电,即2套子系统共享。
4 变频试验电源测量系统
变频试验电源测量系统框图如图3所示,由电压电流测量柜、信号处理模块、数据采集硬件、软件、台式计算机等组成。测试软件基于Windows 2000/XP操作系统,采用全中文界面,操作简单方便。
5 结束语
300MW机组凝结泵变频改造 篇7
我国现有各种风机、水泵约五千多万台。由于负荷工况变化大,加之我国大马拉小车的现象比较普遍,这些设备常常处于低负荷及变负荷运行状态,运行工况点偏离高效点。采用变频技术,会产生十分显著的节电效果。根据2010年4月初中国电力企业联合会的统计,我国的火力发电厂厂用电率为6.26%,节约厂用电,是降耗节能的重要途径。
2008年,蒙西发电厂厂用电率为11.36%。针对蒙西发电厂厂用电率偏高的情况,蒙西发电厂将凝结水泵由调解阀门开度调节流量改为变频器调节电机转速来调节流量,节电效果比较明显。
1 电动机变频器节电技术
电动机变频器节电技术的研究现状在20世纪20年代,诞生了交流变频调速理论。进入90年代,尤其是进入21世纪以后,变频器在调速精度、调速范围、驱动能力、运行效率及使用的可靠性、方便性等方面获得了突破性的进展,性能超过直流调速系统。交流电机变频调速技术成为节能的一种主要手段。
目前,变频调速技术以其显著的节电效果、优良的调速性能和广泛的适用性成为电气传动技术的主流方向。
2 变频调速节电技术研究
2.1 变频器的调速原理高压变频调速通过改变电动机定子的频率实现调速。根据公式
公式1中,f1为电机供电频率,S=(n1-n)/n1为转差率,P为电机极对数。当转差率不变时,转速和电源频率成正比。连续地改变电源频率,就可以平滑地调节电动机的转速。
在交流电机调速系统中,可以改变电机的供电频率来控制电机转速,但变频也必须改变电机电压,即实现同时变压变频(VVVF)。否则,电机将出现饱和或欠励磁,这一般都是对电机不利的。
2.2 变压变频(VVVF)的控制原理
异步电动机的同步转速是由电源频率和电机极对数决定的,改变频率时,同步转速也改变。当电机在负载条件下运行时,电机转速低于电机的同步转速,滑差的大小与电机的负载有关。异步电动机的T型等效电路见图1。电机定子每相感应电势的有效值见公式2。
公式2中,Es为气隙磁通在定子每相中感应电势有效值,fs为定子频率,Ns为定子每相绕组串联匝数,KNs为基波绕组系数,Φm为每极气隙磁通。异步电动机端电压与感应电势的关系式为:
在电动机控制过程中,需要考虑额定频率以下和额定频率以上两种情况。
2.2.1 额定频率以上调速
在额定频率以上调速时,频率可以从fsn往上提高,但是端电压Us不能继续上升,只能维持在额定值Usn,这将迫使磁通与频率下降,在电机调速范围内,异步电机的控制特性如图2所示。
2.2.2 额定频率以下的调速
绕组中的感应电势是难以直接控制的,但当定子频率fs较高时,感应电势的值也较大,因此可以忽略定子阻抗压降,认为定子相电压Us≈Es,则磁通可以用(4)式表示,并保持其为恒定值。
而低频时,Us和Es都较小。如果仍然按V/F比一定来控制,就不能保持电机磁通恒定。电机磁通的减小势必造成电机电磁转矩的减小。如果对定子电阻压降进行补偿,使Es/fs≈常量,这样电机磁通大体上可以保持恒定,电压与频率的关系和机械特性如图3和图4。
2.3 变频器的基本结构
变频器的组成:变频器由整流器、中间直流环节、逆变器控制电路、保护装置几部分组成,见图5。
①整流器:整流器的作用是把三相(单相)交流电整流成直流电。整流器有三相全波半控整流、斩控式整流器(PWM整流器)、三相全波桥式二极管整流等类型。
②逆变器:逆变器是将直流电压或电流转换成频率、电压可变的交流电,器件为全控型工作单元。
③中间直流环节:直流环节也称滤波或储能环节。由电感或电容组成,用于负载与整流器之间的无功功率的缓冲,抑制直流侧电压或电流的脉动。
④控制电路:控制电路由检测电路,运算电路,控制信号的输出、输入和驱动电路组成。
