高压变频调速技术在实践中的节能研究

杨彦宁

摘要：随着火力发电厂装机容量的不断增大和调峰力度的不断增加，整个发电机组的负荷变化比较频繁，而且变化幅度比较大，所以必须加大对风机转速以及泵类设备流量的调节措施，对其实现实时的调节，进而保证能源利用率的有效提高。文章介绍了在火力发电厂风机和泵类设备中应用的高压变频调速技术，并对其应用的必要性进行了分析。

关键词：高压变频调速技术；火电厂；泵类；风机；发电机组 文献标识码：A

中图分类号：TM621 文章编号：1009-2374（2015）36-0085-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.041

近年来，我国经济取得了快速的发展，同时社会对于电力的需求也在不断增加，但面对当前日益严峻的资源形式，社会各界都给予了高度的重视。火力发电厂作为我国电力的主要生产者，同时也是资源消耗最大的用户，在电力生产过程中，需要资源源源不断的供给，资源的大量消耗使得当今的资源形式更加严峻。为缓解资源压力，响应国家节能减排的重大战略决策，对火力发电厂中的泵和风机等设备中的节能措施进行了深入的研究，同时也受到了越来越多的专业技术人员的关注。在对节能措施的研究过程中，高压变频调速技术凭借其自身的系列优点，如运行稳定、故障率低、良好的节能效果，使得这一技术已被广泛地应用于发电厂的节能改造过程中。

1 火力发电厂高压变频技术的必要性

1.1 火力电厂中泵与风机类设备应用现状

在现阶段的火电厂中，风机和泵的选择时都是使用了效率较高的设备，一般条件下，电厂所应用到的设备额定效率能达到80%。在具体的机组设备配置的设计过程中，如果按照常规的设计规范来讲，就要满足锅炉辅助设备的出力要大于锅炉的出力，而锅炉的出力也要大于蒸汽轮机的出力，而蒸汽轮机的出力还要大于发电机的出力，在火力发电厂中的机组的最大流量和最大阻力的基础之上，又将风机和泵类设备的出力裕量提高了10%左右。所以在火力发电厂中的主要辅助设备的容量就会比生产过程中的实际值要高出很多，而且设计出力会比实际出力高出25%左右，当机组在满负荷工况下运行时，辅机设备一般都是由两台以并列的方式运行的，另外还要保证当其中一台设备因为故障原因不能正常运行时，另一台机组要满足能够带动机组大部分负荷的要求。

1.2 我国火力发电厂市场现状

（1）现阶段，发电市场上的机械设备，如磨煤机、泵类和风机等设备普遍存在一种现象就是具有配置裕量较大的现象，而且能耗也比较高；（2）电网在运行过程中存在暂时性的供大于求的现象，而且大部分的火力电厂都不能保证在满负荷的工况下运行，发电机组的带负荷率和有效利用率都比较低；（3）在电厂的火力发电机组中，参加调峰运转的机组和发电机组的单机容量也越来越大。

1.3 火电厂中高压变频调速技术的特点介绍

异步电动机的转速关系式为：

n=n0（1-s）=60f0（1-s）/p

注：在上式中，n表示的是异步电动机的转速；n0表示的是电动机的同步转速；s代表的就是电动机的转差率；p代表的是电动机绕组的极对数；f0代表的是电动机的电源频率。

从上面的关系式分析可以得出结论：电动机的转速n与电源频率f0成正比例关系，只要改变该频率f0就能够使转速n发生相应的改变。高压变频调速技术相应速度调节过程的实现依靠的就是改变电动机电源频率的改变来完成的。高压变频调速技术最早的出现是在20世纪的90年代，近年来，伴随着现代社会科技水平的不断提高，该技术凭借其本身的优点赢得了市场上的广泛认可，使其也成为了现代火力电厂节能改造的首选方案。因为在火力发电厂的生产过程中，对一些常规能源如煤、水等资源的消耗的调节要严格以整个发电机组的负荷的变化为基准来进行，并以机组负荷的变化为标准来完成对机组设备泵与风机流量的调节。然而，火力发电厂中的泵与风机类设备都是由定速风机来带动的，所利用的都是通过对挡板门或者阀门的控制来实现对节流的控制，这一控制过程的实现存在着很大量的电能损失。因此，要实现当今火力电厂经济效益的最大化，就必须对其进行相应高压节能改造。同时，在火力发电的过程中，泵和风机类设备都有着十分广泛的应用，这些设备的耗电量也占据了整个发电机组耗电总量的70%左右，而耗能参数也作为了衡量火力电厂经济性的重要指标。随着经济调度方式的不断深入，火电厂对于设备节能减排的研究也在不断开展，高压变频调速技术在火电厂泵与风机设备实践中的推广和应用，给当下的电厂节能减排工作提供了一定的技术保障。

