变频技术在燃气轮机联合循环电厂的应用

河北工程大学毕业设计（论文）题目：变频技术在燃气轮机联合循环电厂的应用学生姓名：学院：河北工程大学专业班级：09级电气工程及自动化完成时间：指导老师：河北工程大学毕业设计 2 摘     要 随着科学的发展，变频调速在节能、调速精度、调速范围等方面具有同其它调速装置无法比拟的优越性，在国家提倡节能环保的今天，变频器在各领域得到广泛的应用。本文通过变频器原理介绍及某电厂近年应用变频调速进行技术改造的成功事例进行介绍和总结，由此说明变频器装置在各行业技术改造和各种电气设备设计制造中的广阔应用前景。             关键词：变频技术、发电厂、节能、应用、发展 目   录 第一章 绪论 ............................................................................... 1 第一节 变频器应用的意义 ................................................................................................ 1 第二节 变频调速节能原理介绍 ........................................................................................ 4 第三节 变频器控制方式 .................................................................................................... 6 第四节  空冷型 SH‐HVF系列III型变频器主电路部分设备 .......................................... 8 的组成及原理介绍 .............................................................................................................. 8 第二章 变频技术在燃气轮机联合循环电厂 ............................ 15 的应用实例 ............................................................................... 15 第一节 燃气轮机联合循环电厂简介 ............................................................................... 15 第二节 高压变频改造 ...................................................................................................... 15 第二节 低压变频改造 ...................................................................................................... 19 第三章 变频器未来的发展方向 ............................................... 22 第四章 结论 ............................................................................. 23 致谢 .......................................................................................... 23 参考文献 ................................................................................... 24 附录 .......................................................................................... 24      河北工程大学毕业设计 1 第一章 绪论 第一节 变频器应用的意义 变频器主要用于交流电动机转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案，除了具有卓越的调速性能之外，变频器还有明显的节能作用，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。自上世纪80年代被引进中国以来，变频器作为节能应用与速度工艺控制中越来越重要的自动化设备，得到了快速发展和广泛的应用。在电力、纺织与化纤、建材、石油、化工、冶金、市政、造纸、食品饮料、烟草等行业以及公用工程（中心空调、供水、水处理、电梯等）中，变频器都在发挥着重要作用。变频器按供电电压等级分高压、中压和低压变频器，一般来说电压等级高于3KV以上的为高压变频器，电压等级在690V-1140V的归为中压变频器，电压等级低于低于690V的则为低压变频器。变频器的品牌众多，应用领域广泛。一变频器与节能变频器产生的最初用途是速度控制，但目前在国内应用较多的是节能。当前国家大力提倡节能措施，并着重推荐了变频调速技术。应用变频调速，可以大大进步电机转速的控制精度，使电机在最节能的转速下运行。以水泵为例，根据流体力学原理，轴功率与转速的三次方成正比。当所需水流量减少，泵转速降低时，其功率按转速的三次方下降。因此，精确调速的节电效果非常可观。与此类似，很多变动负载电机一般按最大需求来生产电动机的容量，故设计裕量偏大。而在实际运行中，轻载运行的时间所占比例却非常高。