摘  要：通過(guò)我廠(chǎng)#1、2機組6kV引送風(fēng)機高壓變頻節能改造前后的運行工況，分析了風(fēng)機采用變頻方式運行對風(fēng)機管路系統的阻力較小，降低了管路壓力損耗，截流損失小，減少機械的磨損。不僅能降低廠(chǎng)用電，降低供電煤耗，增大上網(wǎng)用電量帶來(lái)直接經(jīng)濟效益，節能效果顯著(zhù)，而且為公司創(chuàng )效增收、節能降耗、提高了設備的經(jīng)濟運行。

　　關(guān)鍵詞：風(fēng)機；變頻；節能

　　0 引言
　
　　異步電動(dòng)機是電力、化工等生產(chǎn)企業(yè)最主要的動(dòng)力設備。作為高能耗設備，其輸出功率不能隨負荷按比例變化，大部分只能通過(guò)擋板或閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)調節，而電動(dòng)機消耗的能量變化不大，從而造成很大的能量損耗。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，是發(fā)電廠(chǎng)潛心研究的一件大事，2008年公司為進(jìn)一步落實(shí)“以保證安全生產(chǎn)，提高設備健康水平，提高經(jīng)濟效益為目標，重點(diǎn)降低廠(chǎng)用電率”的要求，采用低消耗、低排放、高效率的持續發(fā)展理念的經(jīng)濟增長(cháng)模式，應用變頻節能技術(shù)來(lái)改造傳統工藝的技術(shù)缺憾。采用高壓變頻器對高耗能用電電動(dòng)機電源進(jìn)行技術(shù)改造成為我公司節能降耗、提高效率的一個(gè)重要手段。不僅能降低廠(chǎng)用電，降低供電煤耗， 增大上網(wǎng)用電量帶來(lái)直接經(jīng)濟效益，而且能提高機組安全可靠性．減少機組故障。

　　2008年10月對引送風(fēng)機進(jìn)行改造，增設變頻調速裝置。通過(guò)變頻使風(fēng)機處于最佳運行狀態(tài)，可以達到節能降耗，減少機械的磨損，降低管路壓力損耗，并實(shí)現電機軟啟動(dòng)，減少了電機啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流，能延長(cháng)電機的使用壽命及對電網(wǎng)和變壓器的電流沖擊，節電，降低運行成本。能大大提高運行效率，達到節能目的。

　　1 變頻調速原理

　　n＝60 f（1－s）/p        （1）

　　式中　n———異步電動(dòng)機的轉速；

　　f———異步電動(dòng)機的頻率；

　　s———電動(dòng)機轉差率；

　　p———電動(dòng)機極對數。

　　由式（1）可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機的轉速，當頻率f在0～50Hz的范圍內變化時(shí)，電動(dòng)機轉速調節范圍非常寬。變頻調速就是通過(guò)改變電動(dòng)機電源頻率實(shí)現速度調節的。

　　變頻器主要采用交—直—交方式，先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節、逆變和控制四個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節為濾波、直流儲能和緩沖無(wú)功功率。

　　2  改造前設備狀況

　　我廠(chǎng)#1、2發(fā)電機組裝機容量為125MW，#1、2爐是北京巴威鍋爐廠(chǎng)生產(chǎn)的450 t/h自然循環(huán)汽包鍋爐，引送風(fēng)機兩臺雙側布置，風(fēng)機普遍采用高效離心式風(fēng)機，目前風(fēng)量調節由人工調節檔板來(lái)實(shí)現，沒(méi)有考慮到能源節約，全都采用直接啟動(dòng)電機，壓力、風(fēng)量采用擋板調節的工作方式，風(fēng)機設計的出口壓力和風(fēng)量遠高于生產(chǎn)工藝實(shí)際需要的壓力和風(fēng)量，風(fēng)道管路損耗嚴重。機組負荷低時(shí)，雙側風(fēng)機運行，系統整體效率低。

　　引風(fēng)機為沈陽(yáng)鼓風(fēng)機廠(chǎng)生產(chǎn)的型號為Y4-73-13No28D,左1350,右1350，。原動(dòng)機功率1000KW，主軸轉速730r/min，流量138.89M3/S，3850Pa 。

　　送風(fēng)機為沈陽(yáng)鼓風(fēng)機廠(chǎng)生產(chǎn)的型號為G4-73-13No22D,左450/右450。原動(dòng)機功率800KW，主軸轉速960r/min，流量72.5M3/S，6870Pa。

