變頻電動(dòng)機(jī)構(gòu)在火電廠的應(yīng)用

一、概述

電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能、拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械的最重要、也是最基本的工具，由于生產(chǎn)工藝的要求和節(jié)約能源的需要，可調(diào)速電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一直成為科技人員的研究對象，其應(yīng)用也越來越廣泛。在可調(diào)速電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的發(fā)展過程中曾出現(xiàn)過直流調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、電磁調(diào)速、電液耦合調(diào)速以及滑差調(diào)速等各種調(diào)速方式，但是，以上各種調(diào)速方法在實(shí)際應(yīng)用中都存在著局限性和缺點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，一種新型的、智能的、集各種高精尖技術(shù)于一體的可調(diào)速電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生了，這就是變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

隨著變頻技術(shù)的日趨成熟，變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以其獨(dú)具的性能獲得越來越廣泛的應(yīng)用，與其它的可調(diào)速電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比有如下優(yōu)點(diǎn)：

?a.啟動(dòng)電流小、對生產(chǎn)機(jī)械無沖擊，可以大大延長設(shè)備的使用壽命。

?b.智能化程度高、自診斷功能和保護(hù)功能齊全，設(shè)備的安全性、可靠性提高。

?c.安裝簡單、使用方便、維護(hù)成本大大降低。

?d.機(jī)械特性好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、可提高控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

?e.風(fēng)機(jī)、泵類等高耗電設(shè)備采用變頻調(diào)速后可降低耗能、節(jié)約成本、提高效率。

二、變頻裝置原理

變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由變頻裝置(變頻器)和電動(dòng)機(jī)組成的可調(diào)速拖動(dòng)機(jī)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向由變頻裝置控制，按照生產(chǎn)工藝的要求工作。其理論依據(jù)是下面公式：

?n=no(1-s)

?no=60f/p

?其中：

?n——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

?no——同步轉(zhuǎn)速

?s——滑差

?f——輸入電壓頻率

?D——電動(dòng)機(jī)極對數(shù)

從上面公式看出，改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法有三種：一是改變滑差：二是改變電動(dòng)機(jī)極對數(shù);三是改變輸入電壓頻率。通過引入變頻裝置把固定的電網(wǎng)頻率轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)所需要的頻率來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速就是變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作的理論基礎(chǔ)。

變頻裝置一般分為交一交、交一直一交兩種實(shí)現(xiàn)方式。交一交型變頻器的調(diào)節(jié)范圍小、功率因數(shù)低、諧波污染大?，F(xiàn)在的大部分變頻裝置都采用交一直一交的實(shí)現(xiàn)方式，其主要構(gòu)成分四部分：整流器、濾波器、逆變器和以CPU為核心的控制保護(hù)部分。

整流器采用可控元件接成三相全控橋，把輸入的三相交流電變成電壓可調(diào)的直流電。

濾波器主要是為了獲得較為平直的直流電、吸收電動(dòng)機(jī)回饋的能量實(shí)現(xiàn)緊急剎車制動(dòng)功能。

逆變器采用"門極可關(guān)斷晶閘管"GTO、"大功率晶體管"GTR、"絕緣柵雙級型晶體管"IGBT等元件，采用脈寬PWM調(diào)制或矢量控制等方式將直流電逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電。

以CPU為核心的控制保護(hù)部分是整個(gè)變頻裝置的指揮中心、其通過輸入CPU的軟件程序來完成控制、保護(hù)等各種功能，并且實(shí)現(xiàn)與DCS、PLC及其它控制系統(tǒng)的接口。

變頻裝置按其工作電壓還有高壓、低壓之分，高壓變頻器又可分為直接高壓型和高一低一高型。各種類型的變頻器有不同的應(yīng)用場合，即使是相同類型的變頻器因其技術(shù)上的差別也有著不同的品質(zhì)和價(jià)格。因而在變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的使用中要科學(xué)的選擇變頻器和電動(dòng)機(jī)，力求最好的性能價(jià)格比。

變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的電動(dòng)機(jī)就是異步電動(dòng)機(jī)，但是因使用的場合和變頻裝置采用的技術(shù)不同，有的可以使用普通的異步電動(dòng)機(jī)，有的需選用專用的電動(dòng)機(jī)。因此，對原來采用異步電動(dòng)機(jī)定速運(yùn)行的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行變頻改造時(shí)要慎重 研究：是否可以保留原電動(dòng)機(jī)，如果保留原電動(dòng)機(jī)還需科學(xué)的選擇變頻裝置。