3 蒙西发电厂凝结水泵变频改造
3.1 凝结水泵的节电技术分析(以B凝结水泵为例)
#1机A、B凝结水泵高压电机变频改造前耗电情况见表1。
在2009年度大修中将#1机A、B凝结水泵由阀门调节流量量改为变频器调节电机转速来调节流量,#1机A、B凝结水泵等高压电机变频改造后耗电情况见表2。
3.2 蒙西发电厂#1机凝结水泵电机的变频改造及效果
3.2.1 #1机凝结水泵电机的变频改造一次原理图及控制方式
变频器采用日立公司的DHVECTOL-HI01400/06产品是一种交流电机的速度调节控制装置。控制方式采用多级PWM叠加技术,结构采用多级单元串联叠加输出,电压型电路拓扑结构。每相8级单元。
整套变频器装置由旁通柜I、II、变压器柜、功率单元柜和控制柜四部分组成。在旁通柜内,各装有两个隔离刀闸,可根据需要实现凝结水泵一台变频运行,但不能实现两台凝结水泵同时变频运行方式。当变频器在运行中重故障时,跳开本侧凝结水泵高压开关,联投另一台凝结水泵高压开关(工频运行)。凝结水泵变频器改造一次原理图如图6。
电动机参数见表3,变频器技术数据见表4。
3.2.2 蒙西发电厂#1机凝结水泵电机的变频改造后节电效果
蒙西发电厂#1机凝结水泵工频方式选取2008年7月15日做为参考点,变频方式选取2009年4月19日做为参考点,凝结水泵耗电比较见表5。
2009年#1发电机组运行发电量10.678亿kWh,则#1机凝结水泵年节电W,年节约资金S为
蒙西发电厂#1机凝结水泵电机变频改造后,每年可节电2562720kWh,节约资金615052.8元。
4 结论
基于节能降耗的需要,蒙西发电厂对#1机A、B凝结水泵电机进行变频改造来降低厂用电。改造后,对#1机A、B凝结水泵不同工况的运行参数进行了统计分析。结果显示节电效果十分显著。
摘要：本文主要研究了蒙西发电厂转动设备变频节电技术的关键技术。包括:高压变频器原理,高压变频器变频调速方案。最后将高压变频器技术应用于#1机A、B凝结水泵电机变频改造中。
关键词：凝结水泵,变频改造,经济性
参考文献
[1]彭海宇,杜俊明.变频调速节能的计算方法自动化信息.中国电力,2006,4(10):5-9.
[2]周梦公.工厂系统节电与节电工程[M].冶金工业出版社,2008.
天富发电厂变频改造方案的研究 篇8
关键词：节能,变频调速,高压变频器,发电厂
随着国家节能减排工作的不断深入, 火力燃煤发电机组如何降低厂用电率、降低供电煤耗迫在眉睫。风机和水泵是火电厂中的主要耗能设备, 其输入能量的20%-30%被挡板或节流阀所消耗。因此对风机和水泵进行节能改造具有很大潜力。当前作为大容量传动的高压变频调速技术在节能领域得到了广泛应用。目前重庆天富发电厂风机、水泵的流量调节仍然采用挡板节流的机械调节方式, 造成了大量的电能浪费, 其厂用电率高达11.15%。为了达到降低厂用电量, 从而有效地降低发电成本, 增强企业的竞争力的目的, 必须对天富发电厂中的风机、水泵进行变频节能的改造。
1 天富发电厂运行和设备概况
重庆天富发电有限公司总装机容量1×55MW, 配高温高压循环流化床1×240t/h锅炉, 2006年安装投运。重庆天富发电有限公司煤矸石综合利用发电系统总的状况看运行正常, 但整个系统仍有能量系统优化的潜力, 首先是锅炉系统存在布风不均、燃烧不充分及排烟温度高, 热效率低, 与设计值差距较大;其次, 公司现有厂用电率较高, 目前为11.15%, 系统中风机、水泵的流量调节方式采用机械调节方式, 落后的方式造成电能浪费。电厂实际负荷在65%~100%之间变化, 导致锅炉风机的送风量、引风量及给水泵、循环水泵的流量也要随之而做相应变化。目前风机、水泵出力的调整是采用调控挡板开度调节来实现的, 由于这种调节方式是靠节流来实现的, 造成的能量损失很大。异步电动机在启动时启动电流一般达到电机额定电流的8~10倍, 对厂用电形成冲击, 同时强大的冲击转矩对电机和风机的使用寿命存在很大不利影响。因此, 为进一步降低厂用电率, 提高用电效率和增加供电量, 从而达到降低给供电标煤耗的目的。需对风机、水泵系统进行变频节能改造。
