高壓斬波內饋調速在聊城電廠之應用研究

1  引言

    隨著電力工業之迅速發展和電力系統商業化運營及競價上網之實施，發電企業挖掘內部潛力，節能降耗日顯重要。陽光電子學校維修專家分析認為：發電企業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，發電機組之調峰任務逐步加大。陽光電子學校維修專家分析認為：因此，推行輔機電機調速節能勢在必行。陽光電子學校維修專家分析認為：電機調速不僅可以節能降耗，還可以避免調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，給企業帶來巨大之經濟效益。陽光電子學校維修專家分析認為：
    山東聊城熱電有限公司(原聊城發電廠)是第一個在全國電力行業采用斬波內饋交流調速之企業，繼1997年在#2爐乙送風機(300kW/4P-6kV)產品成功運行之后，先后在其它輔機上采用斬波內饋調速，經過長時間之實踐運行，產品可靠性及性能得到檢驗，收到了顯著之節能(35-52%)效果和經濟效益。陽光電子學校維修專家分析認為：斬波內饋調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  斬波內饋調速應用情況一覽表 (6kV)

2  斬波內饋交流調速系統構成
2.1 調速控制裝置構成;
    (1) 調速控制裝置型號為KRH-2;
    (2) 起動柜、斬波柜、逆變柜
    (3) 具有就地控制:啟動、停止、調速、全速切換功能;具有遠方控制;
    (4) DCS自動控制接口，轉速指令信號4-20mA，轉速輸出信號4-20mA，自動/手動，調速控制ID信號。陽光電子學校維修專家分析認為：
2.2 斬波內饋調速電機
    內饋調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關系，當調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，提高了系統之可靠性。陽光電子學校維修專家分析認為：

3  斬波內饋調速系統基本原理

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

   (3)
其中:Pem為電磁功率，p2為轉子損耗。陽光電子學校維修專家分析認為：
    公式(2)表明，電機轉速可以通過電磁功率或損耗功率兩種控制獲得調節。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速，調速是高效率之;損耗功率控制增大轉速降，調速是低效率之。陽光電子學校維修專家分析認為：所有調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：這一原理便是內饋調速發明人屈維謙率先提出之"電機調速之功率控制理論"(即P理論)。陽光電子學校維修專家分析認為：
    由于電磁轉矩在調速穩態時，取決于負載轉矩之大小，當負載轉矩一經為客觀之工況所確定之后，電磁轉矩就隨之被決定了，因此，電磁轉矩不僅與調速控制無關，而且不能隨意改變。陽光電子學校維修專家分析認為：動態轉矩對轉速之作用只表現在調速之過渡過程中，轉矩之變化是功率控制和轉速響應滯后之結果，在一定之功率控制作用下，動態轉矩隨轉速響應自動減小，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，電機轉速只能通過功率控制來實現。陽光電子學校維修專家分析認為：
    內饋調速是基于轉子之高效率電磁功率控制調速，通過將轉子之部分功率(即電轉差功率)移出來，使轉子之凈電磁功率發生改變，于是根據P理論，電機轉速就相應得到控制。陽光電子學校維修專家分析認為：為了獲得高性能之調速，加強電機調速之內因，內饋調速在電機定子上另外設置了內饋繞組，用來接受電轉差功率，有源逆變器使內饋繞組工作在發電狀態，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，內饋調速因此而得名。陽光電子學校維修專家分析認為：與變頻調速相比，斬波內饋調速只是控制對象不同，兩者遵循之是同一原理，因此并不存在本質之區別。陽光電子學校維修專家分析認為：

圖1   斬波內饋功率圓圖及系統圖

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、周期性地接通和關斷之高速開關。陽光電子學校維修專家分析認為：控制斬波之占空比，就可以實現對逆變電流之控制，也就是控制了反饋到內部內饋繞組之電流和功率，從而實現內饋調速。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%，對于內饋調速電機，可大大減小內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  斬波內饋調速系統之控制及運行方式
    由于系統調速范圍及運行特性之需要，設置了頻敏變阻器啟動和調速停止方式。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

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