高壓交流變頻調速技術(shù)是上世紀90年代迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型電力傳動(dòng)調速技術(shù)，主要用于交流電動(dòng)機的變頻調速，其技術(shù)和性能勝過(guò)其它任何一種調速方式（如降壓調速、變極調速、滑差調速、內反饋串級調速和液力耦合調速）。變頻調速以其顯著(zhù)的節能效益、高精確的調速精度、寬范圍的調速范圍、完善的電力電子保護功能，以及易于實(shí)現的自動(dòng)通信功能，得到了廣大用戶(hù)的認可和市場(chǎng)的確認，在運行的安全可靠、安裝使用、維修維護等方面，也給使用者帶來(lái)了極大的便利和快捷的服務(wù)，使之成為企業(yè)采用電機節能方式的首選。

　　山西某發(fā)電廠(chǎng)一期兩臺機組為500MW汽輪發(fā)電機組，兩臺機組鍋爐分別裝有兩臺引風(fēng)機，均為軸流風(fēng)機，風(fēng)量調節為入口擋板調節方式;機組運行中，引風(fēng)機的入口擋板開(kāi)度最大不到85%左右。由于這樣的調節方法僅僅是改變通道的流通阻力，而驅動(dòng)源的輸出功率并沒(méi)有改變，節流損失相當大，浪費了大量電能。致使廠(chǎng)用電率高，供電標煤耗高，發(fā)電成本不易降低。同時(shí)，電機啟動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生5～7倍的沖擊電流，對電機構成損害。鍋爐引風(fēng)機系統自動(dòng)化水平低，不能及時(shí)調節，運行效率低。為此采用變頻調節方式對風(fēng)機系統進(jìn)行改造，以減少溢流和節流損失，提高系統運行的經(jīng)濟性。

2.鍋爐引風(fēng)機高壓變頻調速系統構成

　　1.鍋爐引風(fēng)機的運行工況及特點(diǎn)

　　根據目前設備配置和運行狀況，風(fēng)量隨機組負荷變動(dòng)，當需要調節風(fēng)量時(shí)，由于風(fēng)機的型號在早期已經(jīng)選定，故只能通過(guò)入口擋板開(kāi)度來(lái)解決風(fēng)量的問(wèn)題，造成極大浪費，同時(shí)由于這些調節裝置的響應速度，及與風(fēng)量的非線(xiàn)性關(guān)系，使得同機組DCS系統配合不利，自動(dòng)化水平大大降低。有鑒于此，將每臺爐的引風(fēng)機改為變頻驅動(dòng)。風(fēng)量由DCS或手動(dòng)給定4～20mA信號調節。

　　2.鍋爐引風(fēng)機高壓變頻調速系統構成

　　CHH100-2200-6（適配2200kW/6kV電機）高壓變頻器1臺、系統旁路開(kāi)關(guān)柜（2200kW）1臺（手動(dòng)，用于變頻/工頻切換）、2臺500MW機組配置引風(fēng)機4臺，采用“一拖一”變頻控制，共有4套引風(fēng)機變頻調速系統。 CHH100-2200-6變頻器參數如下：

　　3.鍋爐引風(fēng)機高壓變頻調速系統特點(diǎn)

　　風(fēng)機調速是由電廠(chǎng)操作人員通過(guò)DCS系統的CRT上的模擬操作器，參照煙氣溫度、鍋爐蒸汽溫度、負壓等參數，對DCS的輸出值進(jìn)行調節，此輸出值為反饋給變頻器的4～20mA標準信號，對應不同的頻率（速度）給定值，變頻器通過(guò)比較轉速輸出量與DCS速度給定之間的大小，自動(dòng)調節電機的轉速，實(shí)現風(fēng)機轉速控制，從而達到調節的目的。 在此基礎上，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的積累，可將不同負荷和溫度下的給定值繪制成曲線(xiàn)，定出安全的上下限，制成風(fēng)機調速專(zhuān)用算法，同時(shí)利用熱工一次測量元件，將采集的負荷和溫度參數及負壓的變化值送到機組DCS系統中，在機組DCS系統中，進(jìn)行控制運算，將計算結果形成4～20mA的速度給定指令信號，反饋給變頻器，變頻器通過(guò)比較轉速輸出量與DCS速度給定之間的大小，自動(dòng)調節電機的轉速，實(shí)現風(fēng)機的轉速自動(dòng)控制。 鍋爐引風(fēng)機變頻系統具有如下特點(diǎn)：鍋爐引風(fēng)機變頻系統，既可以變頻調速運行，也可以直接投工頻運行;為變頻器提供的交流220V控制電源掉電時(shí)，由于變頻器的控制電源和主電源沒(méi)有相位及同步要求，變頻器可以使用UPS和直流供電繼續運行，不會(huì )停機;在現場(chǎng)DCS速度給定信號掉線(xiàn)時(shí)，變頻器提供報警的同時(shí)，可按原轉速繼續運行，維持機組的工況不變;變頻器配置單元旁路功能，在局部故障時(shí)，變頻器可將故障單元旁路，降額繼續運行，減少突然停機造成的損失;保留原電機繼續使用，不改變原有風(fēng)機設備任何基礎;和電廠(chǎng)的DCS系統實(shí)現無(wú)縫連接。

3.鍋爐引風(fēng)機變頻調速節能分析計算

　　1.風(fēng)機變頻調速的節能原理

　　當采用變頻調速時(shí)，可以按需要升降電機轉速，改變風(fēng)機的性能曲線(xiàn)，使風(fēng)機的額定參數滿(mǎn)足工藝要求，根據風(fēng)機的相似定律，變速前后風(fēng)量、風(fēng)壓、功率與轉速之間的關(guān)系為： Q1/Q2=N1/N2

　　H1/H2=（N1/N2）?