图1风机、水泵的实物图
自用电系统主要用电集中在1、2号给水泵、1、2号引风机、一次风机、二次风机上。故拟对1、2号给水泵、1、2号引风机、一次风机、二次风机, 共6台高压电机进行变频节能改造。
2 天富发电厂变频改造方案
2.1 改造方案概况
2.1.1 改造系统控制原理
风机为一拖一方式进行控制, 2台给水泵为一拖二方式。根据工艺要求需要切换方式:一次风机变频故障切换方式采用电动式人工切换方式, 二次风机、引风机采用手动人工切换方式, 给水泵采用变频故障自动切换到备用给水泵工频方式, 正常切换方式灵活, 易操作。并且改造后不影响要求不影响生产工艺。
基本原理:它是由3个高压隔离开关QS1~QS3组成。要求QS1、QS2不能和QS3同时闭合, 在机械上实现互锁。变频运行时, QS1和QS2闭合, QS3断开, 再合QF;转到工频运行时, 必须先断开QF, 再断开QS1和QS2, 再闭合QS3, 后合QF。QS1、QS2、QS3隔离开关状态上DCS。
基本原理:此图是双路电源情况下, 一拖二旁路的方案, 它是由六个高压隔离开关QS1~QS6组成。其中QS1和QS2, QS3和QS4, QS4和QS6, QS3和QS5做机械互锁。如果M1工作在变频状态, M2可以工作在工频状态;相反如果M2工作在变频状态, 则M1可以工作在工频状态;如果检修变频器, 两台负载都可以工频运行。QS1~QS6隔离开关状态上DCS。
2.1.2 变频装置控制方式
变频装置具有"就地"和"远方"两种控制方式, 切换开关位于变频器控制柜处, 可根据需要自由切换。在就地控制方式下, 通过变频器上的人/机界面液晶屏, 可进行就地启动、停止操作, 可调整转速、频率;远方控制方式下, 变频装置只接受机组DCS控制指令, 并反馈变频器的主要状态和故障报警, 运行人员可通过DCS画面进行启动、停止、调速等操作;电机旁应装有变频器事故按钮, 突发事故时可紧急停止变频器运行。变频器装置在"就地"和"远方"两种控制方式下, 均能实现开环、闭环控制。
2.1.3 电气各开关及控制的要求
变频器两端隔离开关, 具有"运行"、"试验"、"检修"三个位置。变频器的各项保护功能完善, 具有短路、过电压、欠电压、过电流、过载、过热、缺相、CPU出错、通讯故障、瞬停再启动等保护功能。
2.2 改造方案中具体设备的选型
2.2.1 变频器额定容量的选定
变频器选型时, 应充分考虑所应用的场合和使用工况条件的最恶劣情况, 留有足够的设计裕度和采取必要的保护措施。变频器额定容量可用下式计算选定。
式中:P为变频器容量 (KVA) , Iout为变频器额定输出电流 (A)
Vout为变频器输出电压 (V) , I为推荐配用电机额定工作电流 (A)
对连续运行变频器容量P0 (KVA) , 必须满足如下几点:
(1) 变频器容量必须大于负载所要求的输出, 即
(2) 变频器容量不能低于电机容量, 即
(3) 变频器电流Iout应大于电机电流, 即Iout≥k IM
(4) 起动时变频器容量应满足下式
以上各式中:
Iout为变频器电流;GD2为电机轴端换算;t A为加速时间, 根据负载要求确定;K为电流波形补偿系数 (PWM控制方式取1.05~1.10) ;TL为负载转矩;η为电动机效率 (通常取0.85) ;cosΦ为电机功率因数 (通常取0.75) ;IM为电机额定电流;UM为电机额定电压;n M为电机额定转速。
2.2.2 变频器与电动机配套问题
在实际应用中, 必须考虑变频器与电动机的匹配问题, 如低速时的冷却、电动机的稳定性和频繁起动等。
