火电厂电动机变频调速系统技术综述Word下载.docx

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高-高、高-低-高、高-低、低-低等4类。

（1）低压（380V电压等级）电动机变频改造。

适用电动机

功率在

600KW以下

低压变频器

输出升压变6KV电动机

380V-690V

电机

380V

电动机

M

6KV电动机

适用电动机功率在1000KW输入隔

离变压器

适用电动机功率在

300KW-1000KW

降压变压器

适用电动机功率在200KW-500KW

方案一，变频器输入电源380V、输出0-380V，见图1。

即在电机与电源开关

之间增加低压变频器。

方案二，高-低方式，即降压变压器与低压变频器组合，输入电源6KV，输出

0-380V，见图2。

方案三，高-低方式，即降压变压器与低压变频器组合，输入电源6KV，输出

为0-690V，需要更换整套电动机系统。

见图2。

4高压（6KV）电动机改造

方案一，高-高方式（输入电源6KV，输出0-6KV，即：

6KV电源经特殊的隔

离降压变压器（二次绕组有两个或多个），二次输出进入高压变频器，直接输出0-6KV，无需输出升压变压器等附件），电动机及负载不变。

见图4。

方案二，采用高-低方式（输入电源6KV，输出为0-690V或0-380V），需要更

换整套电动机及负载。

但电机及变频器的容量受期限制。

变频专用电机的绝缘措施，完全能够适合变频器谐波分量对绝缘产生的应力。

方案三，采用高-低-高方式（输入电源6KV、输出0-6KV，即6KV电源经降压

变压器变为380V，再经低压变频器形成变频电压，最后经升压变压器升压输出0-6KV），电动机及负载不需要更换。

见图3。

这种方案的电机及变频器的容量受到限制。

5变频器与电动机组的接线方式（一次接线）介绍

*变频调速系统中，电机电源系统主要由以下电气设备：

空气隔离开关，接

触器，互感器，以及其它电路保护、指示等电气设备。

*变频调速系统中，电机电源系统-电气主电路的接线形式，必须根据实用

可靠、投资节约原则设计。

表1三种低压变频调速方案优缺点比较

方案

优点

缺点

低—低

接线简单

适用范围小，300KW以下的电动机

高—低（380V）

可调整供电母线负荷、优化电源结构

增加了变压器，投资大

适用电动机范围小

高—低（690V）

优化电源结构

适用于较大范围的电动机

投资更大

需要更换电动机及其负载

表2三种高压变频调速方案优缺点比较

高—高

接线简单、效率高、可承受30%电压降电压、电流失真小

不需要更换电动机

不需要增加升压变压器

在500KW以上电动机改造中优势明显

占地面积小

性能的可靠性同许多因素有关，保障工作量大

小容量电动机改造时，价格偏高

高—低

价格低、运行效率高

性能可靠、专用电机的绝缘高

需要更换电动机及负载，改变了系统结构

适用于500KW以下的电动机

高-低-高

价格较低、具有低电流和相应的低运行消耗特性，可提高整体传动效率

性能可靠、通常情况下无需补偿系统

占地面积大

适用于中小容量的电动机、电机容量受到限制

需要滤波器

表3“一拖一”与“一拖二”方式方案优缺点比较

适用对象

一拖一

接线简单，运行可靠

使用范围广

投资大、回收期长

长期连续运行

任一台停直接影响机组负荷如吸、

送风机及一次风机

图3

投资省，功能多

运行方式较灵活

接线较复杂

改变了系统结构

使用范围较小

具有100%备用容量、全部停运短时间内不会造成停机的辅机系统动力；

运行中需要经常切换、如冲灰水泵等

图3

（2）

投资省

两台电动机不能同时运行、闭锁回路范围较小

全部停运短时间内不会造成停机辅机系统低太动力、如暖网热水泵等

图4

功能齐全、节约投资

运行方式灵活

接线复杂、实现自动控制难度大；

改变了系统结构；

改造工程量大

具有100%备用容量、全部停运立刻造成停机的重要辅机系统高压动力

运行中需要经常切换如循环水泵等

用来保证系统运行的安全可靠性。

有以下接线方式。

*“一拖一”方式，指一台变频器拖动一台电动机。

具体接线有两种方案，其一，不要工频（我国标准的电能频率为50HZ，简称工频，下同）旁路，见上图1；

其二，带工频旁路，作为变频器故障的备用，见上图2。

*“一拖二”方式，指一台变频器任意拖动两台电动机中的一台。

有两种接

线方案，其一，一台电机带工频旁路，另一台不带工频旁路，见上图3；

两台电机都带工频旁路，见上图4。

“一拖一”与“一拖二”方案优缺点比较，见表3。

*“一拖N”方式，指一台变频器任意拖动多台电动机的一台。

有两种接线

方案。

其一，任一台电机不要工频旁路、其他N-1台都要。

见上图5（以“一拖三”方案为例）：

其二，N台电机都要工频旁路，见图6。

此方案适用于：

（1）随机组连续长期运行、有200%及以上备用容量且集中布置的动力系统。

（2）变频器费用在工程造价中占较大比例。

（3）正常运行中，需要利用出口阀门进行流（风）量调节的系统动力。

如灰浆（渣）泵、供油泵。

*上述三种拖动方式的投资回收期比较

以电厂排灰系统三台灰潭泵变频调速系统为例。

假设采用一台变频器进行改造，则不同方案的投资回收期比较情况，见表4。

由上表可以看出，“一拖N”与“一拖一”方式比较，随着N（≥2）的增加，前者优点是投资回收期大大缩短，经济效应更明显，但缺点是一次接线、控制系统及运行操作相对复杂。