2 高压变频调速技术在火力电厂中的应用要点

2.1 变频调速技术的应用条件

交流电动机的工作原理：通过在电动机内部的切割磁感线，产生磁感电流，完成能量的传递，如果过程中电机的磁通量过大，就有可能导致产生的电流值也比较大，严重时会直接烧坏发电机组，然而，如果电机气隙磁通量又过小，就会造成电机达不到规定的出力要求，所以在对机组进行高压变频调速节能改造之前，务必要进行的一步工作就是保证电机恒定的气隙磁通量。另外，根据电机的变频调速特性，如果供电频率比电机的额定功率高，那么就会使得电机在工作过程中只能维持到额定电压，其电压值也不会随变化而升高，而此时如果进行变频调速操作就会造成电机气隙磁通量的减弱和转矩的减小。

2.2 电厂中高压变频调速装置的配置

（1）在火电厂中的大型的辅助设备多为成对配置，单独的一台机组也能够满足整个机组大部分负荷的要求。此外，当机组在满负荷的工况下运行时通过高压变频调速技术将会造成不必要的能量损耗，所以针对具体情况，可以对一套辅助机组进行高压变频的改造，当机组运行在高负荷的工况下时，我们可以采用两套机组并列运行，而当运行负荷比较低时，又可以采用单独的变频机组进行工作，同时通过对炉膛压力的测定来实现对风机转速的实时调节；（2）在火力电厂中的一些泵和风机类设备，其转矩和自身的转速的二次方成正比例关系，当对这些设备完成高压变频改造后，电机电流会得到一定程度的下降，而且整个机组的发热量也会降低，为有效避免由于单侧风机的变频改造造成的两侧风路排烟系统的较大温差，可以利用母管完成两路的送风运行；（3）在变频改造后的机组中，由于电机的固有频率和变频器的载波频率相近，很有可能会产生共振的现象，导致较大噪声的产生，所以为避免噪音的污染，工作人员可以对变频器的载波频率进行相应的调节；（4）通过对电动机的变频改造，给电动机的运行也带来了一定的影响。如对鼠笼式异步电机的变频改造完成后，会导致高次谐波在电机的定子电流中的出现，使得电动机的能量损耗增加的同时还降低了电动机的功率和效率。除此之外，因为高压变频器存在较小的电容量衰减，能够有效地降低电机的启动电流，充分地保证了电动机的使用年限。所以在设计过程中，要对系统的安全性和可靠性进行综合全面的考虑，在必要的时候为保证系统的通风效果可以增设一个变频器旁路系统。

3 高压变频调速技术节能分析

火力发电厂中的风机是发电机组的重要辅助设备之一，主要有引风机和送风机两种。引风机和送风机的风量会随着机组发电负载范围的调整发生一定的变化，一般情况下，风机都会在工频状态下以较低的效率来运行，这一现象就直接导致了大量能量的消耗。火电厂的设备配置图如图1所示：

图1 设备机组配置图

火电厂中的引风机和送风机的运行形式由并列运行和单台运行，运行形式主要是根据相应的机组负载的变化。同时在负载运行的条件下使用高压变频装置，由于高压变频器本身存在效率上的影响，不仅达不到节能的效果，相反还会增加能源的损耗，所以机组采用了两套引、送风机系统，为的就是避免单套配置在变频运行过程中，在两侧风路会存在较大的温差，此时就需要将两路的送风配置为由母管完成送风运行，由于输送过来的风具有不同的风压和风量，通过两路送风装置将风在母管中混合，然后在空气预热器中预热，这样一来就能够达到一定的平衡。机组的引风系统在电场电除尘的作用下均匀混合，而单独的变频装置不能达到此效果，对整个烟风系统没有影响。

从图1可以看出，甲侧机组锅炉烟风系统的风机系统完成了高频节能的改造，而乙侧的风机系统还是采用了原来的挡板节流的方式。在高压变频节能改造甲侧的风机系统后，对整个机组的负荷的变化最大，两侧风门开至最大范围，这时两侧的风机系统的运行形式是并列运行。一般风机系统的风量调节不由乙侧控制，主要是由甲侧的风机转速来进行调节的。如果机组由高负荷变为低负荷，就要停止乙侧的风机运行，主要靠变频风机来进行风量的调节，这样方能实现高压变频调速技术的最佳节能效果。采用负压闭环控制技术来确保锅炉的燃烧工作，主要通过送风机调节器根据煤量变化的耦合信号来调节。风量的调节是由甲侧风机转速来调节的，送风机的控制系统也对甲侧引风机的调节有影响，只有维持最佳的煤风比例和最合适的炉膛负压，才能够保证自动调节的正常运作，保证锅炉燃烧工作的顺利进行。

4 结语

随着现代工业的不断发展，能源短缺问题日益严峻，对应的节能减排工作也会得到政府和相关部门越来越多的关注。对于火力发电厂来讲，高压变频调速技术的广泛应用实现了大型泵类和风机设备的变频改造的完成，它不仅有效地降低了火力电厂的生产投资成本，同时提高了火力电厂的市场竞争力，而且也切实符合国家建设“资源节约型、环境友好型”社会的要求，具有显著的社会、经济效益，相信高压变频调速技术在不久的将来将会得到更为广泛的推广和应用。

参考文献

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（责任编辑：秦逊玉）