電廠風機變頻器調速技術的應用與節能研究

　　高壓變頻器調速技術突破了串級調速、內反饋串級調速、液力耦合器調速等傳統技術的局限性，具有價格低，質量優、可靠性強、性能高等優點，能夠很好地滿足生產要求，是發電廠降低發電成本、提高發電企業的競爭力、挖掘節能潛力、加強內部管理的首選。本文將對發電廠高壓變頻器調速技術展開具體論述。

　　1 高壓變頻器的調速技術及其優越性

　　調速方式主要有串級調速、內反饋串級調速、液力耦合器調速、高壓變頻調速等方法。但前三種方法都有其不可避免的缺點，串級調速缺點包括：難以實現系統配套、控制系統復雜、對電網影響大；內反饋串級調速缺點包括：電機需要配套、容易出現事故、對電網影響大、設備老化快；液力耦合器調速缺點包括：精度低、啟動電流大、維修困難成本高。由于目前電力電子技術的發展，計算機控制技術的進步，現代通信技術、高壓電氣以及電機拖動等綜合性領域的學科技術不斷成熟，因此相比于其他調速方式，高壓變頻調速有無法比擬的優點：

　　（1） 模塊化設計，結構緊湊，維護方便，增強了產品的互換性；采用光纖通訊技術，提高了產品的抗干擾能力和可靠性。

　　（2）由于變頻器采用的是液晶顯示界面，觸摸式調整面板，可以同步顯示電壓、電流、電機轉速、頻率，所以可以非常直觀的顯示出電機工作時的狀態。

　　（3）準確地顯示頻率分辨率以及精確的調速精度，可以滿足全部生產工藝狀況的需要。

　　（4）高壓變頻器帶有國際通用外部接口，可以與可編程控制器及工控機等儀表相互連接，還可以與其原設備控制回路相互連接，構成部分閉環系統。

　　（5）由于具有工業電氣保護和電力電子保護功能，保證高壓變頻器以及電機在運行正常或故障時有可靠的安全保障。

　　（6）由于電機具有軟制動、軟啟動，且啟動的電流小并小于電機的額定電流，電機啟動的時間連續且可調。可減少對電網的負面影響。

　　（7）具有近程和遠程操作功能，可以通過互聯網等方式進行遠程監控功能。

　　（8）可減少配件損耗，能夠延長設備壽命，降低成本、提高勞動效率。

　　2 風機高壓變頻器的節能原理分析

　　2.1 發電廠風機的基本參數

　　Q為風量（m3/h）：單位時間內，風機所輸送的空氣量。

　　H為風壓（Pa或MPa）：空氣經過風機時，單位體積空氣所增加的能量。

　　n為轉數（r/min）：風機葉輪單位時間內的轉數。

　　Ps為軸功率（kW）：原動機加載在風機轉軸上的功率。

　　Pn為有效功率（kW）：單位時間內，風機對空氣做功的實際功率。

　　η為風機效率：風機對空氣做功，有部分損失而不能將能量全部傳遞給空氣，一個評價風機優劣的標準。

　　2.2 風機調速節電原理分析

　　采用調節風機轉數控制風量的方法與調節風門的方法相比較，有明顯的節電效果。原理如圖1所示。

　　在圖1中，曲線1表示風機在恒速下風壓——風量的特征曲線，曲線2表示風機在恒速下功率——風量的特征曲線；曲線3表示管網的阻力特性的曲線（風門全開的情況）。

　　假設風機設計在工況為A點時，為效率最高。此時，風機輸出的風量Q是100%，軸功率（Ps1）與風壓（H1）和風量（Q1）的乘積成正比關系，即Ps1與由OQ1AH1圍成的圖形面積成正比。

　　當風量需要調節時，例如：將風量從額定的100%減少至風量的50%，即從Q1至Q2時，如果采用調節風門的方式來調節風量，使管網阻力特性的曲線由曲線3變為曲線4。也就是說，由于風門減小開度而增加了內部管網的阻力。同時，系統的圖示工作點也由A點移動至B點。容易看出，雖然風量降低了，但由于風壓增加，Ps2與OQ2BH2圍成的圖形面積成正比。且同Ps1相比較，相差不多。

　　但如果采用通過調節轉速控制風量的方法，風機轉速從原來的n1降低至n2。根據風機參數的比例規律可知，可繪出在轉速n2情況下的風壓——風量的特性曲線5，風機的工況用C點表示。可見，在滿足相同的風量Q2的情況下，風壓能大幅度降到H3，軸功率因與OQ2CH3成正比，也會有明顯的下降。所節約功率與面積OQ1AH1和OQ2CH3的差值成正比。因此，可以看出，當選用調節轉速來控制風量的方法，其經濟效益十分明顯的。

　　由流體力學可得，風量正比于轉速的改變，風壓正比于轉速改變的平方，軸功率正比于轉速改變的立方。

　　當其需要的風量減少時，風機轉速下降時，風機功率以轉速的立方下降。當其需要的風量為額定風量的50%時，可知軸功率下降至額定功率的12.5%。通過上面可以看出，調速節電的效果是十分明顯的。

　　3 高壓變頻器投產運營后的節能效果分析

　　（1）因投入變頻器后，風道擋板處在全開位置，風道擋板的壓流損失降低為0。

　　（2）由于變頻器可以非常平滑且穩定地調整風量，因此，運行人員就可以更加自如地調控燃燒。

　　（3）當投入變頻器后，可以大大改善鍋爐的燃燒自動控制系統的工作狀況，從而使自動裝置的工作可靠性大大地提高。

　　（4）如果電機的容量為800kW，大于風機的額定功率，這部分多余的容量將不會參與有效的利用，從而造成浪費。而投入變頻器后，利用變頻器可以超速的能力和功能，在不超出電機額定容量的前提下，可以使風速超速到2.5%，因而在機滿負荷下可使得吸風機風壓顯著提高，鍋爐的燃燒狀況明顯得到改善。

　　（5）由于變頻器具有軟啟動功能，這樣就減少了電動機啟動時的啟動電流。從而有效減輕了啟動機械轉矩對電動機的機械損傷，有效的延長了電動機的使用壽命。

　　4 結語

　　高壓變頻器技術較為直觀、可靠、安全，將高壓變頻器應用在引風機、二次引風機上，具有近程和遠程操作功能，對電網的負面影響小，能直接降低生產用電成本較低等優點。此外，高壓變頻器技術能夠提高設備及機組的可靠性，降低機組故障帶來的隱形成本，實現了發電廠的節能，增大上網電量帶來的直接效益。