[El impacto del ajuste del voltaje de funcionamiento de la fábrica en la reducción de la tasa de consumo de energía de la fábrica] ¿Cómo reducir el voltaje?
Resumen: El impacto de la regulación del voltaje eléctrico de la fábrica en la eficiencia del motor Se analizó y se presentó una propuesta para la conservación de energía en las centrales eléctricas. Nuevas medidas para reducir el consumo. Palabras clave: pérdida del motor, voltaje de trabajo, tasa de consumo de electricidad de la fábrica
0 Introducción
Más del 80% de la energía utilizada en las centrales eléctricas es consumida por motores. Mejorar la eficiencia del motor es de importancia decisiva para reducir el consumo de energía en las fábricas. Hay muchas formas de aumentar la eficiencia de un motor eléctrico y reducir sus pérdidas. Lo siguiente se centra en el impacto de la regulación del voltaje de energía de fábrica en la eficiencia del motor.
1 Rango de ajuste del voltaje de operación de la fuente de alimentación auxiliar
El valor de desviación permitido del voltaje del bus de fábrica en todos los niveles depende de la naturaleza de la carga conectada a cada barra colectora, que generalmente es 5% de la tensión nominal. Los fabricantes de motores generalmente garantizan que la potencia nominal de sus motores permanece sin cambios cuando la tensión nominal cambia dentro del rango de -10% a +10%. Las normas de funcionamiento exigen que durante el funcionamiento normal, el voltaje de 6 KV debe estar dentro del 5 % y el voltaje de 380 V debe estar entre -5 % y +10 %. Dado que la carga auxiliar es principalmente la carga del motor, los cambios de voltaje dentro del rango de voltaje especificado no causarán cambios en la salida del motor ni cambios sustanciales en las condiciones de operación de la unidad.
2 Análisis de pérdida del motor
La pérdida de potencia integral del motor incluye la pérdida de potencia activa y la pérdida equivalente de potencia reactiva.
∑?P C =? P+K Q Q = P FE+P CU 1+P CU 2+P FJ+K Q Q
Incluyendo:
△P pérdida de potencia activa P pérdida de hierro del estator de hierro P pérdida de cobre del estator de CU1 P CU2 pérdida de cobre del rotor P FJ pérdida adicional K Q equivalente económico reactivo Q potencia reactiva
Generalmente, varias pérdidas representan del 20% al 25% de la pérdida de potencia, del 35% al 40% de la pérdida del hierro del estator, y 35%-40% de la pérdida de hierro del estator, 20%-25% de pérdida de cobre y 15%-35% de pérdida adicional.
3 Impacto de los cambios de voltaje en el funcionamiento del motor
El voltaje de funcionamiento del motor es U y el voltaje nominal en la placa de identificación del motor es Ue. Cuando u > UE, el flujo magnético φ en el motor aumenta. Debido a la saturación del circuito magnético del motor, la corriente de excitación aumentará mucho cuando el flujo magnético no aumente mucho. Por otro lado, el par electromagnético del motor aumentará en proporción al cuadrado del voltaje u. Cuando el par de carga permanece sin cambios, el deslizamiento S disminuirá y la corriente del rotor también disminuirá. Debido a que la tasa de deslizamiento es muy pequeña cuando se opera dentro del rango de carga nominal, debido a la disminución de la tasa de deslizamiento, la disminución de la corriente del estator es menor que el aumento de la corriente de excitación. Como resultado, la corriente del estator aumenta y el factor de potencia del motor disminuye. Por lo tanto, cuando u > UE, no sólo aumenta la pérdida en el hierro, sino que también aumenta la pérdida en el cobre del devanado del estator, lo que puede provocar que el devanado del estator se caliente más allá del valor permitido.
