變頻電機(jī)在火力發(fā)電廠一次風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用探析

林　武

(中國(guó)聯(lián)合工程公司，浙江 杭州 310052)

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變頻電機(jī)在火力發(fā)電廠一次風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用探析

林武

(中國(guó)聯(lián)合工程公司，浙江 杭州 310052)

摘要:如何將火力燃煤發(fā)電機(jī)組在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造以降低電力消耗和煤炭資源消耗是一個(gè)非常值得研究的問(wèn)題。風(fēng)機(jī)、水泵采用變頻調(diào)速技術(shù)是我國(guó)電力系統(tǒng)實(shí)施節(jié)能技術(shù)改造的一項(xiàng)重要內(nèi)容。目前高壓變頻調(diào)速技術(shù)在火力發(fā)電節(jié)能領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。文中主要介紹了火電廠變頻電機(jī)的節(jié)能原理和運(yùn)行過(guò)程，探討了一次風(fēng)機(jī)的變頻改造方案選定，以及其實(shí)際應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：變頻電機(jī)；火力發(fā)電；一次風(fēng)機(jī)；應(yīng)用探析

1　一次風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能的意義

1.1　一次風(fēng)機(jī)在火力發(fā)電廠的作用

一次風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電廠的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，其主要工作原理是通過(guò)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為葉輪輸送風(fēng)流的動(dòng)能，將干燥的煤粉利用風(fēng)壓經(jīng)過(guò)磨煤機(jī)送入燃燒的爐膛。在整個(gè)火力發(fā)電設(shè)備系統(tǒng)中，一次風(fēng)機(jī)是重要的組成部分，在動(dòng)力循環(huán)、輔助發(fā)電機(jī)械工作等方面具有重要的作用，其安全性和經(jīng)濟(jì)性對(duì)火電廠的發(fā)電效益有著重要的影響。

1.2　風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能的意義

將風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速后可以節(jié)約大量的電力消耗?；痣姀S中的一次風(fēng)機(jī)等設(shè)備的使用時(shí)間比較長(zhǎng)，電力資源消耗比較大，研究一次風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)和風(fēng)機(jī)節(jié)能措施具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)風(fēng)機(jī)運(yùn)行原理分析可知，合理的調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)節(jié)能的目的，因?yàn)榛痣姀S中的發(fā)電機(jī)組的電力負(fù)載是隨著電網(wǎng)中用電設(shè)備的負(fù)荷大小變化而相應(yīng)變化的，如果電力系統(tǒng)中的負(fù)荷隨時(shí)間發(fā)生了變化，那么發(fā)電機(jī)組的功率也必須進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，為發(fā)電機(jī)組服務(wù)的風(fēng)機(jī)等輔機(jī)也應(yīng)相應(yīng)變化，以保持供電系統(tǒng)的供需平衡。通常情況下采用擋板或者閥門的調(diào)節(jié)技術(shù)不僅不能有效節(jié)約電能，而且還會(huì)影響發(fā)電機(jī)的功率和系統(tǒng)的平衡，這種情況下風(fēng)機(jī)變頻改造就有非常重要的意義。

2　一次風(fēng)機(jī)變頻改造設(shè)計(jì)方案

2.1　一次風(fēng)機(jī)節(jié)能改造原理

在火力發(fā)電中傳統(tǒng)上對(duì)一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行流量調(diào)控的手段是利用風(fēng)機(jī)擋板或者流量閥門，但是這種方法會(huì)造成大量的能量浪費(fèi)。比較好的風(fēng)機(jī)節(jié)能方式是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方法，其有多種形式。目前公認(rèn)的效果最好的是高壓變頻調(diào)節(jié)方式，即利用高壓控制下的變頻電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，進(jìn)而控制風(fēng)量和流量。對(duì)于風(fēng)機(jī)而言，其主要的定義參數(shù)是流量Q、風(fēng)機(jī)的出口壓力H、功率P、有效靜壓Hg，效率η等，表示風(fēng)機(jī)的特性曲線有H-Q曲線、P-Q曲線、η-Q曲線、管路風(fēng)阻特性曲線。風(fēng)機(jī)有效負(fù)載的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的二次方成正比，而風(fēng)機(jī)的軸功率與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比，所以可以通過(guò)不斷控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度來(lái)達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。根據(jù)H-Q―S―P狀態(tài)圖(如圖1)可以看出，采用變頻轉(zhuǎn)速是一種比較好的節(jié)能方法。

