浅析变频调速技术在火电厂中的应用

崔祖涛 董赫伦

摘 要：文章介绍了变频调速技术核心部件的工作原理，指出了变频调速技术应用在国内外火电厂的发展现状，从理论上分析了采用变频调速技术如何节能，并用具体案例说明了节能效果，对变频调速技术未来给予展望。

关键词：变频调速；火电厂；节能

1 变频调速技术概述

变频调速技术以变频调速系统作为实际应用，其核心部分是变频器和控制器。其系统的工作原理是根据电动机的转速与其输入频率具有一定的比例关系，这样通过改变电动机频率值进而改变电动机转速。下面对其核心部分进行简要概述。

1.1 变频器

变频器的主要作用是将所接收的参数为380V、50Hz三相电源转换为可调节频率的三相电源。根据变频器的变频的原理可将变频器分为直接变频和间接变频两种形式。直接变频的形式为交-交变频；间接变频的形式为交-直-交变频。所谓的间接变频就是将交流电通过整流器后变为直流电，之后再通过逆变器作用后调制成为频率可调的交流电。

1.2 控制器

控制器产生脉宽调制波形，驱动变频器的功率开关管，得以输出正弦三相交流电，从而使电动机在规定的转速下运转。通过脉宽调制方法改变矩形脉冲的宽度就可以达到控制逆变器输出的交流基波电压幅值目的，通过调整调制矩形脉冲波形的频率就能达到控制交流基波电压的频率目的，这样实现了变频调速对电压和频率协调控制的要求。变频控制器通过单片机等设备进行软件编程实现其控制功能。

2 变频调速技术的发展现状

节能降耗是火电厂降低其运行成本的重要措施。发电煤耗和厂用电率两个参数是考核火电厂节能降耗工作的重要指标。在火力电厂所使用的动力设备中，泵和风机是厂用电耗电大户。随着时代的发展，各个行业用电要求也在提高，各个电厂的调峰力度加强，这样导致了火电厂设备的负荷变化范围变大，为了能够使得火电厂在正常状态下工作，对火电厂泵和风机等辅机的流量进行调节是有效措施。节流调节可以实现对流量的改变，其原理是使用节流阀改变管道的通流阻力，但是采用这种方法并不能改变驱动源的输出功率，造成能源大量浪费。电力行业正在进行竞价上网、厂网分开等方面的改革。只有降低火电厂的厂用电率和发电成本，才能提高火电厂自身的竞争实力。

在国外已把变频调速技术应用在火电厂的辅机上，并且取得了很好的节能效果。基国内许多火电厂开始探索新的技术，变频技术便是其中一種。华能新华火电厂引用美国罗宾康复无谐波频率器件的负压风机，节电率达到27%～67%；山东黄岛火力发电厂送风机引用美国罗克韦尔AB1557的变频装置后，年度节电可以达到3.4×106kW·h，效益可观。四川华蓉山火力发电厂引用国产的变频装置，节电效果达到45%～67%。

3 变频调速技术在火电厂应用的节能原理

轴功率是泵和风机的重要参数，在实际工况点的轴功率值的大小直接反映设备消耗电能的多少。在火电厂内部系统的制粉系统和汽水系统中有大量的泵和风机应用，这都要消耗大量的电能，下面就影响泵和风机轴功率的因素进行分析。

以水泵为例，泵的轴功率可用下式表示：

P=■kW （1）

式中：H-扬程，单位m；Q-流量，单位m3/h；？籽-水密度，单位kg/m3，由于泵在实际运行中可将水视为不可压缩流体，故为常数。

从上式中看出，水泵的轴功率与扬程和流量有关。如图1所示，横轴表示流量，纵轴表示水泵扬程，采用节流调节时，当水泵的流量由转速在n1状态下的工况点M1对应的流量Q1减少到工况点M2对应的流量Q2时，水泵的功耗面积由H1M1Q1O变化到H2M2Q2O，从图中看出，两个工况点功耗相差不多。当采用变频调速调节时，水泵的流量由转速在n1状态下的工况点M1对应的流量Q1减少到转速在n2状态下工况点M3对应的流量Q2，水泵的功耗面积由H1M1Q1O变化为H3M3Q2O，从图中看出，采用变频调速调节时节能效果明显。

图1 水泵的特性曲线

传统的节流调节在实际过程中改变了通道的流通阻力，但是操作过程驱动源本身的输出电功率没有改变，进而造成了能源的浪费。泵与风机设备存在相似定律：

■=■■■■ （2）

式中：？籽-工质密度，对于不同工况点为同一值；D-设备叶片直径，对于同一设备其值不变；n-设备在不同工况点的转速。

由相似定律可知采用变频器对泵和风机进行转速控制，可以达到轴功率与转速的立方成正比，从而达到节约能源的目的。

4 案例分析

某电厂功率为230kW电动水泵，使用1台300kVA变频器调速，其节能效果如表1所示。

表1 泵调速实验结果

通过上表数据，采用变频调节功耗是节流调节功耗的29%，因此变频调节比传统的节流调节要节约能源。

5 结束语

通过实际应用表明，用变频调速替代传统的挡板或阀门的控制，可以达到节能目的，并且经济效益可观。变频调速技术在火电厂应用的前景是非常广阔的。

参考文献

[1]郭立军，何川.泵与风机[M].北京：中国电力出版社，1997.

[2]杨庆柏，高红.变频调速技术及其在火电厂中的应用[J].东北电力技术，2002（5）：50-52.

作者简介：崔祖涛（1985-），男，河南开封，现工作于新疆工程学院，大学本科学历，研究方向：锅炉燃烧，职称：初级。