郭剑

【摘要】变频调速具有效率高、调速范围宽、精度高、调速平稳、无级变速等优点，因此采用变频调速技术是解决上述问题的好办法，近年来已在发电厂中得到了广泛应用。

【关键词】变频调速

1风机在发电厂中的应用介绍

随着电力市场改革的深化和燃料价格的不断上涨，煤电价格倒挂现象日趋严重，火电企业经营形势日趋严峻的外部环境下，提高机组自动化水平，降低厂用电率，降低发电成本，已成为各火电厂努力追求的经济目标。受设计和制造技术条件的影响，电厂主要用电设备如送风机、引风机、一次风机等高耗能设备。长期以来，火电厂锅炉离心式风机在运行过程中存在着以下几个问题：电机按定速方式运行，采用挡板来调节风量，造成功率损耗大，浪费电能；挡板调节品质差，执行机构易出故障，自动投入率低；电机启动时，启动电流大，对电机冲击大，严重影响电机的绝缘性能和使用寿命。而变频调速具有效率高、调速范围宽、精度高、调速平稳、无级变速等优点，因此采用变频调速技术是解决上述问题的好办法，近年来已在发电厂中得到了广泛应用。

火力发电厂风机设备主要用于锅炉一、二次风的燃烧系统、引风系统、通风系统等场合，根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。而最常用的控制手段则是利用调节风门挡板的开度大小来调整风量的大小。这样，不论生产的需求风量多少，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损耗消失掉了。

2风机转动设备变频调速节能原理

风机是流体机械，由流体动力学可知，流量Q与转速n成正比，扬程H与转速n2成正比，电机功耗P与转速n3成正比。当转速由额定转速ne降为时n，流量由额定值Qe降至Q，与额定功耗Pe相比较，采用转速调节时电机的功耗为：

如果流量Qe由100％降到50％，则转速ne由100％降到50％，而电机的功耗降到12.5％Pe，即节约电能87.5％。即使扣除挡板调节时的功耗与额定功耗的差、转速下降可能会引起电机的效率下降等因素，节电效果也是非常显著的。例如：火电厂风机常用挡板来进行节流调节。若用出口挡板来调节风量，当减小出口挡板开度时，阻力增大，不适宜大范围调节风量，在低速区域轴功率减少不多，节能效果不明显；若采用入口挡板来控制风量，虽然调节范围广，减少挡板开度时轴功率大体随风量下降而下降，但节能效果仍不及变频调速。采用挡板控制风量，虽然满足了运行要求，但严重浪费了电能，而且设备磨损严重。

3高压变频器的选型

3.1高－低－高型方案

该方案通过低压变频器为核心，即在低压变频器的输入侧加一台降压变压器，将6kV降至低压变频器的适配输入电压，在低压变频器的输出侧加一台升压变压器，使输出电压与电动机的额定电压相匹配。

这种方案适用于改造项目其优点：（1）方案成熟目前国内应用较多；（2）原有电机电缆无须改动；（3）便于实现切换功能；（4）投资较低。缺点：（1）由于两次电压转换，增加了损耗，降低了效率；（2）产生大量的高次谐波，需加滤波装置；（3）升压变压器存在谐波发热；（4）长期运行费用相对较高。

3.2高－高方案

用额定电压为6kV的高压变频器直接驱动电动机，实现变频调速，此种方式整体效率高，技术先进，结构简单，可靠性高，适用于大容量电动机，对电动机没有特殊的要求，可用于任何普通的异步电动机，不存在谐波引起的电动附加发热、转矩脉动和噪声，缺点是初期投资大。但这种方案效率较高，节能优势明显，长期运行相对上一个方案费用低很多，长期使用经济效益很高，推荐使用方案。

4给水泵变频调速改造后的优点

（1）高压变频器特点：1）可以从0到50Hz无级调速，调节精度0.01Hz；2）输入功率因数高（大于0.96），不需要无功补偿；3）电流谐波少（小于2%），无须谐波抑制装置；4）输出电压波形为正弦波，无须加装滤波装置，可直接驱动普通电机，对电缆、电机绝缘无损害；5）几乎完美无谐波的输出，从而不存在由谐波引起的电动机附加发热和转矩脉动（轴承、叶片的机械振动）等问题，并抑制浪涌电压，输出电缆长度不受限制；6）功率电路模块化设计，每个功率单元结构上完全一致，可以互换，维护简单；7）功率单元与控制器之间为光纤连接，安全可靠；8）具有完整的故障监测电路和可靠的保护功能，包括单元缺相、欠压、过流、过热、变压器过热、柜门连锁报警和UPS电源失电报警等；9）内置PLC，易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需求；10）具有完整的通用变频器参数设定功能，全中文视窗界面，参数设定、调试简便。

（2）给水泵变频调速系统改造后的优点：1）电动机实现了软启动，电动机启动电流从零开始平滑上升，避免了改造前工频启动时大电流对电动机、电缆及开关等设备的不利冲击，延长电动机等设备的使用寿命，减少电机的维护工作量，节约检修维护费用；2）运行稳定，安全可靠。变频器具有免维护的特点，只需定期清理柜门上的通风滤网，不用停机，保证了生产的连续性；消除了喘振现象，减轻了给水泵叶轮及轴承等部件的磨损；3）节能效果较为显著，大大降低了电；4）对于容量大的电动机，节省了启动装置的费用，可以通过变频驱动直接起动；5）由于功率因数得以提高，电流减小，可以省去功率因数补偿装置，充分利用变压器系统的容量；6）设备适应电网电压波动能力强，当电网电压高达6.6kV，或者电压低至5.4kV变频器仍能正常运行；7）在加速期间大大减小了噪声，削弱了噪声污染。由于不用定期拆换轴承或者进行维修，避免了机油对环境的污染，使给水泵房的现场环境有了极大改善；8）由于电机降低速度运行以及工作在高效率区，因此电机和轴承的温升都很低，这样可以延长给水泵系统的使用寿命。

5针对风机变频改造的效益进行分析

黄陵煤矸石发电公司1#、2＃炉一次风机运行参数如表1所示（改造前）。

黄陵煤矸石发电公司1#、2＃炉一次风机运行参数如表2所示（改造后）。

由表1知，1＃炉一次风机挡板平均开度为49.2%，2＃炉一次风机挡板平均开度为66.7%，风机拖动电机全速运行，能耗大。

采用变频调速后，挡板开度为100％，通过调节变频器输出频率调节电机转速，节电潜力较大。一次风机运行参数如表2所示（改造后）。

利用变频器根据锅炉实际需要对风机进行变频调速控制，满足了负荷调整需要，既保证和改善了工艺，又达到节能降耗的目的。以1＃炉一次风机为研究对象，电动机的效率＝98%；

变频器的效率=96%（含变压器）；额定风量时的风机轴动力：500kW。

未采用变频调速系统前耗电量：

（KW）

采用变频调速后，电机输出频率为35Hz时，转速1000rpm风机能够达到相同负荷的需风量，电机轴功率与转速的三次方成正比，则：

（KW）

按照年运行时间为7000小时计算，两台风机变频改造后每年节电366.8万度电，以合同基本电量电价0.315元/度计算，一年可节约费用115.5万元，同时厂用电率下降1.3%，一次风机变频改造的经济性是十分明显的。

6结语

实践证明，变频器用于风机、泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且因此而大大减少了设备维护、维修费用，还降低了停产周期。直接和间接经济效益十分明显，设备初期投资在短期内可以收回。