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變頻技術在水電站輔機群中的節(jié)能應用

文檔作者：王洪梅1 林克2 文檔來源： 1.浙江水利水電高等專科學校 2.浙江省電力設計院		點擊數(shù)：	更新時間： 2023年02月23日
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應用研究數(shù)字技術
與應用
102
1 變頻應用節(jié)能效果
國家已將企業(yè)節(jié)能管理納入企業(yè)定級、升級的考核范圍,對火電
廠而言,廠用電率約占8%～10%,因此降低廠用電率成為電廠節(jié)能降
耗的重要指標。而在油、氣、水等三大輔機系統(tǒng)中,旋轉(zhuǎn)電機負荷約占
廠用電的85％左右。三相異步電動機一般負載率保持在60％～100％
之間較為理想,而電動機功率選擇時一般都留有一定裕量,部分電
動機因工況復雜多變,常處于非經(jīng)濟運行區(qū)。以前采用恒速傳動運
行,靠風門調(diào)節(jié)風機或靠閥門調(diào)節(jié)水泵,使用效率較低,造成大量能
源浪費,而采用變頻技術使電動機運行在不同的轉(zhuǎn)速情況下,均保
持較高的運行效率,處于經(jīng)濟運行區(qū),可以達到節(jié)約能源的效果,一
般可節(jié)電20%～50%。節(jié)電的同時也改善了電動機的起動性能,保護
電動機及負載設備免受瞬時啟動的沖擊,延長其工作壽命,提高電
動機及負載設備的工作精確度,實踐證明,變頻調(diào)速技術應用于風
機、泵類設備控制,取得顯著的節(jié)電效果。
2 技術應用可行性分析
據(jù)市場調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,國內(nèi)6kV或10kV變頻器最大容量均可
達8000kW左右,能滿足電廠大部分電動機容量的需求。而高壓變頻
器價格也逐年下降,目前常用容量高壓變頻器大概價格約800元/
kW,但偏小容量或超大容量的單價會相對較高。信價比的不斷提高
為變頻器應用于資金相對短缺的小水電提供了可行性。
技術上,在風機、泵類電動機拖動系統(tǒng)中,傳統(tǒng)的做法是電動機
全速運行,通過調(diào)整擋板(或閥門)的開度來改變負載的流量、揚程
等參數(shù),以滿足不同工況的需要。這樣做雖然簡單,但是電動機的輸
出功率變化不大,而大量的能量卻損失在管道和閥門(或擋板)上,
不僅耗電巨大,而且大大增加了管道、閥門等的損耗。采用變頻調(diào)
速,根據(jù)流體力學原理,風機或泵類設備的輸出流量與其轉(zhuǎn)速成正
比,輸出壓力與其轉(zhuǎn)速的平方成正比,其消耗的功率與其轉(zhuǎn)速的三
次方成正比。采用調(diào)速改變電動機的轉(zhuǎn)速,從而改變風機或泵的轉(zhuǎn)
速,以此來調(diào)節(jié)流量。在這種調(diào)節(jié)方式下,可以將節(jié)流調(diào)節(jié)的閥門或
擋板等開度調(diào)至最大,減小管道系統(tǒng)的阻力,節(jié)約因克服調(diào)節(jié)阻力
而引起的能耗。同時,管道系統(tǒng)的阻力能保持在使風機或泵工作的
高效率點,減少因風機或泵的效率降低而造成的能耗損失。變頻器
在節(jié)能、安全性、啟動性能、精度調(diào)節(jié)、維護費用等方面都具有優(yōu)勢。
3 應用實例
浙江某小水電站,裝機容量2×7500KW,供水水泵174m3 / h ,
38m,37kW ,必需氣蝕余量3.5,1480r/min,4臺。由變頻調(diào)速控制
機組供水后,供水流量和壓力都能滿足機組要求,改造后的各項技
術指標進行對比(見表1 )如下(電動機效率 0.92 1 ? ? ,水泵效率
0.90 2 ? ? )。
一臺37kW的水泵裝設變頻器前后電流由131A降到66A左右,
每天可節(jié)電300～400kW·h,按電廠年利用小時數(shù)3100h計算,每臺
給水泵每年可節(jié)電38750kW·h,4臺共節(jié)電155000kW·h。若以電價
0.38元/kW·h計算,共節(jié)省6萬元左右。
4 變頻應用的注意事項
(1)變頻設備的穩(wěn)定性、可靠性。一些對機組安全穩(wěn)定運行至關
重要的輔機設備,會由于變頻器故障造成非正常停機,造成的損失
是節(jié)能效益無法彌補的。因此,在選擇變頻方案時應充分考慮工藝
運行和配置,并非任何水泵或風機都適合加裝變頻,需要統(tǒng)籌考慮。
(2)變頻產(chǎn)生諧波對電力系統(tǒng)的影響。低壓變頻器的輸入電流
具有很大的高次諧波成份,這些諧波對電廠電力系統(tǒng)造成“諧波污
染”的同時,還降低了變頻器輸入電路的功率因數(shù)。而高壓變頻器通
常采用多重化整流技術,減小對電網(wǎng)的諧波污染,提高變頻器輸入
側(cè)的功率因數(shù)。諧波可能會影響繼電保護裝置誤動作、增大測量儀
器儀表誤差、影響計量精度和控制性能、對其它電子裝置產(chǎn)生干擾
等。這需要對變頻器提出輸入諧波限值要求,應滿足國家相關標準。
(3)變頻器低頻運行時的電動機散熱問題。普通三相異步電動
機的散熱面積和冷卻風量是按工頻50Hz使用條件下設計的,當變
頻器在低頻運行時,風扇風量相對減少,同時由于變頻器輸出存在
高次諧波,電動機的熱損耗比工頻運行時增加,這種情況下可能導
致普通三相異步電動機過熱。電動機長時間過熱會加劇絕緣劣化,
甚至絕緣擊穿。要解決上述問題,根本辦法是采用具有強制冷卻功
能的變頻專用電動機。如果是改造工程,不變更換電動機時,可根據(jù)
負載的工藝要求,在不影響正常使用的基礎上,通過限制電動機的
下限頻率,來保證電動機冷卻風量滿足使用要求。如果采用普通電
動機且需要長時間低頻運行,冷卻風量又不能滿足使用要求時,則
變頻技術在水電站輔機群中的節(jié)能應用
王洪梅1 林克2
(1.浙江水利水電高等?？茖W校 浙江杭州 310018; 2.浙江省電力設計院 浙江杭州 310014)
摘要:為了節(jié)能降耗降低廠用電率,提高小水電發(fā)電效益,將變頻調(diào)速技術應用于水電站輔機群中以獲得系統(tǒng)性節(jié)能效果,同時提出在應用過程
中應注意的問題。
關鍵詞:變頻 節(jié)能 水電站
中圖分類號:TV736 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2013)03-0102-02
作者簡介:王洪梅(1977 —),女,碩士,講師,主要從事電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)教學和科研工作。
林克(1979 —),男,高級工程師,主要從事電廠的設計施工指導等工作。
表1 供水泵在安裝變頻調(diào)速系統(tǒng)前后各項技術指標對比
頻率 Hz 軸功率 kW 電壓V 電流 A 功率因數(shù)cosφ 流量m3 / h
水泵轉(zhuǎn)速r/min
工作電源
變頻電源
變頻后
指標變化率
50
40
下降
20%
37
18.9
下降
50.2%
380
360
下降
5.2%
131
66.7
下降
49%
0.9
0.95
提高
3%
174
140
減少
20%
1480
1221
下降
17.5%
······下轉(zhuǎn)第104頁

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