对于调速范围比较宽, 特别是具有恒转矩和恒功率调速两个运行范围的电动机来说, 由于具有在低速时电流和磁通基本保持不变的恒转矩特性, 使其散热困难, 因此不能采用自带风扇冷却。因为这种冷却方式对高速和低速运行工况不利, 低速运行时冷却效果差;高速时则电机效率严重下降。通常情况下, 如果采用自带风扇冷却或管道通风, 冷却风量的选择原则是每20k W电动机损耗需要1m3/s的风量。除了尽可能减少各种损耗外, 还需对空气的流场和温度进行认真分析, 减少温度分布的不均匀系数, 提高电动机线圈端部的传热性能, 增强电动机机座本身的散热能力。
由于电动机动态稳定性与系统的状态有关, 在电源容量大的工频电源系统中可以稳定运行, 而采用变频器供电时, 系统运行可能发生不稳定。实际应用中发现, 当一台电动机专用一个变频电源时, 通常运行稳定;而多台电动机共用一个变频电源时, 就变得不稳定了。
分析这些现象, 可能有两方面的原因:一方面, 电动机固有的低频不稳定性和电动机与变频器相互影响造成运行不稳定。在低频时这种不稳定表现为持续地振荡, 也就是转子转速在同步转速附近摆动;另一方面, 可能是超出变频器的换向能力而使其保护动作, 导致不能正常工作。电动机和变频器之间相互影响造成的不稳定主要是由于电动机机械系统的惯性或变频器直流环节中滤波电感和电容之间发生能量交换造成的。
由于变频器可以在很低的频率下起动电动机, 对于一些大容量的调速系统, 不仅可以频繁起动, 还可以频繁正反转, 使交流电动机在四象限内运行。但频繁的起动和正反转会使电动机经常处于循环交变应力的作用下, 对电动机的机械部分和绝缘会带来疲劳和加速老化的问题。
3 变频节能改造的效果分析
3.1 变频改造后的节能分析
目前天富发电厂的一、二次风机, 引风机 (#1-#2) , 给水泵 (#1-#2) 的变频节能改造已完成, 每台机组的变频设备均已投运, 取得显著节能效果。为计算变频改造的节能效益, 将天富发电厂变频节能改造前后一年中同时段发电厂各改造设备的用电情况列出, 如表1所示。
表1改造前后设备的用电量情况
从上表可知, 经变频节能改造后日均节电量为W1=113411-94497=18914 k W·h。如果按照发电厂一年运行300天计算, 改造后一年的节电量为W2=18914×300=567.42万k W·h。按照发电成本0.3元/k W·h计算, 变频节能改造的年收益为0.3×567.42=170.2万元, 具有非常可观的经济效益。同时, 节电567.42万k W·h约合19860吨标煤, 具有节能减排的社会效益。
3.2 改造后的优缺点讨论
(1) 减少电机启动时的电流冲击
电机直接启动时的最大启动电流为额定电流的7倍;星角启动为4-5倍;电机软启动器也要达到2.5倍。观察变频器起动的负荷曲线, 可以发现它启动时基本没有冲击, 电流从零开始, 仅是随着转速增加而上升, 不管怎样都不会超过额定电流。因此变频运行解决了电机启动时的大电流冲击问题, 消除了大启动电流对电机、传动系统和主机的冲击应力, 大大降低日常的维护保养费用。
(2) 延长设备寿命
使用变频器可使电机转速变化沿理想的加减速特性曲线变化, 没有应力负载作用于轴承上, 延长了轴承的寿命。同时有关数据说明, 机械寿命与转速的倒数成正比, 降低风机、水泵的转速可成倍地提高它们寿命, 使用费用自然就降低了。
(3) 降低噪音
我厂水泵改用变频器后, 降低水泵转速运行的同时, 噪音将大幅度地降低, 当转速降低于50HZ时, 噪音可减少十几个绝对分贝。同时消除了停车和启动时的打滑和尖啸声, 克服了由于调门线性度不好, 调节品质差, 引起管道锤击和共振, 造成给水系统上水管道强烈震动的缺陷, 水泵变频运行后, 噪音、振动都大为减少, 变化相当可观。
结语
通过对天富电厂55MW机组引风机系统的不同改造方案进行分析比较得出:变频调速是先进、实用、可靠的调速技术;经济上, 从降低引风机电耗, 降低年运行费用, 降低发电成本, 从"大力节约能源, 加快建设资源节约型社会"考虑, 选用变频器进行引风机调节是经济、可行的。
参考文献
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