转子变频调速系统在锡林浩特热电厂循环水泵的应用———关于SAVE

关键词：转子变频调速  凝结水泵  节能  调速
          风机和水泵在国民经济各部门中应用的数量众多，分布面极广，耗电量巨大。据有关部门的统计，全国风机、水泵电动机装机总容量约35000MW，耗电量约占全国电力消耗总量的40％左右。目前，风机和水泵运行中还有很大的节能潜力，其潜力挖掘的焦点是提高风机和水泵的运行效率。据估计，提高风机和水泵系统运行效率的节能潜力可达（300～500）亿kW·h/年，相当于6～10个装机容量为1000MW级的大型火力发电厂的年发电总量。
       锡林热电厂位于内蒙古自治区锡林郭勒盟锡林浩特市，隶属于内蒙古能源发电投资有限公司，由于地域和历史原因，以锡林浩特为中心的锡林电网于2003年并入内蒙古蒙西电网，结束了锡林电网五十年孤立运行的历史。2005年底，实现了自治区东西电网连网，该项目对内蒙古西起阿拉善，东至呼伦贝尔的220KV主网架起重要的电源支撑点作用.锡林热电厂一期２×３００兆瓦机组、二期２×６６０兆瓦机组设计利用城市处理中水，空冷脱硫，具有环保节能、电网调峰、调频特点，是典型的环保节能坑口电站，机组投产后将向全市供热。目前#２机组正在紧张施工建设中。2006年锡林浩特热电厂订购了四台天津中电汇达科技有限公司生产的转子变频调速系统，应用在4台热网循环水泵上，并于2006年10月调试运行并投入使用,运行良好从而达到节能的效果。
2007年8月，锡林浩特热电厂又订购了四台转子变频调速系统，用于电厂凝结水泵。

  一、   转子变频调速系统的原理及技术特点
    1）转子变频调速系统的原理
      ZD100系列转子变频调速系统是天津中电汇达科技有限公司在传统串级调速理论基础上，和当代先进电力电子技术、交流调速技术、微机控制技术而发展起来的最新成果。其独有的以转子控制定子、以低压控制高压、以部分转差功率控制全部功率的技术，使其在众多风机和水泵用高压大中功率电动机的调速方案中独树一帜，具有其它调速方案不可替代的优越性。转子变频调速系统的结构框图如下所示。
  
  
                         转子变频调速系统结构框图

      ZD100系列转子变频调速系统是通过在转子回路串入等效电势，改变其大小来改变电机转速，并将转子转差功率回馈给电机电源的节能调速方法。内反馈绕组及固定逆变角的逆变器构成固定的电势源吸收转差功率，IGBT斩波器由PWM信号控制，形成可变的转子回路等效电势。
2）ZD100系列转子变频调速系统是由高压开关柜、内反馈调速电机、转子变频调速装置及远方控制系统组成。转子变频调速装置由起动柜和变频柜组成。
转子变频调速装置主要由以下几个部分组成：
  