圖1 H-Q―S―P狀態(tài)圖

2.2　變頻調(diào)速方案面臨的技術(shù)問(wèn)題

就目前的情況來(lái)說(shuō)，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在電壓低于380 V的風(fēng)機(jī)，但是控制電壓比較高的風(fēng)機(jī)卻一直沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用，其主要技術(shù)障礙在于所使用的功率電子器件的電壓承受能力和開關(guān)頻率受到了一定技術(shù)限制。高壓變頻電機(jī)主要研究?jī)?nèi)容在于：高壓、大電流技術(shù)；新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)；全數(shù)字自動(dòng)化控制技術(shù)；現(xiàn)代控制技術(shù)等。

就目前的技術(shù)產(chǎn)品來(lái)看，高壓變頻電機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案主要有：采用 Y-Δ變換法、高—低—高變頻調(diào)速系統(tǒng)、直接高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。以第二種為例，這種調(diào)解方案主要是將輸入的高電壓通過(guò)降壓變壓器變?yōu)榈碗妷?，然后輸入給變頻器，將變頻器輸出的低電壓通過(guò)升壓變壓器輸出為高電壓，以滿足電機(jī)的交變電流要求。其原理結(jié)構(gòu)圖如圖2。但是這種方案有一定的局限性，節(jié)能效果并不是很理想。

圖2 高—低—高變頻調(diào)速系統(tǒng)

2.3　一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

一次風(fēng)機(jī)變頻改造的技術(shù)原理如圖3，變頻電機(jī)帶動(dòng)下的風(fēng)機(jī)旁路方案采用一臺(tái)高壓變頻器控制一臺(tái)一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行的方式。為了保證系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行，變頻器必須和工頻旁路裝置協(xié)調(diào)工作。變頻器出現(xiàn)工作狀態(tài)異常時(shí)，就會(huì)停止運(yùn)行，在特殊情況下，可以利用手動(dòng)裝置進(jìn)行旁路裝置的切換。同時(shí)，變頻器與系統(tǒng)連接采用兩種控制方式：一是現(xiàn)場(chǎng)就地控制方式，二是利用可編程的邏輯控制器與DCS 的連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。對(duì)變頻器的保護(hù)方案可以采用：過(guò)載保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、變頻裝置和隔離變壓器的溫度過(guò)熱保護(hù)等。

圖3 一次風(fēng)機(jī)變頻改造的技術(shù)原理圖

3　一次風(fēng)機(jī)變頻改造的實(shí)際應(yīng)用效果

3.1　一次風(fēng)機(jī)變頻改造后的節(jié)能效果

利用該設(shè)計(jì)原理對(duì)中國(guó)聯(lián)合工程公司的#1 機(jī)組實(shí)行變頻調(diào)速改造后，系統(tǒng)的工作狀態(tài)比較穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著，筆者將改造的#1 機(jī)組 A、B一次風(fēng)機(jī)與未進(jìn)行改造的#2 機(jī)組 A、B 一次風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行一段時(shí)間后進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)和對(duì)比分析，制作了電機(jī)參數(shù)對(duì)照分析如表1，可以看出，經(jīng)過(guò)改造后的風(fēng)機(jī)節(jié)能效果比較理想，為企業(yè)節(jié)約了大量的經(jīng)濟(jì)成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