　　P1/P2= （N1/N2）?

　　Q1、H1、P1—風(fēng)機在N1轉速時(shí)的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率

　　Q2、H2、P2—風(fēng)機在N2轉速時(shí)相似工況下的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率

　　假如轉速降低一半，即：N2/N1=1/2，則P2/P1=1/8，可見(jiàn)降低轉速能大大降低軸功率達到節能的目的。當轉速由N1降為N2時(shí)，風(fēng)機的額定工作參數Q、H、P都降低了。但從效率曲線(xiàn)л-Q看，Q2與Q1點(diǎn)的效率值基本是一樣的。

　　也就是說(shuō)當轉速降低時(shí)，額定工作參數相應降低，但效率不會(huì )降低，有時(shí)甚至會(huì )提高。因此在滿(mǎn)足操作要求的前提下，風(fēng)機仍能在同樣甚至更高的效率下工作。降低了轉速，風(fēng)量就不再用關(guān)小風(fēng)門(mén)來(lái)控制，風(fēng)門(mén)始終處于全開(kāi)狀態(tài)，避免了由于關(guān)小風(fēng)門(mén)引起的風(fēng)力損失增加，也就避免了總效率的下降，確保了能源的充分利用。 工頻50Hz電網(wǎng)直接啟動(dòng)，對電網(wǎng)和機械沖擊較大，聲響很大，估算其啟動(dòng)一次的損耗： WS=0.5JωO2（1+R1/R2）TM/ TM- TL，離心風(fēng)機負載的平方轉矩特性與異步電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)的機械特性曲線(xiàn)部分相似，可以TM/ TM- TL =1計。而變頻軟起動(dòng)損耗很小，只有上述WS的1/10，則每年的起動(dòng)節能也是很可觀(guān)的。 當采用變頻調速時(shí)，50Hz滿(mǎn)載時(shí)功率因數為接近1，工作電流比電機額定電流值要低許多，這是由于變頻裝置的內濾波電容產(chǎn)生的改善功率因數的作用，可以為電網(wǎng)節約容量20%左右。

　　2.鍋爐引風(fēng)機高壓變頻調速節能分析計算

　?。?）設備參數

　?。?）發(fā)電機不同負荷下風(fēng)機運行參數統計

　?。?）引風(fēng)機節能效果分析計算

　　工頻情況的功率計算：

　　由于在運行過(guò)程中，爐側需根據機組負荷變化的要求同時(shí)調整A、B風(fēng)機完成過(guò)程控制量的調節，且A、B風(fēng)機運行性能指標一致;因此可以對A、B引風(fēng)機運行數據分別合并處理。并且采用流量百分比和擋板開(kāi)度之間關(guān)系的變化趨勢曲線(xiàn)對引風(fēng)機的變頻功耗進(jìn)行推倒。 Pd：電動(dòng)機功率;U：電動(dòng)機輸入電壓;I：電動(dòng)機輸入電流;COSφ：功率因數。計算公式： Pd=1.732×U×I×COSφ。根據公式，由電機的Pdn、I0、U0可計算得出COSφ值。引風(fēng)機數據處理后得下表

　　通過(guò)對上述數據中總功率和擋板平均開(kāi)度之間關(guān)系的變化趨勢分析，可以看出風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度和總功率之間略呈線(xiàn)形關(guān)系。如下圖所示：

　　現取457、499MW負荷點(diǎn)的平均開(kāi)度百分比和電動(dòng)機總功率數據對100%開(kāi)度情況下的總耗電功率數據特性趨勢進(jìn)行計算，并且推測出100%開(kāi)度情況下的總耗電功率值： P100=（3192.30-3142.54）/（73.1-69.5）×（100-73.1）+3192.73=3935.89kW 即：100%擋板開(kāi)度電動(dòng)機全速運行情況下的實(shí)際總功率為3935.89kW。變頻情況下的功率計算及節電率分析：風(fēng)機設備屬平方轉矩負載，其轉速N與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝N,H∝N2,P∝N3,即，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。通過(guò)風(fēng)機數據，依據P//Pdn=（ N // N0）3=（Q//Q0）3公式可依次求得風(fēng)機在采用變頻調速運行時(shí)各負荷對應的風(fēng)機總功耗。Pdn為擋板100%全開(kāi)情況下的功率值等于P100。對于風(fēng)機負載，風(fēng)門(mén)開(kāi)度的比值可近似看成是風(fēng)量的比值。 則變頻運行情況下，較工頻運行情況下的節電率：л= （Pd- Pb）/ Pd×100%。根據上述公式可得下表結果：

4.結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)廠(chǎng)網(wǎng)分開(kāi)，競價(jià)上網(wǎng)日趨激烈，如何降低發(fā)電成本、提高發(fā)電企業(yè)競價(jià)上網(wǎng)的競爭能力、加強內部管理、挖潛節能是電廠(chǎng)必須認真研究的一件大事，采用高壓變頻器對電廠(chǎng)高能耗用電設備如：送風(fēng)機、引風(fēng)機、給水泵、循環(huán)水泵等技術(shù)改造，不僅能收到直接的降低廠(chǎng)用電、降低供電煤耗，增大上電網(wǎng)電量帶來(lái)的直接經(jīng)濟效益，而且設備乃至機組的安全可靠性提高，減少機組故障帶來(lái)的隱形經(jīng)濟效益。高壓變頻器技術(shù)在發(fā)電廠(chǎng)有值得推廣應用的廣闊空間。