简析高压变频调速技术在火电厂风机和泵类实践中的节能研究

陈建军

摘 要：在火电厂的各类辅机设备中，风机、泵类设备占据了绝大多数的比例，其耗电量也同时占据电厂总耗电量的50%以上，而事实上，风机和泵类设备在使用过程中，都存在较大的裕量，蕴藏着巨大的节能潜力。在火电厂装机容量不断扩大，调峰力度增加的影响下，机组的负荷变化频繁且变化幅度较大，必须对风机的转速以及泵类设备的流量等进行实时调节，以提高能源的利用效率。本文主要针对高压变频技术在火电厂风机和泵类节能改造中的应用进行分析和探讨，希望能为火电厂工作的顺利进行提供理论支持和方案参考。

关键词：高压变频调速技术；火电厂；风机；泵类；节能

前言

随着经济的高速发展，我国社会对于电力的需求也在不断增长，能源短缺问题受到了社会各界的广泛关注。作为电力产品的主要生产者，火电厂同时也是资源消耗的大户，在生产过程中，需要消耗大量的能源资源，尤其是风机和泵类设备，其节能研究受到了越来越多专业人员的重视。在不断的发展过程中，变频调速技术凭借自身运行稳定、故障率低、节能效果显著等特点，在火电厂节能改造工作中得到了广泛的应用。

1 火电厂风机和泵类设备能耗现状

最近几年，社会生产力水平快速提高，带动了人们生活水平的提高，同时也使得社会对于电力的需求不断增加。为了满足日益增长的电力需求，火电厂的机组容量不断扩展，同时为了保证电力生产和供应的可靠性和安全性，机组分配利用小时数相对较低，加入平均负荷也较小，则循环水泵的耗电量会随着升高，给水泵同样会受此影响而出现耗电量的增加。对于风机设备而言，由于煤炭市场的不断变化及配煤掺烧技术的推广，使得煤炭的质量与以前相比有了一定的下降，为了提高风压，风机的耗电量也有所上升。相关统计数据显示，目前大型火力发电厂中的风机和泵类设备用电量占据了发电产用电总量的50%以上，加上燃料质量问题、设计问题等，火力发电厂普遍存在着设备能耗高、机组负荷率低的问题，在很大程度上影响了发电厂的经济效益。因此，做好风机和泵类设备的节能降耗工作，是十分必要的。但是，目前采用的节能技术并没有取得良好的成效。以水泵流量的调节为例，目前常用的方法是使用节流阀进行调节，这种方式仅仅是对通道的通流阻力进行了改变，对于电动机的输出功率却并没有显著的影响，从而造成了能源的浪费。

对此，从上世纪八十年代起，国外的许多企业加快了对高压大功率变频设备的研制，并在火电厂辅机节能改造工程中广泛应用。上世纪末，我国部分大型火力发电厂也开始引入高压变频器，对风机和泵类设备进行相应的节能改造，并取得了非常显著的成果。到目前，应用高压变频调速技术，对电厂风机和泵类设备进行调速改造，已经成为火电厂节能改造的首选方案。

2 高压变频调速技术在火电厂节能改造中的应用

高压变频调速技术的基本原理，是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系，通过对电动机工作电源频率的调节，实现改变电机转速的目的，用公式表示为

n=60f（1-s）/p

其中，n表示电机转速，f表示工作电源输入频率，s表示电机转差率，p指电机磁极对数。

在实际应用中，变频调速技术的调节方式包括直流调速和交流调速两种，而高压交流变频调速技术相对更加成熟，因此也是火电厂风机和泵类设备节能改造的主要手段。相关统计数据显示，经高压交流变频调速技术改造后的设备，可以减少20%以上的耗电量。这里结合相应的工程实例，对其应用情况进行简单阐述。

2.1 电厂概况

某火电厂共有4台机组，装机总容量达到1360MW，每台机组都安装有一次风机、引风机以及送风机，占据机组容量的2.31%左右。在不断的发展过程中，该发电厂逐渐暴露出一些不足和问题，如机组单机容量小、能耗高等，严重影响了电厂的经济效益。因此，需要做好电厂的节能改造工作，降低生产过程中的能耗，以促进电厂的可持续发展。