6电厂部分辅机动力的运行状况介绍

（1）送风机、吸风机：

送风机是用来为锅炉燃烧提供空气的动力设备，吸

风机则是将锅炉燃烧产生的高温烟气经电除尘装置排出的动力设备，二者都是电厂的主要辅机。

运行方式为：

随机组长期连续运行。

由于机组负荷经常变化，为了保证锅炉

炉膛负压、烟气氧量及相应的汽温、汽压的稳定，需要及时调速送、吸风量及煤粉量。

在200MW以下机组，一般采用调整入口导向叶片的方式，这种叶片的节流损耗为30%Pn（额定容量）。

在300MW机组以上，一般采用调整动、静叶片实现的，这种耗能约为20%Pn。

从而若采用变频改造，将完全消除叶片截流；

进而消除节流损失，总节能将达到30%Pn以上，节能效果十分显著。

（2）供油泵：

供油泵是机组开、停机或燃烧不稳定时为锅炉提供燃油的动

力设备。

一般两台机组公用，共配有三台供油泵。

其运行方式：

机组运行时，一台供油泵保持运行、两台备用。

机组稳定运行期间，锅炉的燃料是煤粉，理论上供油泵可以全部停运。

但为了应付由各种原因造成的锅炉燃烧波动等紧急情况，从确保机组安全角度出发，规程要求一台泵长期运行，以维持燃油的正常循环。

这种运行方式缺点是：

浪费能源；

燃油长期高速流动、造成储油罐温度偏高，特别是盛夏高温季节，油罐最高温度超过50℃，造成严重的安全隐患；

供油管路长期呈高压状态，管道阀门、洗结等管件容量渗漏，增加了设备维护工作量，影响文明生产。

若进行变频改造，既能保证锅炉的供油，有利于解决上述缺陷。

（3）暖网热水泵：

共有两台，运行方式类似供油泵。

（4）灰浆（渣）泵：

灰浆（渣）泵是将锅炉燃烧后冲到灰浆池中的灰浆、

灰渣排到储灰场的设备。

一般两台机组公用，共配有三台灰浆（渣）泵。

其运行方式是：

三台泵轮流间断运行，平均运行时间约7小时/台/天。

三台泵轮流运行的原因：

1）若一台泵长期不运行，出口会被灰浆、渣堵塞，这时开泵时电机会出现过负荷进而造成电机损坏。

2）由于排灰系统实际原因，灰浆、渣泵全停运后，灰浆量达到最高水位的时间少于半小时，若继续开启才停运的泵，容易引起该电动机的损坏。

并且高压电机严禁两个小时内连续启动。

3）由于设计或改造方案的差异，所有灰浆（渣）泵运行时必须调整出口门以控制流量，出口门的开度情况见表5。

表5：

灰浆（渣）泵出口门开度情况表

指标

灰浆（渣）泵

#1

#2

#3

出口阀开度

〈1/4

〈1/2

〈1

不间断运行时间

≈1h

≈3h

这种运行方式的缺点是：

1）出口门截流损失大。

2）阀门磨损严重，更换周期短，增加较大的设备维护量。

3）运行人员操作频繁。

4）电机频繁全压冲击，减少运行寿命。

注意：

表中开度、时间的统计是按照两台机组同时运行，此时单台灰浆（渣）泵运行排灰的实际工况统计的。

（5）循环水泵：

循环水泵是为机组凝汽器等系统设备提供冷却水的重要辅

机动力设备。

运行方式：

随机组连续长期运行。

通常是一台运行，一台备用，一台检修，并且定期切换运行。

如果泵同时停运，必然导致机组停运，甚至可能造成汽轮机化瓦等恶性事故。

随着机组负荷及季节的变化，为了保持机组在合理的真空值运行，需要的冷却水量是不同的。

通常，冬季单台泵流量偏大，夏季单台泵流量不足，需要两台泵短期同时运行；

另外，由于机组的负荷在60-70%之间，负荷偏低。

这两个方面造成冷却水浪费十分严重。

若进行变频改造，既可节能降耗，又提供了流量调节手段，可使机组保持在最经济运行状态；

同时，还可以消除管路虹吸现象。

（6）桥式起重机：

桥式起重机用于堆煤场将煤从煤场抓放到运煤皮带或从

轮船抓放到运煤皮带上。

桥式起重机的电气传动系统一般有大车电动机两台，小车电动机一台，抓斗开合电动机一台，抓斗提升电动机一台，这些电机一般为交流绕线转子异步电动机。

采用转子串电阻的方法进行启动和调速。

由于工作环境差，粉尘和有害气体对电动机的集电环、电刷及接触器腐蚀较大，维护工作量较大，由于转子串电阻调速、机械特性软，负载时转速也变化，调速不理想，并且电能浪费大，效率低。