Cuando u < UE, la corriente de excitación disminuye debido a la disminución del flujo magnético φ, y la corriente de excitación del motor disminuye ligeramente debido a la saturación del circuito magnético del motor. Por otro lado, el par electromagnético del motor disminuirá en proporción al cuadrado del voltaje U y el par de carga permanecerá sin cambios. Por ejemplo, cuando se genera la potencia nominal, la reducción del par electromagnético aumentará más la relación de deslizamiento S, lo que definitivamente hará que la corriente del rotor aumente considerablemente hasta que el par electromagnético generado por el motor y el par de carga alcancen un equilibrio. Si el voltaje cae demasiado, el aumento de la corriente del rotor y del estator causado por el aumento del deslizamiento será mayor que la disminución de la corriente de excitación. Por lo tanto, las corrientes del rotor y del estator del motor excederán los valores permitidos. Aunque la pérdida en el hierro disminuirá debido a la reducción del flujo magnético, la pérdida en el cobre aumentará proporcionalmente al cuadrado de la corriente, por lo que la pérdida total aumentará y el motor se sobrecalentará.
El siguiente es un análisis detallado del impacto del ajuste de voltaje en diversas pérdidas del motor. Para facilitar el análisis, las huellas 1 y 2 se utilizan para representar los parámetros operativos del motor cuando el voltaje cae de U1 a U2.
3.1 Pérdida en el hierro del estator
Generalmente se cree que la pérdida en el hierro del estator del motor P FE es proporcional al cuadrado del voltaje. Cuando la pérdida del hierro a tensión nominal es P FEe, las pérdidas a diferentes tensiones son las siguientes:
△P FE =PFEe (U12-U 22)
Pero cuando la tensión es mayor que el valor nominal, la fórmula anterior ya no se utilizará debido a la saturación del núcleo de hierro. En el rango por encima del voltaje nominal, la relación entre la pérdida de hierro y el voltaje de varios motores es diferente. Hay una relación de cuarto orden y una relación de potencia de 2,5. Cuando el voltaje es mayor que el voltaje nominal, la pérdida de hierro aumenta. de modo significativo.
3.2 Pérdidas en el cobre del estator
Las pérdidas en el cobre del estator son proporcionales al cuadrado de la corriente del estator.
△P Cu 1 = PCU 1e(I 12-I22)
Generalmente se cree que a medida que disminuye el voltaje, la corriente del motor aumentará, por lo que la pérdida en el cobre aumentará. también aumentar. De hecho, esta relación sólo se aplica a motores con carga fija. De hecho, cuando el voltaje cae, la velocidad del motor cae, la potencia del eje mecánico cae y la corriente reactiva de excitación cae, por lo que la corriente del estator no aumenta significativamente para algunos motores auxiliares, cuando el voltaje cae, la corriente del estator aumentará; disminuir sincrónicamente.
3.3 Pérdida de cobre del rotor
La pérdida de cobre del rotor es proporcional a la potencia del eje y al deslizamiento del motor.
△P CU2=Pe K (S1 - S2)
Donde Pe es la potencia nominal del motor, K es el factor de carga y S1 y S2 son las tasas de deslizamiento de el motor. Debido a la disminución del voltaje, S1-S2 es negativo, es decir, la pérdida de cobre del rotor aumenta cuando el voltaje disminuye.
3.4 Pérdidas adicionales
Las pérdidas adicionales del motor se dividen en pérdidas adicionales en vacío y pérdidas adicionales en cortocircuito. La pérdida adicional por cortocircuito es generalmente del 0,5% de la potencia nominal. Cuando la carga se desvía del valor nominal, es proporcional al cuadrado de la corriente del estator.