2.2 实践应用

2.2.1 应用条件。之前也提到，高压交流变频调速技术是火电厂节能改造中的首选方案，在该电厂改造中同样选择该技术。但是需要注意的是，高压交流变频调速技术的应用需要具备一定的先决条件：其一，交流电动机的工作原理，是通过电机内部磁场的旋转，实现能量的传递，在这个过程中，如果电机的气隙磁通量过大，会导致铁心呈现饱和状态，造成励磁电流过大，从而烧毁电机绕组；而如果电机的气隙磁通量过小，则会造成电机出力不足的现象。因此，在对其进行变频改造前，需要采用相应的仪器进行检测，确保电机气隙磁通量恒定。其二，由异步电机自身的变频调速控制特性可知，如果电机的供电频率高于额定频率，则其电压只可能保持在额定电压，而不会随之升高，在这种情况下提高频率，只会造成电动机气隙磁通量的减弱，转矩减小。因此，当电动机的供电频率低于额定频率时，属于恒转矩调速，保持气隙磁通量的最大值，而当供电频率高于额定频率时，属于恒功率调速，保持电压输出的最大值。

2.2.2 關键问题。在对高压变频调速技术进行应用的过程中，需要注意以下几个方面的问题：其一，在现代化火电厂中大型辅机设备通常都是成对存在的，一台设备基本上就可以满足机组的大部分需求。同时如果辅机处于满负荷运行状态，采用变频技术可能会造成耗电量的增加。因此，可以对其中一台辅机设备进行变频改造，另一台则维持原样，当机组负荷较高时，两台辅机并列运行，当机组负荷较低时，变频辅机单独运行，结合相应的监测设备，实现对风机转速的实时调节。其二，在对异步电动机进行相应的变频改造后，必然会在一定程度上影响电动机的运行状态。以鼠笼式异步电动机为例，在进行变频改造后，电动机的定子电流中会出现高次谐波，不仅会造成能耗的增大，还可能导致电机的温升变大，功率也会有效降低。而与此同时，高压变频器电容容量的衰减小，可以降低电动机的启动电流，从而在客观上延长了设备的使用寿命。因此，在应用高压变频调速技术对设备进行节能改造时，应该充分考虑各方面的因素，在必要时，可以增加相应的变频器旁路系统，确保生产的安全性和可靠性。其三，对于风机和泵类设备而言，其转矩与转速平方呈正相关的关系，因此在进行变频改造后，会出现电机电流下降和发热量下降的情况，因此基本上不存在散热问题。但是对于运行频率较低，且低转速时转矩较大的场合，应该适当考虑对电动机进行强迫通风冷却，以避免出现电动机过热的情况。为了避免出现单侧风机变频运行过程中，两侧风路排烟温度差距过大的情况，可以对送风配置进行重新设置，改为母管送风运行。

3 结束语

总而言之，在现代化工业不断发展的影响下，能源紧缺问题日益凸显，节能减排工作受到了政府部门的高度重视。对于火电厂而言，应用高压变频调速技术，实现对于大型风机和泵类设备的变频改造，不仅可以有效降低生产经营成本，提升电厂的竞争力，而且也符合了国家建设“两型”社会的要求，具有显著的经济效益和社会效益，应该得到进一步的推广。

参考文献

[1]相玲.变频调速技术在风机、水泵节能改造中的应用[D].华北电力大学，2012.

[2]范利文.高压变频调速技术在火电厂风机和泵类应用中的节能分析[J].山西科技，2013，28（1）：45-47.

[3]王继秀，阮琨.高压变频调速技术在风机、泵类应用中的节能分析[J].冶金动力，2008（1）：15-17.

[4]卢秀珍，曹中华，侯建军.浅谈火电厂中变频调速技术的节能分析[J].电力世界，2014（2）：37.

[5]刘英梅，李绍忠.火电厂辅机变频调速运行节能分析[J].电力科学与工程，2007（5）：12-15.