增容型變頻方案與Vacon變頻器的完美結合

1 高壓電動(dòng)機變頻調速的節能意義

　　中國各種電動(dòng)機的總耗電量約占全國總消費電量的60%以上，其中，高壓電動(dòng)機與低壓電動(dòng)機對比，數量(臺數)比例約為20%∶80%，容量(功率)比例約為60%∶40%。全國宏觀(guān)年節電能力可達：

　　25 000 億kW·h×60%×60%×30%×30%=810億kW·h。

　　相當于新建100萬(wàn)kW 機組、年均運行5 000 h的大型發(fā)電廠(chǎng)16 座，接近于中國三峽水電站年總發(fā)電量。

　　圍繞著(zhù)高壓電動(dòng)機變頻調速也形成了兩條技術(shù)路線(xiàn)。一條是以高壓變頻為代表的基于低效率的高壓電動(dòng)機的變頻單元串聯(lián)風(fēng)險模式的高成本技術(shù)路線(xiàn);另一條是以增容型高- 低壓變頻方案與Vacon變頻器完美結合為代表的基于高壓電動(dòng)機增容提效和變頻單元并聯(lián)冗余模式的低成本技術(shù)路線(xiàn)。

　　2 增容型高- 低壓變頻方案與Vacon 變頻器相結合

　　增容型高-低壓變頻調速集成裝置，由多功能變壓器T、Vacon 變頻器LF、利用普通高壓電動(dòng)機通過(guò)變換其定子繞組接線(xiàn)結構及線(xiàn)圈絕緣結構改制而成的增容型低壓變頻調速電動(dòng)機HM′，以及低壓變頻/工頻切換開(kāi)關(guān)Ct、Cf、Cw所集成，其特征在于增容型低壓變頻調速電動(dòng)機HM′采用高壓電動(dòng)機鐵心結構;定子繞組采用中壓絕緣結構;定子繞組采用低壓接線(xiàn)結構;非負荷端軸承采用絕緣結構;低壓大容量Vacon 變頻器LF 采用輸入電壓補償增容措施，如圖1所示。

　　適用范圍：

　　電網(wǎng)電壓3～10 kV;

　　電動(dòng)機功率200～5 000 kW;

　　變頻器Vacon NX5、NX6系列200～5 000 kW;

　　變頻系統(高壓側)功率因數≥0.95;

　　變頻系統(高壓側)電壓總諧波≤1.6%(中國標準GB/T 14549-93《電能質(zhì)量公共電網(wǎng)諧波》限定值為4%);

　　運行模式變頻/工頻，手控/自控，現場(chǎng)/遠控，一拖多臺;

　　控制系統PLC，DCS，FCS等。

　　增容型高- 低壓變頻方案與Vacon變頻器主要結合點(diǎn)如下。

　　2.1 電動(dòng)機增容與Vacon變頻器工況相結合

　　眾所周知，普通交流電動(dòng)機的額定功率都是按照正弦波電源設計制造的。變頻器提供給電動(dòng)機的是由高載頻脈沖包絡(luò )而成的準正弦波電源，由于du/dt和di/dt的原因，導致電動(dòng)機在變頻工況下?lián)p耗增加，效率和性能比率降低，運行溫度升高，額定功率下降。具體表現為：

　　1)使用變頻器導致電機效率降低大約0.5%;

　　2)附加損耗導致電機升溫，在滿(mǎn)載下，電機溫度更高，對于200 kW 的電機，定子損耗增加10%，熱量大約增加18 kW，轉子損耗增加100%，轉子導電條熱量增加大約60 kW;

　　3)通常降低電機負載以承受更大的損耗。

　　為此，適度增加電動(dòng)機額定功率適應變頻工況勢在必行。采用本增容型高-低壓變頻方案，即可使普通高壓電動(dòng)機增加額定功率1～3個(gè)標準等級，不僅完全彌補了變頻工況的功率損失，而且足以達到增產(chǎn)、節能和節材等多重目的。

　　本方案利用普通高壓電動(dòng)機的機座和鐵心結構，改用“中壓絕緣結構”和“低壓接線(xiàn)結構”，實(shí)現低壓增容變頻調速。中壓的范圍為1 500～3 000 V，對比6 000 V和10 000 V的“高壓絕緣結構”，絕緣厚度可適度減薄1/2～2/3，既能長(cháng)期承受數倍于額定電壓的高載頻脈沖產(chǎn)生的自感電勢和高次諧波峰值電壓的變頻工況，又提高了槽滿(mǎn)率(導線(xiàn)的占空比>1/3～1/2)，使額定功率提高1～3個(gè)標準功率等級，效率提高0.5%～3%，功率因數提高0.1～0.2，同功率的高壓電動(dòng)機制造材料消耗可降低10%～20%。