表1　#1、#2 機(jī)組一次風(fēng)機(jī)變頻電機(jī)參數(shù)對(duì)比表

3.2　一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造后的優(yōu)缺點(diǎn)

變頻改造后的優(yōu)缺點(diǎn)如下。

(1)改造后的風(fēng)機(jī)減少了風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊。一次風(fēng)機(jī)的電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)最大啟動(dòng)電流約為額定電流的7倍，其他啟動(dòng)方式也有好幾倍，但是從技術(shù)改造后的風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載曲線可以看出，改造后的風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)基本上沒(méi)有電流沖擊，即使電流隨著轉(zhuǎn)速的提高而增加，但是仍然不會(huì)超過(guò)電機(jī)的額定電流，一定程度上大大減輕了系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)的費(fèi)用。

(2)改造后的變頻電機(jī)相對(duì)于沒(méi)有改造的電機(jī)壽命大大延長(zhǎng)。改造后的電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度具有一定的變化規(guī)律，減少了軸承的使用負(fù)載，延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。

(3)筆者在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)改造后的電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)一定的振動(dòng)現(xiàn)象，這對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成了一定的威脅。經(jīng)過(guò)研究得出：這種振動(dòng)是由于風(fēng)機(jī)的振動(dòng)頻率和自有頻率有關(guān)聯(lián)變化，會(huì)使風(fēng)機(jī)進(jìn)入共振狀態(tài)。結(jié)合實(shí)際為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，采取調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，使風(fēng)機(jī)在工作時(shí)的振動(dòng)頻率發(fā)生變化，避免進(jìn)入共振區(qū)的頻率范圍。

(4)在實(shí)際的發(fā)電應(yīng)用中，當(dāng)兩臺(tái)處于正常狀態(tài)的變頻器進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)，如果其中的一臺(tái)發(fā)生了系統(tǒng)故障或者引發(fā)系統(tǒng)跳閘操作，將會(huì)使另一臺(tái)風(fēng)機(jī)也引發(fā)跳閘操作。如果系統(tǒng)觸發(fā)不當(dāng)，將會(huì)造成嚴(yán)重后果，其改進(jìn)措施是不斷提高功率元件及阻容保護(hù)。

4　結(jié)束語(yǔ)

變頻電機(jī)改造和變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今火力發(fā)電中節(jié)約電能、改進(jìn)工藝技術(shù)的重要手段，以其較好的啟動(dòng)狀態(tài)和優(yōu)質(zhì)的調(diào)速能力、較高的節(jié)能效率、較高的工作性能等優(yōu)點(diǎn)在諸多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。為了提高火電廠的經(jīng)濟(jì)效益，減少工作時(shí)的電力能源消耗，有必要對(duì)大量使用的一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，提高變頻電機(jī)的應(yīng)用范圍。

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運(yùn)營(yíng)探討

Exploration of Application of Inverter-fed Motor in Primary Air Fan of

Thermal Power Plant

LIN Wu

(China United Engineering Corporation, Hangzhou 310052, China)

Abstract:How to conduct technological transformation of existing coal-fired generator set in order to reduce power consumption and coal consumption is a very worthwhile research issue. Applying variable frequency control technology in fan and water pump is an important part of China's energy-saving technological transformation of power system. Currently high voltage variable frequency control technology has been widely used in energy conservation of thermal power generation. This paper mainly introduces the energy-saving principle and operation of variable frequency inverter-fed motor of thermal power plant, and explores variable frequency transformation program selection of primary air fan, as well as its practical application effects.

Key words:inverter-fed motor; thermal power generation; primary air fan; application exploration

中圖分類號(hào)：TN86，TM464

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3664(2015)02-0114-02

作者簡(jiǎn)介：林武(1980-)，男, 浙江龍泉人,工程師,2004年重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院專業(yè)畢業(yè)，主要從事電氣設(shè)計(jì)工作。

收稿日期：2015-02-08