三、變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在火電廠的應(yīng)用

變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是國外首先研制成功的，國內(nèi)應(yīng)用較早的是石油化工、礦山機(jī)械等行業(yè)，電力行業(yè)最初是從給粉機(jī)開始使用變頻調(diào)速的，這是因?yàn)榻o粉機(jī)使用低壓電動(dòng)機(jī)，低壓變頻器成熟較早、安裝簡單、對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻改造比較容易。給粉機(jī)采用變頻調(diào)速后不僅取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，與采用傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)速裝置相比還有如下許多優(yōu)點(diǎn)：給粉機(jī)下粉均勻，煤粉自流現(xiàn)象減少，鍋爐燃燒穩(wěn)定;燃料控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)范圍加寬，保護(hù)功能和事故處理能力增強(qiáng)。正因?yàn)榇耍蟛糠蛛姀S相繼對給粉電動(dòng)機(jī)和直吹式燃燒系統(tǒng)的給煤機(jī)進(jìn)行了變頻改造，并且都獲得了良好的運(yùn)行效果。

隨著高壓變頻技術(shù)的日益成熟，高壓變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在電力行業(yè)逐漸開始使用，考慮到節(jié)能效果，國內(nèi)使用高壓變頻裝置的設(shè)備主要集中在送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、灰漿泵、低加疏水泵、升壓水泵和凝結(jié)水泵上，國外已有在給水泵上使用高壓變頻裝置的例子。

例如，在沒有變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之前，火電機(jī)組一直采用電動(dòng)機(jī)按定速運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)送、引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉或擋板的開度來控制鍋爐爐膛的風(fēng)量。而200MW以上機(jī)組的送、引風(fēng)機(jī)都采用高壓大功率電動(dòng)機(jī)，耗電量大，由此造成的節(jié)流損失浪費(fèi)大量的廠用電，很不經(jīng)濟(jì)，而且由于非線形和響應(yīng)速度慢影響自動(dòng)的投入和調(diào)節(jié)品質(zhì)。因而，一些老電廠已經(jīng)或正在考慮采用變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對風(fēng)量的控制方式進(jìn)行改造，考慮到采用整體的變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)雖然有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是改造成本高，而原有送、引風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)在容量等級、防護(hù)等級等指標(biāo)上都能滿足變頻調(diào)速的要求，所以都是在保留原有設(shè)備的基礎(chǔ)上增加變頻裝置，方法有兩種：一種方法是，增加的變頻裝置與原電氣控制線路并聯(lián)，通過切換開關(guān)選擇控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的通路，如圖。采用這種方法，當(dāng)變頻裝置故障或檢修時(shí)，可使電動(dòng)機(jī)恢復(fù)到原有的控制方式，不影響整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行，但是兩個(gè)控制通路之間需加連鎖，以免短路。第二種方法是，去掉原有的電氣控制線路，直接采用變頻器控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。

對老機(jī)組耗能高的高壓電機(jī)設(shè)備采用上述方法改造后不僅改善了相關(guān)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，更重要的是節(jié)省了廠用電。所以越來越受到電廠的重視，如大慶華能新華電廠對引風(fēng)機(jī)和灰漿泵進(jìn)行了變頻改造：安徽銅陵電廠對低加疏水泵進(jìn)行了變頻改造;清河電廠對引風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻改造。改造后都取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

四、結(jié)論

顯然，用變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)代替許多傳統(tǒng)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是節(jié)約能源、改善工藝流程、提高控制系統(tǒng)品質(zhì)的有效手段。但是，目前大部分變頻裝置依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴、一次性投入高，普遍使用變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)還不現(xiàn)實(shí)，對老機(jī)組中采用變頻調(diào)速后節(jié)能效果顯著的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造、尋求高性能價(jià)格比的解決方案應(yīng)該成為目前研究的重點(diǎn)。

在對老機(jī)組改造中采用變頻調(diào)速裝置的同時(shí)，在新建機(jī)組設(shè)計(jì)中盡量采用變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這樣可以避免二次投入的浪費(fèi);同時(shí)，為變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的專用變頻電動(dòng)機(jī)有散熱效果好、電磁損失少、比普通電動(dòng)機(jī)更節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，可使整個(gè)變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作效率更高。