热力站变频电机系统能耗特性分析

2016-05-17包头东华热电有限公司邱建东华北电力大学电气与电子工程学院李宁辉

电子世界 2016年8期

关键词：能耗

包头东华热电有限公司邱建东华北电力大学电气与电子工程学院李宁辉

热力站变频电机系统能耗特性分析

包头东华热电有限公司邱建东
华北电力大学电气与电子工程学院李宁辉

【摘要】现有热力站监测系统仅对电机工作频率、泵出口压力及流量进行监测，对电机系统能耗特性缺乏相关研究。为了获得热力站变频电动机系统的能耗特性，本文以我厂典型热力站变频电机系统为实例，对其能耗特性进行了现场测试分析，获得了热力站变频电机系统能耗特性，为后续节能改造提供了重要支持。

【关键词】热力站；变频电机；能耗

1　引言

变频调速系统具有调速范围广的有点，广泛适用于风机和水泵等流体类负载的节能应用[1-3]。然而，目前，实际应用中大多数属于交-直-交变频器，其在整流和逆变环节会产生大量谐波，进而导致电网和电机内部产生额外的谐波损耗，对于这种情况，如果变频器使用不当，会引起系统损耗的增加低于采用变频器后的系统节电量，导致系统运行能效降低[4]。因此，有必要对变频电机系统的能耗特性进行分析，这对变频电机系统的节能改造具有重要意义。

2　典型变频电机系统

与恒功率负载和恒转矩负载特性不同，热力站泵类负载的转矩与转速的平方成正比，文中选择我厂五种常见电机共36台进行分析，额定功率分别为15kW（2台）、22kW（8台）、30kW（8台）、37kW（13台）、45kW（5台）。其中15kW的电机数据较少，以这五种电机为例，对其运行数据进行实测。在实际运行中，受限于小区入住率等现实原因，导致供暖热力站电机不需要额定出力，多数电机实际运行频率都大大低于工频，电机普遍处于大马拉小车的轻载运行工况，因此，热力站通常采用变频器驱动电机，用于降低系统能耗。但对于变频电机系统的能耗情况，仍缺乏相应研究，文中对不同电机的实际运行频率进行实测分析，得如下结论：

1）实测中8台22kW电机的运行频率较为分散，主要在31.7Hz、37.6Hz、40.4Hz、43.8Hz以及49.9Hz等节点附近。

2）实测中8台30kW电机的运行频率主要在34.9Hz、43.9Hz以及49.9Hz等节点附近，其中有5台电机运行频率在49.9Hz左右，基本接近满载，但与其相对应的输入功率却从25.8kW增到30.7kW。

3）实测中13台37kW电机的运行频率主要分布在35.8Hz、37.4Hz、45.8Hz、47.1Hz以及49.5Hz附近。

4）实测中5台45电机的运行频率在32.4Hz、39.7Hz、47.0Hz、48.8Hz附近。

3　负载率情况

由于现场电机输出功率难以直接测试，测试过程中只能采取近似方法求得，即通过测得电机的输入功率即变频器的输出功率，通过归算到电机输入侧得到负载率表达式为：负载率=实际输入功率/(额定功率/额定效率)。根据前述所测试的数据，对其负载率分析可得如下结论：

1）负载率β≦0.5的有12台电机；0.5≦β≦0.7的有9台；0.7≦β≤1的有15台。

2）变频器效率随电机负载率减小而减小，当0.7≦β≤1时，效率η基本在0.92以上且相对较为平滑；当0.5≦β≤0.7时，效率相比之前要减小，但降幅也不是很明显；当0.5≦β≤0.1时，效率已经很低了，且负载率越低，降幅越大。电机负载率低于0.5时，变频器效率可能低于0.9，负载率再低的话，效率将非常低。所以从电机系统经济性的角度考虑，建议电机负载率高于0.5，低于半载后，系统效率较低，系统不是最佳匹配，运行不经济。

图1　负载率与实际效率曲线

4　能耗特性分析

由统计可知，f≤40Hz的有共有12台电机，40Hz≤f≤45Hz的有4台，40Hz≤f≤50Hz的有20台。当运行频率大于45Hz时，电机负载率均在0.6以上，尚属可接受的范围内。运行频率低于40Hz时，电机的负载率其实已经低于0.5了，这种运行状态不经济。

在频率从31Hz变化到50Hz的范围内，变频器效率在0.75到1的范围内变化。当变频器输出频率低于40Hz左右时，其效率将低于0.9。频率低于37Hz时，效率将低于0.85。电机每天24小时连续不间断的工况运行几个月，其用电量是相当大的，如果热力站的电机长期处于此种轻载工况下运行，其运行的经济性有待进一步完善。

此外，有些变频器驱动电机运行在49Hz以上，这种情况下，电机基本处于满载运行状态，采用变频器驱动时，变频器自身的损耗和其产生的谐波对电机的能效也会产生影响，因此，这种情况下，也有一定节能空间。