3.5 Pérdida equivalente reactiva
Si el voltaje de la fuente de alimentación excede el rango especificado, también tendrá un gran impacto en el factor de potencia. Cuando la tensión de alimentación es superior al 10% del valor nominal, la potencia reactiva aumentará rápidamente debido a la influencia de la saturación del circuito magnético. Según las estadísticas, cuando el voltaje de la fuente de alimentación es del 110% del valor nominal, la potencia reactiva de una fábrica general aumentará aproximadamente un 35%. Cuando la tensión de alimentación es inferior al valor nominal, la potencia reactiva también se reduce en consecuencia, mejorando así su factor de potencia. Cuando el voltaje disminuye, la potencia reactiva requerida por el motor disminuye y la pérdida de potencia reactiva equivalente también disminuye, lo que equivale a reducir el consumo de energía del generador. La unidad del equivalente económico reactivo KQ es Kw/Kvar. El transformador de fábrica de alto voltaje de una central eléctrica generalmente está conectado directamente a la barra colectora del generador, por lo que KQ generalmente es del 2% al 4%.
Dentro del rango de voltaje permitido, las pérdidas fijas se pueden reducir reduciendo el nivel de voltaje del motor, lo que en última instancia reduce la tasa de consumo de energía de la fábrica. La investigación teórica muestra que cuando la tasa de carga del motor es superior al 75%, la eficiencia del motor continúa aumentando a medida que aumenta el voltaje. Cuando la tasa de carga del motor es inferior al 75%, la eficiencia del motor continúa aumentando a medida que el voltaje disminuye y el. potencia El factor también aumenta, mientras que las pérdidas de potencia reactiva también disminuyen. Por lo tanto, la planta de energía de 6KV debe adoptar una operación de regulación de voltaje inverso, es decir, el voltaje de 6KV aumenta cuando la carga es alta y disminuye cuando la carga es baja. Cuando la unidad funciona con carga baja, las tasas de carga de los seis ventiladores, que representan una gran proporción del consumo eléctrico de la planta, son todas muy bajas. Cuando el voltaje cae, el deslizamiento del motor aumenta, la velocidad del ventilador disminuye y la eficiencia del ventilador mejora hasta cierto punto. Por lo tanto, la caída de voltaje tiene un impacto significativo en su consumo de energía. Sin embargo, una reducción excesiva del voltaje hará que aumente la corriente del rotor, que aumente la pérdida de cobre del estator y del rotor y que aumente la tasa de consumo de energía de la planta. Además, el bajo voltaje también provocará un funcionamiento inestable de algunas máquinas auxiliares. Por lo tanto, si el ajuste de voltaje durante el funcionamiento de la energía de la planta es razonable juega un papel importante para garantizar el funcionamiento seguro y económico de la unidad.
4 Análisis de la prueba de campo
Se realizó una prueba de campo en una unidad de 600MW. El voltaje del bus de fábrica de alto voltaje de 6KV se puede cambiar ajustando el cambiador de tomas en carga del transformador de fábrica de alto voltaje o el voltaje del terminal del generador. La prueba de campo se divide en dos partes: el cambio de potencia activa de un solo motor y el cambio de potencia activa de un transformador de fábrica de alto voltaje. Los siguientes datos son de mediciones de campo.
4.1 Prueba de cambio de voltaje de un solo motor
El motor principal de la turbina eólica es YKK630-4 1800KW y la potencia activa de la unidad es 550MW. Se puede ver que la pérdida de potencia activa de la turbina eólica primaria aumenta gradualmente a medida que aumenta el voltaje. La pérdida de potencia activa a 6,2 KV es 38,4 KW mayor que la de 5,97 KV.
Figura 1 Relación entre el consumo de energía del ventilador primario y el voltaje a 500 MW
Motor de bomba de agua de caldera de 400 KW. Cuando la unidad tiene una carga de 400 MW, el consumo de energía de la bomba de agua de la caldera disminuye gradualmente a medida que cae el voltaje. La pérdida de energía activa a 6,29 KV es 31,5 KW mayor que a 5,88 KV.
Figura 2 La relación entre el consumo de energía y el voltaje de la bomba de agua de la caldera de 400 MW
Cuando la unidad tiene una carga de 300 MW, el consumo de energía del ventilador primario disminuye gradualmente a medida que el voltaje disminuye a 6,35 KV, la relación de pérdida de potencia activa es de 6,17 KV. La potencia por hora es de 72 KW. Consulte la Figura 3 para obtener más detalles.