（7）电厂运煤系统转运站电机：

电厂的运煤系统是电厂生产中的重要环

节，其主要作用是将煤从煤场运送到电厂煤仓间的原煤仓，而运煤皮带的驱动动力装置是各转运站的电动机。

由于转运站之间存在高差，电机从启动到正常运行，即（运煤系统从启动到正常运行），电动机工况会有较大变化。

变频调速必要性：

传统运煤系统转运站电机控制是不调速的异步电机，通过

运煤程控进行继电器——接触器控制，主要缺点：

异步电机不调速，能耗大，机械性能软，造成皮带由于煤种不同而跑偏、打滑等。

运煤系统故障率高。

（8）发电厂列车卸煤重牛变频调速系统

许多电厂的燃煤都是依靠火车运输。

一般重牛传动系统是两台绕线电机共同

驱动一台绞车，牵引牵车机构将车皮拖到规定的停车位，以便送入翻车机内卸煤。

但由于该系统速度无法调节、起停时间无法控制、导致在接、牵车过程中起停过猛，对设备冲击较大，无法准确停车，系统工作效率低，无法投入自动运行，经常手动运行。

系统接车时完全靠自由停车，与运煤列车相碰使牛头与列车的挂钩相连，这样停车点与重牛的速度都无法控制，冲击和振动过大，造成接车不顺利，还经常造成机械设备的损坏。

而牵车时，由于启动时间和加速度无法控制，牵引钢丝强张力造成重牛超速行走，使牵车过程无法平衡地进行。

在牵车到位停车时，由于系统无法进行软停车，只能完全领先机械抱闸制动，使冲击过大，机械制档相撞，有时节造成牵引钢丝强断裂。

（9）给粉机变频调速：

发电厂燃煤锅炉所需的煤粉量是由给粉机输送的。

由于机组负荷和工况的随时改变，煤粉量也是改变的，其实现手段是改变给粉机转速来实现的。

过去采用滑差电机进行转速调整，其存在许多问题。

现在均用变频器来进行转速调整。

（10）给煤机变频调速：

磨煤机所需的煤量是由给煤同输送的。

由于煤种和

磨煤机工况随时改变，给予煤量也是改变的。

原来受技术条件限制，给煤机存在：

调速不稳定、下煤不均匀、造成磨煤机丰煤量变化频繁，进而造成磨煤机入口负压、出口温度大幅度波动；

不利于安全、经济运行；

跑粉、堵煤严重。

现在均用变频器来进行转速调整，其作为磨煤机的模糊控制的子系统，为实现制粉系统自动控制，降低制粉系统的厂用电单耗创造了条件。

（11）磨煤机：

发电厂燃煤锅炉所需的煤粉量是由磨煤机磨制的。

由于煤的

种类，以及煤干温程度的随时改变，磨煤机的负荷是改变的。

（12）给水泵：

传统的锅炉水位控制系统，给水泵是连续恒定运行的；

其流

量的控制是通过调节给水管道中的调节阀或回流支路实现的。

这两种方法存在缺陷：

浪费能源、给水泵振动磨损大、泵寿命短。

（13）凝结水泵：

运行方式同给水泵，现在凝结水泵的控采用直辖市控制器

进行调节控制，用变频器来进行转速调整。

（14）低加疏水泵：

运行方式同给水泵。

（15）生活水泵：

7变频系统的基本原则

电厂技术改造或新建，应从实际出发，全面考虑，综合比较，坚持以下原则：

7.1安全第一的原则

电动机作为电厂主要的动力源，可靠、稳定运行是最基本的。

安全是前提。

7.2节能降耗的原则

变频调速的目的是节能降耗。

系统节能效率至少达到30%，越高越好。

7.3投资回收期短的原则

