高壓斬波內(nèi)饋調(diào)速在聊城電廠之應用研究

1  引言

    隨著電力工業(yè)之迅速發(fā)展和電力系統(tǒng)商業(yè)化運營及競價上網(wǎng)之實施，發(fā)電企業(yè)挖掘內(nèi)部潛力，節(jié)能降耗日顯重要。陽光電子學校維修專家分析認為：發(fā)電企業(yè)輔機配置容量余度較大是一個普遍問題。陽光電子學校維修專家分析認為：另外，電力供應飽和，發(fā)電機組之調(diào)峰任務逐步加大。陽光電子學校維修專家分析認為：因此，推行輔機電機調(diào)速節(jié)能勢在必行。陽光電子學校維修專家分析認為：電機調(diào)速不僅可以節(jié)能降耗，還可以避免調(diào)峰時電機之頻繁啟停，降低電機故障率及延長電機使用年限，給企業(yè)帶來巨大之經(jīng)濟效益。陽光電子學校維修專家分析認為：
    山東聊城熱電有限公司(原聊城發(fā)電廠)是第一個在全國電力行業(yè)采用斬波內(nèi)饋交流調(diào)速之企業(yè)，繼1997年在#2爐乙送風機(300kW/4P-6kV)產(chǎn)品成功運行之后，先后在其它輔機上采用斬波內(nèi)饋調(diào)速，經(jīng)過長時間之實踐運行，產(chǎn)品可靠性及性能得到檢驗，收到了顯著之節(jié)能(35-52%)效果和經(jīng)濟效益。陽光電子學校維修專家分析認為：斬波內(nèi)饋調(diào)速在我廠之輔機應用如表1所示。陽光電子學校維修專家分析認為：

表1  斬波內(nèi)饋調(diào)速應用情況一覽表 (6kV)

2  斬波內(nèi)饋交流調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成
2.1 調(diào)速控制裝置構(gòu)成;
    (1) 調(diào)速控制裝置型號為KRH-2;
    (2) 起動柜、斬波柜、逆變柜
    (3) 具有就地控制:啟動、停止、調(diào)速、全速切換功能;具有遠方控制;
    (4) DCS自動控制接口，轉(zhuǎn)速指令信號4-20mA，轉(zhuǎn)速輸出信號4-20mA，自動/手動，調(diào)速控制ID信號。陽光電子學校維修專家分析認為：
2.2 斬波內(nèi)饋調(diào)速電機
    內(nèi)饋調(diào)速電機之安裝尺寸與原電機相同，并與斬波控制裝置成為并聯(lián)關(guān)系，當調(diào)速控制裝置意外故障時，自動保護裝置可以自動將電機切換成恒速運行，不至于造成電機停運，提高了系統(tǒng)之可靠性。陽光電子學校維修專家分析認為：

3  斬波內(nèi)饋調(diào)速系統(tǒng)基本原理

    斬波內(nèi)饋調(diào)速是一種以低壓(通常約為200-500V)控高壓(6KV-10KV)之高效率調(diào)速技術(shù)，突出特征在于“內(nèi)饋”與“斬波”兩項高新技術(shù)之有機結(jié)合。陽光電子學校維修專家分析認為：
3.1 內(nèi)饋調(diào)速及其功率控制原理
根據(jù)電機學之理論，電機之轉(zhuǎn)速與機械功率及電磁轉(zhuǎn)矩成如下關(guān)系:
    (1)
式中:Ω為機械轉(zhuǎn)速
     PM為機械功率
     T為電磁轉(zhuǎn)矩
又，根據(jù)能量守恒，有
      (2)
因此