Figura 3 La relación entre el consumo de energía de la turbina eólica primaria y el voltaje a 300 MW
4.2 Prueba de cambio de voltaje del transformador de fábrica de alto voltaje
Bajo tres cargas diferentes , La unidad ajusta el voltaje del bus de 6KV cambiando el voltaje del terminal del generador, por lo que los cambios resultantes en la potencia activa de la subestación de alto voltaje se muestran en la Tabla 1:
Tabla 1 Cambios en la potencia activa de la subestación de alto voltaje
Se puede ver en la Tabla 1 que cuando la carga unitaria es de 450 MW y el voltaje de la planta de alto voltaje cae en 199 V, el consumo de energía de la planta disminuye en 180 V cuando la carga es. 520 MW y el voltaje de la planta de alto voltaje cae en 6560 MW, el consumo de energía de la planta disminuye en 630 KW. Es decir, el voltaje de 6 KV cae un 2,5%, lo que puede ahorrar un 1,8% del consumo de energía de la fábrica, reducir la tasa de consumo de energía de la fábrica en aproximadamente un 0,08% y ahorrar 0,27 g de carbón estándar por kilovatio hora.
5 Rango razonable de voltaje de trabajo
No es científico creer que cuanto mayor es el voltaje, menor es el consumo de energía. Es extremadamente antieconómico utilizar un voltaje superior al voltaje nominal. del motor durante mucho tiempo.
La práctica muestra que a medida que disminuye el voltaje, el consumo de energía de las máquinas auxiliares principales disminuye simultáneamente, y el consumo de energía de las máquinas auxiliares también disminuye simultáneamente. Cuanto menor sea el voltaje, menor será el consumo de energía. Para garantizar que el voltaje del terminal de 400 V no caiga demasiado, el voltaje de la sección del bus de 6 KV se puede ajustar a aproximadamente 5,9 KV. De esta manera, la tasa de consumo de energía de la fábrica se puede reducir al 0,08% -0,16% sin aumentar. La inversión y el efecto de ahorro de energía son obvios.
Algunas personas piensan que reducir el voltaje de 6KV reducirá la confiabilidad operativa del motor auxiliar, lo cual también es una preocupación innecesaria. Después del cálculo, el voltaje de 6 KV funciona a -5 % (5,7 KV). En las peores condiciones de trabajo, el voltaje de fábrica sigue siendo aproximadamente del 80 % Ue cuando se arranca la bomba eléctrica, lo que cumple con los requisitos porque el diseño de energía de fábrica se ha considerado completamente. el margen.
Por lo tanto, desde la perspectiva de la seguridad y la economía, cuando el voltaje de la unidad funciona normalmente a 6 KV, se ahorra más energía controlar la unidad para que funcione entre 5,9 y 6,0 KV que entre 6,1 y 6,3 KV.
Con la creciente demanda de regulación automática de voltaje en los sistemas de redes eléctricas, las centrales eléctricas de gran tamaño están requiriendo gradualmente el uso de sistemas de regulación automática de voltaje VC. A medida que el voltaje del sistema fluctúa, el voltaje en el bus auxiliar también fluctuará. Se recomienda seleccionar productos de alta confiabilidad para el interruptor en carga de transformadores de fábrica de alto voltaje para cumplir con los requisitos de la red eléctrica para el voltaje del sistema. Al mismo tiempo, al configurar las condiciones de ajuste automático del AVC, se debe considerar de manera integral el impacto en el sistema auxiliar. Las centrales eléctricas también deben ajustar el voltaje del bus de fábrica de manera oportuna desde la perspectiva de la operación económica y hacer que el voltaje del bus de fábrica de alto voltaje sea lo más bajo posible. Se recomienda que sea más razonable alrededor de 5,9 KV (para un voltaje de fábrica de 6 KV), y la posición del grifo del transformador de fábrica de bajo voltaje al final de la fuente de alimentación debe ajustarse durante el mantenimiento.