起动柜内部说明
起动柜内部主要包括起动装置、整流器（ZP1-6）、控制、操作部分及显示。
       起动装置主要包括频敏变阻器（PBR）、真空接触器（KM1-3）。大型电动机，特别是绕线式电动机，在电机起动时会对电网造成较大的冲击，产生一个较大的起动电流。为减少起动电流，使电机平稳起动，在调速装置中，加设了自动切换的起动装置。在电机起动时， KM1闭合， KM2打开，电机转子串入频敏变阻器PBR。频敏变阻器的电阻与流过的电流的频率成正比关系，当电机起动时，电机转速为零，转子电流频率最高，为工频频率，此时频敏变阻器阻值也较高，从而限制了起动电流。随着电机转速的增加，转子电流频率逐渐减少，频敏变阻器阻值也逐渐减小。当电机转速达到设定值时，装置自动将KM2闭合，切除频敏变阻器，电机进入全速工作状态或调速工作状态（根据触摸屏设定而定），完成起动过程。
整流器
整流单元为三相桥式整流，将转子电流转换为直流电流。
逆变器
       逆变部分为三相全桥有源逆变器，装置工作于调速状态时，将经斩波控制后的转差功率逆变至内反馈绕组或逆变变压器。逆变触发角为最小的固定值，克服了移相触发对触发脉冲和换相要求严格、脉冲移动范围大、抗干扰能力差、易颠覆、功率因数低等缺点。
控制、操作部分及显示
      主要包括触摸屏、普通按钮、显示仪表、可编程控制器、小型断路器、电源、钥匙开关及对外接线端子排。起动柜有两种操作、显示部分，别为触摸屏和普通按钮及显示表计部分。两种操作相互独立。触摸屏可进行逻辑切换、升降速、系统设置等操作（详见第五章）。内部普通按钮可进行逻辑切换。显示仪表可显示一次电流、转子电压（直流），转子电流（直流），转速，反馈电压，反馈电流。可编程控制器用来进行自动控制。小型断路器分三相交流和直流两部分，同时给电源供电。钥匙开关控制柜内所有控制电源，包括直流、交流电，在运行过程中严禁断开。
变频柜内部说明
变频柜内主要包括斩波器、驱动板、及控制板组成。
       电路工作时，逆变器的逆变角恒处于最小βmin处不变，转子回路附加电势调节由斩波开关来完成。斩波开关以恒频调宽方式工作，即工作频率一定，而开关导通时间可调。这样，通过调节斩波开关导通时间与斩波周期的比率（即占空比或PWM调制脉宽），来改变串入转子回路的等效电势的大小，从而改变转子电流，来达到调节电机转速的目的。
3）SAVER系列转子变频调速系统的主要特点
?   平滑无级调速性能：在调速范围内实现平滑无级调速。
?   调速效率高：由于调速控制装置仅控制电机的部分容量，所以其损耗更小，调速效率更高，节电效果更好。
?   良好的起动性能：采用频敏变阻器起动方式，起动转矩大，起动电流小，起动迅速，整个起动过程自动切换。
?   灵活方便的调速控制方式：可实现调速运行与全速运行的转换，开环运行与闭环运行转换（或手动运行与自动运行的转换），就地控制与远方控制的转换。可方便实现与DCS 系统或其它计算机网络连接。
?   充分的过载能力：电机的最大转矩倍数不低于国家标准所规定的1.8倍。
?   理想的静态精度：转子变频调速系统的静态精度≥99.8%，完全满足风机、水泵类负载的要求。
?   理想的动态精度：采用转速与电流双闭环控制，既保证了转速的动态精度又能有效抑制过载电流。
?   完善的保护措施：除常规的过压、过流等保护措施外，当系统故障时，系统的故障检测装置能将电机转入用户可选择的全速运行或停车，同时提供文字或灯光报警。
?   主斩波回路采用可自关断的大型功率器件IGBT系统更为简单，可靠。
?   全部电力电子功率器件散热均采用热管散热与强制风冷相结合技术，散热效果更好，系统更可靠。
?   电子线路采用微机控制和锁相环脉冲控制，自动化程度高、抗干扰能力强。
?   多重隔离和抗干扰设计，装置具有很强的抗干扰能力。
?  电机额定电压：      3KV、6KV、10KV
?  电机额定功率：      200～5600KW
?  调速范围：          一般(50～98)%ne +100%ne
?  电机极数：          4～24极
?  额定频率：          50HZ±2%
?  平均调速效率：      η＞98.9%
?  额定功率因数：      ＞0.85
?  额定直流电流：      315～3000A
?  额定直流电压：      125～2500V
?  起动电流：          2.5～3倍的额定电流
?  谐波含量：          ≤3%
?  过载能力：          1.8倍的额定负载
?  调速精度：          ≥99.8%

  二、应用情况
       锡林浩特热电厂2X300MW机组工程四台循环水泵电机采用了转子变频调速系统，于2006年10月15日投入运行，至2006年12月30日期间，乌斯太发电有限责任公司对该系统进行跟踪监测，并对部分数据进行了重点测试。
以下为锡林浩特热电厂2X300MW机组工程#1循环水泵电机及#1循环水泵的测试数据。
（一）1#凝结水泵电机
电机技术参数
电机型号：                 电压：6.3KV      额定电流：     
   功率：                  额定转速：      转/分
（二）测试结果
表1  电机及水泵有关参数表
   
                                      
  占空比            
  （%）