   (3)
其中:Pem為電磁功率，p2為轉(zhuǎn)子損耗。陽光電子學校維修專家分析認為：
    公式(2)表明，電機轉(zhuǎn)速可以通過電磁功率或損耗功率兩種控制獲得調(diào)節(jié)。陽光電子學校維修專家分析認為：電磁功率控制改變之是理想空載轉(zhuǎn)速，調(diào)速是高效率之;損耗功率控制增大轉(zhuǎn)速降，調(diào)速是低效率之。陽光電子學校維修專家分析認為：所有調(diào)速方法都歸屬于功率控制原理之中。陽光電子學校維修專家分析認為：這一原理便是內(nèi)饋調(diào)速發(fā)明人屈維謙率先提出之"電機調(diào)速之功率控制理論"(即P理論)。陽光電子學校維修專家分析認為：
    由于電磁轉(zhuǎn)矩在調(diào)速穩(wěn)態(tài)時，取決于負載轉(zhuǎn)矩之大小，當負載轉(zhuǎn)矩一經(jīng)為客觀之工況所確定之后，電磁轉(zhuǎn)矩就隨之被決定了，因此，電磁轉(zhuǎn)矩不僅與調(diào)速控制無關(guān)，而且不能隨意改變。陽光電子學校維修專家分析認為：動態(tài)轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)速之作用只表現(xiàn)在調(diào)速之過渡過程中，轉(zhuǎn)矩之變化是功率控制和轉(zhuǎn)速響應滯后之結(jié)果，在一定之功率控制作用下，動態(tài)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速響應自動減小，直至新之負載平衡時為零。陽光電子學校維修專家分析認為：因此，電機轉(zhuǎn)速只能通過功率控制來實現(xiàn)。陽光電子學校維修專家分析認為：
    內(nèi)饋調(diào)速是基于轉(zhuǎn)子之高效率電磁功率控制調(diào)速，通過將轉(zhuǎn)子之部分功率(即電轉(zhuǎn)差功率)移出來，使轉(zhuǎn)子之凈電磁功率發(fā)生改變，于是根據(jù)P理論，電機轉(zhuǎn)速就相應得到控制。陽光電子學校維修專家分析認為：為了獲得高性能之調(diào)速，加強電機調(diào)速之內(nèi)因，內(nèi)饋調(diào)速在電機定子上另外設置了內(nèi)饋繞組，用來接受電轉(zhuǎn)差功率，有源逆變器使內(nèi)饋繞組工作在發(fā)電狀態(tài)，通過電磁感應將功率反饋給電機定子。陽光電子學校維修專家分析認為：使定子之有功功率基本與機械輸出功率相平衡，內(nèi)饋調(diào)速因此而得名。陽光電子學校維修專家分析認為：與變頻調(diào)速相比，斬波內(nèi)饋調(diào)速只是控制對象不同，兩者遵循之是同一原理，因此并不存在本質(zhì)之區(qū)別。陽光電子學校維修專家分析認為：

圖1   斬波內(nèi)饋功率圓圖及系統(tǒng)圖

3.2 斬波之作用與意義
    斬波器之作用相當于按一定之頻率、周期性地接通和關(guān)斷之高速開關(guān)。陽光電子學校維修專家分析認為：控制斬波之占空比，就可以實現(xiàn)對逆變電流之控制，也就是控制了反饋到內(nèi)部內(nèi)饋繞組之電流和功率，從而實現(xiàn)內(nèi)饋調(diào)速。陽光電子學校維修專家分析認為：其意義在于:
    (1) 使有源逆變器之功率因數(shù)可以高達0.9，且恒定不變。陽光電子學校維修專家分析認為：
    (2) 逆變電流之諧波有效值可以降低到移相控制之15%左右。陽光電子學校維修專家分析認為： 使內(nèi)饋電機之定子電流畸變小于5%。陽光電子學校維修專家分析認為：
    (3) 有源逆變器之額定容量僅為電機容量之14.8%， 加上觸發(fā)簡單，使可靠性大為提高。陽光電子學校維修專家分析認為：
    (4) 附加電源容量亦為電機容量之14.8%，對于內(nèi)饋調(diào)速電機，可大大減小內(nèi)饋繞組所占之鐵心空間，簡化工藝，降低成本。陽光電子學校維修專家分析認為：

4  斬波內(nèi)饋調(diào)速系統(tǒng)之控制及運行方式
    由于系統(tǒng)調(diào)速范圍及運行特性之需要，設置了頻敏變阻器啟動和調(diào)速停止方式。陽光電子學校維修專家分析認為：
     (1) 啟動時，直接控制高壓開關(guān)

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