要求变频调速工程的投资回收期尽可能的短。

7.4系统改动最小的原则

尽可能避免更换原有电机，减少系统的变动。

但为了改善电源结构、消除原有系统（或电气）不合理因素或设备选型不良等目的，可适当进行改造。

7.5空间适宜的原则

变频器调速系统作为精密电气设备，对安装环境条件要求比较苛刻。

因此，尽可能安装在现成的厂房、机房或控制室等建筑内，避免增加土建工程。

8电动机变频改造的方案

从变频调速的五项原则出发，根据系统不同情况，对电厂部分动力变频改造提出以下具体方案。

这些方案已经在运用在实际中、效果不错。

8.1吸、送风机

（1）一次接线：

采用“一拖一”高——高变频器、不带工频旁路方案。

可

选罗宾康公司生产的完美无谐波变频器；

美国AB公司生产的PowerFLex7000、Bulletin1557；

德国西门子公司生产的Simovert；

意大利ANSALDO公司生产的SILCOVERTTH；

国内凯齐、先行公司生产的高——高变频器。

（2）控制原理：

采集炉膛负压、氧量等参数，经控制系统处理，输出4—

—20mA速度给定指令信号给变频器。

实现风机的转速自动调节，确保最佳燃烧的风煤比，参与锅炉辅机大联锁。

8.2循环水泵

（1）一次接线方案：

采用“一拖二”高-高变频器、带工频旁路方案。

模糊协调控制，采集汽轮机调节级压力、大气压力、凝汽

器真空以及泵出、入口水温度；

经协调控制系统处理，输出4-20mA的速度给定指令信号给变频器。

实现泵转速的自动调节，确保循环倍率，提高循环冷却效果。

电气隔离开关、出口阀门等联锁保护。

8.3取煤桥式起重机变频调速控制系统

（1）桥式起重机变频调速原理（一次接线方案）：

变频器直流制动功能实

现大惯量交流拖动系统。

利用控制器的五对触头，进行正反方向的六种速度——恒

速控制。

8.4电厂运煤系统转运站电机变频调速

“一拖一”带工频旁路方案，即有工频电气回路和变频器

电气回路。

以满足运煤系统高度的可靠性要求。

多台变频器在恒负载、同步控制方面的运用。

8.5发电厂列车卸煤重牛变频调速系统

“一拖一”不带工频方案。

两台ABB公司的ACS600变频器分别控制两台电机，通过

设定不同的加减速时间，实现重牛的软启动、软停车；

根据不同的工作阶段，设定不同的档位速度及方向，使接牵车始终处于高效率且平衡的过程中。

表6灰渣泵变频调速系统投资回收期

设备

名称

变频器

费用

配套工程

总投资

总功率

平均年运

行小时数

最小

节电率

电价元/KW·

H

年节省

电费

投资

回收期

灰渣泵

30万

10万

40万

635KW

4200

30%

0.3

15.5万

2.6年

8.6灰渣泵

“一拖三”方案，#2、#3灰渣泵带工频旁路，#1泵不带工

频旁路。

灰渣泵电机为380V等级，变频器是低压型。

采集渣泵前池的液位、密封水压力、泵温度；

进行水位闭

环调节控制，即控制系统输出4——20mA的速度给定指指令信号给变频器。

实现泵的转速自动调节控制。

系统设有就地和远方两种控制途径。

8.7灰浆泵

