高壓變頻器在電廠中的應用

［摘要］文章依據(jù)流體力學的基本原理,對火力發(fā)電廠中幾類耗電量較大的輔機采用高壓變頻器后的節(jié)能效果進行分析,對進行高壓電動機變頻改造后繼電保護遇到的問題提出了解決辦法，并且進一步說明了采用高壓變頻器對提高電廠經濟效益起到有利作用，同時引入了全壽命周期的概念。

［關鍵詞］變頻；風機；節(jié)能；應用

［作者簡介］何耀棠，中國能源建設集團廣東火電工程總公司，廣東廣州，510000

［中圖分類號］ TM433 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1007-7723（2012）06-0035-0002

在我國的發(fā)電能源構成中，火電占70%以上，而火力發(fā)電廠雖然是電能的生產者，其廠用電卻又是電能的消耗者，特別是拖動大容量風機、水泵類輔機的高壓廠用電動機的耗電量要占廠用電的80%左右。如何在火力發(fā)電廠中進行節(jié)能改造已成為關注的重點。發(fā)電廠除采用高參數(shù)、大容量發(fā)電機組以提高電廠效率、降低煤耗外，高壓變頻節(jié)能技術已經成為主要的解決方式。隨著高壓大功率變頻調速技術的日益成熟，在部分電廠廣泛推廣進口高壓變頻器。變頻器系統(tǒng)還安裝了一些傳感器，這些傳感器的信號也送到主控系統(tǒng)處理。通過功能鍵可以實現(xiàn)系統(tǒng)運行、停機、復位及功能參數(shù)設定和記錄查詢等功能。下面就高壓變頻器在電廠中如何做到有效降低廠用電率，減少發(fā)電成本進行分析與討論。

一、高壓變頻器在電廠的應用狀況

（一）高壓變壓器在風機上的應用

火電廠自身設備對于電量就有很大的需求，其耗電量高達總發(fā)電量的8%左右，因此降低火力發(fā)電設備的自身用電消耗已經成為緩解用電緊張與提高電廠技術經濟指標的一種有效途徑。其中風機的用電量消耗在總電廠消耗中占有較大的比重，如用傳統(tǒng)的調節(jié)風門與擋板的方法來對其進行調節(jié)，會產生較大的功率損耗。該調節(jié)方法的實質就是通過對于風阻的調節(jié)來實現(xiàn)對于風速與風量的控制。根據(jù)鍋爐的正常運營需求，當風量降低到一定程度時，風機管網(wǎng)的風阻特性曲線就會發(fā)生變化，這樣就會使軸功率有所減小，但是減小的幅度不太明顯。

使用變頻調速控制法能夠使風機的運行功率得到有效的降低。該方法的工作原理是在保持擋板的開度為最大的情況下，通過改變電源的頻率來實現(xiàn)對于風量的調節(jié)，使其風量得到相應降低。此時風機的風壓-風量曲線也會發(fā)生相應的改變，風壓會得到明顯的降低，其所節(jié)約的功率損耗也非常明顯。

（二）高壓變頻器在凝結水泵中的應用狀況

在火力電廠凝結水泵選擇時，要確保其能滿足機組運行的工況要求并且有一定的冗余量。同時，因負荷峰谷之間的差距較大，往往使電網(wǎng)機組出現(xiàn)低負荷運行的現(xiàn)狀。然而水泵也是采用定速運行的方式，往往通過進出口處的閥門來對水量進行相應的調節(jié)，使電機出力接近額定工作狀態(tài)。因此，即使機組低流量、低負荷運行時，電機消耗的功率也會接近額定功率，這就會造成嚴重的電能浪費，從而也使電機的技術經濟性指標受到相應的影響。因此，現(xiàn)在常用高壓變頻器來對水泵的轉速進行控制，使其轉速能夠進行自動調節(jié)，從而使電機的輸入功率得到有效的調節(jié)，達到了節(jié)能的目的。

二、電廠高壓輔機的節(jié)能方法

輔機設備多用于鍋爐煙風與煤粉制備等系統(tǒng)，根據(jù)生產需要與設計要求，對爐膛溫度、風量、風速、壓力等進行合理的控制與調節(jié)。在此過程中，多使用調節(jié)擋板與風門開度的方法來對受控對象進行相應的調節(jié)。然而，這種調節(jié)手段不能夠根據(jù)生產需求來從根本上對風量進行控制，在風機的全速運轉過程中，能量都以擋板、風門的節(jié)流損失隨著工況的變化而消耗掉。在電力生產的具體過程中，不僅對其精度不能進行有效的控制，還會造成大量的設備損耗與能源浪費。