如采用变频调速，可大大进步轻载运行时的工作效率。因此，变动负载的节能潜力巨大。作为节能目的，变频器广泛应用于电力、冶金、石油、化工、市政、中心空调、水处理等行业。以电力行业为例，由于中国大面积缺电，电力投资将持续增长，同时，国家电改方案对电厂的成本控制提出了要求，降低内部电耗成为电厂关注焦点，因此变频器在电力行业有着巨大的发展潜力，尤其是高压变频器和大功率变频器。因此，变频器的节能应用远景非常广阔。二变频器与工艺控制（速度控制）目前，中国的设备控制水平与发达国家相比还比较低，制造工艺和效率都不高，因此提高设备控制水平至关重要。由于变频调速具有调速范围广、调速精度高、动态响应好等优点，在很多需要精确速度控制的应用中，变频器正在发挥着提升工艺质量和生产效率的明显作用。此外，在食品、饮料、包装、造纸、机床、电梯等行业，国内的企业需要扩大生产规模，提高生产技术，因此变频器的应用远景和发展潜力都不可小觑。三变频家电河北工程大学毕业设计 2 除了产业相关行业，在普通家庭中，节约电费、进步家电性能、保护环境等受到越来越多的关注，变频家电成为变频器的另一个广阔市场和应用趋势。带有变频控制的冰箱、洗衣机、家用空调等，在节电、减小电压冲击、降低噪音、进步控制精度等方面有很大的上风。因此，变频家电具有非常好的发展潜力。四远景广阔的中国变频器市场中国拥有庞大的产业群，并保持着持续稳定的发展；与国际接轨，众多的企业需要提升国际竞争力；人们生活质量不断进步等。这些都是变频器市场的增长驱动力和更广泛应用的基础。变频调速能够应用在大部分的电机拖动部分，由于它能提供精确的速度控制，因此可以方便地控制机械传动的上升、下降和变速运行。变频应用可以大大地进步工艺的高效性(变速不依靠于机械部分)，同时可以比原来的定速运行电机更加节能。下面例举使用变频调速特点，来说明变频器应用的意义。1节能离心风机或水泵采用变频器后都能大幅度地降低能耗，这在十几年的工程经验中已经得到体现。由于终极的能耗是与电机的转速成立方比，所以采用变频后投资回报就更快，厂家也乐意接受。2降低电力线路电压波动在电机工频启动时，电流剧增的同时，电压也会大幅度波动，电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量。电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常，如PC机、传感器、接近开关和接触器等均会动作出错。而采用变频调速后，由于能在零频零压时逐步启动，则能最大程度上消除电压下降。3启动时需要的功率更低电机功率与电流和电压的乘积成正比,那么通过工频直接启动的电机消耗的功率将大大高于变频启动所需要的功率。在一些工况下其配电系统已经达到了最高极限，其直接工频启动电机所产生的电涌就会对同网上的其他用户产生严重的影响,从而将受到电网运行商的警告,甚至罚款。假如采用变频器进行电机起停,就不会产生类似的题目。4可控的加速功能河北工程大学毕业设计 3 变频调速能在零速启动并按照用户的需要进行光滑地加速，而且其加速曲线也可以选择（直线加速、S形加速或者自动加速）。而通过工频启动时对电机或相连的机械部分轴或齿轮都会产生剧烈的振动。这种振动将进一步加剧机械磨损和损耗，降低机械部件和电机的寿命。另外，变频启动还能应用在类似灌装线上，以防止瓶子倒翻或损坏。5可调的运行速度运用变频调速能优化工艺过程，并能根据工艺过程迅速改变，还能通过远控PLC或其他控制器来实现速度变化。6可调的转矩极限通过变频调速后，能够设置相应的转矩极限来保护机械不致损坏，从而保证工艺过程的连续性和产品的可靠性。目前的变频技术使得不仅转矩极限可调，甚至转矩的控制精度都能达到3％～5％。在工频状态下，电机只能通过检测电流值或热保护来进行控制，而无法像在变频控制一样设置精确的转矩值来动作。7受控的停止方式如同可控的加速一样,在变频调速中,停止方式可以受控，并且有不同的停止方式可以选择（减速停车、自由停车、减速停车＋直流制动），同样它能减少对机械部件和电机的冲击，从而使整个系统更加可靠，寿命也会相应增加。8控制电机的启动电流当电机通过工频直接启动时，它将会产生7～8倍的电机额定电流。这个电流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量，从而降低电机的寿命。而变频调速则可以在零速零电压启动（当然可以适当加转矩提升）。一旦频率和电压的关系建立，变频器就可以按照V/F或矢量控制方式带动负载进行工作。使用变频调速能充分降低启动电流，进步绕组承受力，用户最直接的好处就是电机的维护本钱将进一步降低、电机的寿命则相应增加。9可逆运行控制在变频器控制中，要实现可逆运行控制无须额外的可逆控制装置，只需要改变输出电压的相序即可，这样就能降低维护本钱和节省安装空间。河北工程大学毕业设计 4 10减少机械传动部件由于目前矢量控制变频器加上同步电机就能实现高效的转矩输出,，从而节省齿轮箱等机械传动部件,终极构成直接变频传动系统。从而就能降低本钱和空间,提高稳定性。第二节 变频调速节能原理介绍 一变频调速原理变频器的功用是将频率固定的（通常为50Hz的）交流电（三相或单相）变成频率连续可调（多数为0-400Hz）的三相交流电，异步电动机的转速公式如下：n＝60f（1－s）/p（1-1）其中式中n-异步电动机的转速；f-异步电动机的频率；s-电动机转差率；p-电动机极对数。由式（1-1）可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。变频器主要采用交-直-交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。变频器使用的突出问题就是谐波干扰，当变频器工作时，输出电流的谐波电流会对电源造成干扰。虽然各变频器厂家对变频器谐波的治理均采取了措施且基本达到国家标准要求，但谐波仍然是变频器选型和使用中最需要关注的问题。变频