表7灰浆泵变频改造计划投资回收期

变频器费用

配套工程费用

改造

电机功率

电价元

/KW·

h

一拖三

150万

50万

70万

200万

220万

210KW

210*3KW

4375

50%

14万

42万

14年

5年

表8供油泵变频改造计划投资回收期

电机总功率

一拖二

12万

3万

2.3万

15万

14.3万

260KW

170KW

6.7万

1.5年

1.9年

①灰浆泵电机为6KV，选用6KV高-高变频器。

现场采用的是“一拖三”方案。

②采用“一拖一”与“一拖三”两个方案的投资回收期比较。

假设两台机组年运行小时数为7500小时/台，则灰浆泵的年运行小时数最小应为7500*2*21/24=13125（注：

12/24是指三台泵一天的总运行时间为21小时），单台泵年平均运行时间为4375小时。

由于水泵通过出口伐门进行截流，因此，电动机的实际出力变小，消耗的电功率也相应减少，据统计，平均约为额定的65%，即210KW左右。

投资回收期比较见表7。

从表中可见，一拖三方案投资回收期大大缩短。

如果再计算减少设备损坏等相应的经济效益，则回收期会更短，因此“一拖三”方案是经济、科学的

8.8供油泵

一拖三带工频、一拖二（#3单独工频）。

（2）三种方案的投资回收期比较（计算条件同灰渣泵），见表8。

（3）从安全、操作方便及结构的统一性方面考虑，建议采用一拖三带工频

9结论

（1）电动机变频改造是电力企业节能降耗的有效途径之一。

根据统计，若

部分适合改造的辅助动力按照合理方案全部进行变频改造，125MW*2机组和300MW*2机组年节约电费为400万元、1000万元（0.3元/KW·

h）。

（2）在电力企业进行变频改造时，必须坚持“五项基本原则”。

安全为前

提，节能为目的，投资回收期是检验标准。

因此，变频器的选择及改造方案合理性是非常重要的。

（3）“一拖N”方案是最近一个时期变频器改造的有效合理方案。

根据不

同的系统结构，可以演化出更多的合理方案，如：

“M拖N”（M<

N，M、N>

2）。

（4）发电企业适合变频改造的系统设备较多，如：

吸、送风机、一次风机、

给水泵、循环水泵、凝结水泵、低加疏水泵、生活水泵、灰浆（渣）泵、供油泵、给煤机、排粉机、给粉机、磨煤机、化学加药泵等。

（5）变频调速系统是基于微电子、电力电子、计算机、自动控制、电机等

技术发展的。

变频调速系统有其特殊性。

怎样防止电磁干扰、防止电机的温升，以及减小高次谐波的寄生电容，减小变频器的强电磁感应和静电偶合等问题，需要综合考虑。

（6）变频调速是电气传动系统工程，而变频器仅仅是其中一部分。

容量的选择、电气保护回路和控制回路的设计关系大变频调速系统应用的可靠、安全、经济性。

需要综合考虑。

（7）节能、降耗、环保、提高效益符合国家的产业政策，也是实现经济增

长方式转变的有效途径之一。

电动机变频调速技术有着广阔的应用窨和发展前景。

利于变频调速技术将极大地改变电厂生产的面貌，且节能降耗，实现经济增长。

大力推广变频调速技术将加快生产现代化的发展，有