在實際的電力生產運營過程中，高壓輔機通常是在兼帶變速調節(jié)與節(jié)流調節(jié)的情況下進行多臺并聯(lián)運行工作的。在這種情況下，當主機的負荷發(fā)生變化時，通常會有多種輔機調速方案。因此，為了使輔機在運營過程中技術經濟指標能夠得到最優(yōu)化，在確定調速方案之前應對其進行綜合的評價與分析。

（一）風機變頻節(jié)能方法的應用

近些年來，高壓變頻在引風機上的應用已經開始向大功率和超大功率產品應用方面發(fā)展，并取得了良好的效果。這在一定程度上表明，火力電廠對于高壓變頻技術的安全可行性已經得到了充分的認可，并充分認識到了該技術在完善引風系統(tǒng)工藝的同時，所帶來的可觀的節(jié)能效益。

筆者對一家火力發(fā)電廠的調查研究表明，在該火力發(fā)電廠引入風機變頻改造方法后，在 216～267MW負荷段每天所能節(jié)約的電量能夠達到12000 kwh左右，從而使該發(fā)電廠的自身用電率降低了0.2個百分點，平均節(jié)能率也達到了38％左右。該機組如果按每年運行7400個小時計算，每年所節(jié)約的電量能夠達到368萬kwh。

（二）給水泵變頻節(jié)能方法的應用

因對于凝結水泵變頻的改造主要存在于低壓變頻改造項目中的應用，因此，變頻技術在凝結水泵系統(tǒng)中的運用中對于技術門檻要求較低。在高壓變頻技術逐漸趨于成熟的今天，對于凝結水泵方面的節(jié)能改造已受到越來越多電廠用戶的接受與認可。

就筆者所接觸到的該家火力發(fā)電廠而言，在部分機組的凝結水泵安裝上變頻裝置之后，將變頻調節(jié)實際耗電量與定速節(jié)流調節(jié)耗電量按每年運行7400個小時計算，每年電能節(jié)約的效益可以達到186萬kwh。當上網(wǎng)電量受到限制時，每年所能夠節(jié)約的燃料成本可以達到40.8萬元，其技術經濟性指標遠遠能夠滿足生產與設計需求。

三、變頻節(jié)能原理分析

前文已經提到，變頻器的節(jié)能主要應用于水泵、風機等系統(tǒng)上。風機、泵類傳統(tǒng)的調節(jié)方法是通過對于擋板和閥門的調節(jié)來對給水量和給風量進行控制，其大量的能量都會消耗在擋板與閥門的截流過程中。當使用變頻調速時，可以通過降低風機或泵的轉速來滿足相關設計要求。

由流體力學可知，P＝Q×H，其中Q代表流量，H代表壓力，流量Q與轉速成正比，而壓力H與轉速N的二次方成正比，功率P與轉速N的三次方成正比。當風機的效率一定而要求流量下降時，可以通過調節(jié)轉速N的下降來使軸輸出功率成三次方關系下降。即風機的耗電功率與其轉速成近似立方比的關系，當需要使Q降低時，可以調節(jié)變頻器的輸出功率而使轉速N降低，而電動機的功率P也會按三次方關系大幅度降低。大約比調節(jié)擋板和閥門節(jié)能40%至50%之間，從而達到真正降低能源消耗的目的。

四、結語

綜上所述，高壓變頻器的使用在很大程度上改變了輔機傳統(tǒng)的運行工藝，在提高其運行效率的同時，也降低了其運行成本和能源消耗。同時，高壓變頻器的使用也使風機、水泵等輔機系統(tǒng)的日常運行和維護方式也發(fā)生了相應的改變。實踐證明，高壓變頻器能夠有效提高輔機運行的安全性與技術經濟指標，從而在滿足經濟性、技術性等設計原則的同時，提高了電力系統(tǒng)的可靠性。

［參考文獻］

［1］楚登攀.高壓變頻器在電廠風機節(jié)能改造中的應用實踐［J］.中國科技縱橫, 2011, (10).

［2］盧東輝,楊長華,沈靜云.DHVECTOL大功率高壓變頻器在國產超超臨界機組引風機系統(tǒng)中的成功應用［J］.自動化應用, 2011, (2).

［3］于國先,張秀華,張德科.東方電子高壓變頻器在青島東億熱電廠送風機上的應用［J］.資源節(jié)約與環(huán)保, 2011, (2).

［4］李福權.高壓變頻器在熱電廠鍋爐引風機中的應用［J］.廣西節(jié)能, 2012, (1).

［5］胡家旺,劉海江,張亞萍.淺談高壓變頻器節(jié)能技術發(fā)展及在大慶石化公司熱電廠除塵器改造中的實際應用［J］.科技創(chuàng)新導報, 2012, (9).

［6］唐虎震.高壓變頻器在發(fā)電廠風機節(jié)能改造中的應用［J］.科技風, 2011, (10).