　　3 改造方案

　　我公司#1、2爐引送風(fēng)機電機共8臺，原來(lái)全部采用工頻運行，對8臺風(fēng)機增設變頻調速裝置改造，采用一拖一加自動(dòng)旁路的方式。將原引送風(fēng)機閥門(mén)調節的運行方式改為由變頻調速引送風(fēng)機調節流量的運行方式。當變頻器故障或檢修，可自動(dòng)切至工頻運行。當引送風(fēng)機變頻運行時(shí)在DCS界面上通過(guò)手操器調節引送風(fēng)機頻率去調整風(fēng)機轉速，從而達到調節引送風(fēng)機風(fēng)量的目的，同時(shí)保留原流量閥門(mén)調節方式，引送風(fēng)機變頻運行時(shí)閥門(mén)置于全開(kāi)位置以減少節流損失。
　　
　　電氣系統改造是在原有6kV斷路器和電機之間加變頻調速系統和旁路開(kāi)關(guān)柜經(jīng)高壓變頻器輸出為6kV變頻電源，給電機供電。每套高壓變頻器配備自動(dòng)隔離旁路系統。

　　自動(dòng)隔離旁路開(kāi)關(guān)柜由三個(gè)斷路器組成，分別是變頻器進(jìn)線(xiàn)斷路器1QF、變頻器出線(xiàn)斷路器2QF、工頻斷路器3QF，6kV電源經(jīng)原斷路器至自動(dòng)隔離旁路開(kāi)關(guān)柜的變頻器斷路器1QF，經(jīng)變頻器后，再經(jīng)自動(dòng)隔離旁路開(kāi)關(guān)柜的變頻器出線(xiàn)斷路器2QF至風(fēng)機電動(dòng)機。工頻斷路器3QF并接在變頻器進(jìn)線(xiàn)斷路器1QF、變頻器、變頻器出線(xiàn)斷路器2QF兩端。在變頻器處于“保護”狀態(tài)時(shí)，將自動(dòng)斷開(kāi)變頻器進(jìn)線(xiàn)斷路器1QF、變頻器出線(xiàn)斷路器2QF，將自動(dòng)吸合工頻斷路器3QF，即實(shí)現自動(dòng)旁路功能。如圖所示。變頻器出線(xiàn)斷路器2QF和工頻斷路器3QF由彼此的輔助節點(diǎn)實(shí)現互鎖功能，即：變頻器出線(xiàn)斷路器2QF、工頻斷路器3QF不能同時(shí)吸合，變頻器出線(xiàn)斷路器2QF、工頻斷路器3QF可以同時(shí)斷開(kāi)。系統配置示意圖如下:

　　旁路開(kāi)關(guān)柜上安裝兩個(gè)選擇開(kāi)關(guān)：（1）遠程/本地選擇開(kāi)關(guān)，遠程時(shí)DCS可操作變頻器，本地時(shí)可在就地操作。（2）旁路手動(dòng)/自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)，變頻器故障時(shí)自動(dòng)旁路系統動(dòng)作，同時(shí)發(fā)DI信號給DCS,如果自動(dòng)旁路失敗再發(fā)DI信號給DCS,可選擇手動(dòng)旁路操作。

　　4 變頻改造后的風(fēng)機運行情況

　　2008年9月2號機組大修和10月1號機臨修，利用此次停爐機會(huì )，將#1、2爐引送風(fēng)機8臺電機換型改造為北京合康億盛科技有限公司生產(chǎn)的HIVERT高壓變頻調速裝置，同時(shí)與DCS監控系統連接，將變頻的各種技術(shù)參數、運行狀態(tài)、故障及報警等功能全部上傳到DCS，并通過(guò)DCS進(jìn)行遠方控制啟動(dòng)和停止，同時(shí)也能實(shí)現變頻就地控制功能。

　　在DCS界面上風(fēng)機起停有兩種方式，一是變頻器一鍵啟動(dòng)和一鍵停機（變頻器按照事先做好的邏輯順控啟動(dòng)和停止），另一種是運行人員按照電氣設備給定的啟動(dòng)順序點(diǎn)擊開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作。通常運行人員采用一鍵啟動(dòng)和一鍵停機，既簡(jiǎn)單快捷又不容易合錯開(kāi)關(guān)，大大地方便了運行操作。

　　在變頻與工頻之間設有連鎖開(kāi)關(guān)，一旦運行中發(fā)生變頻器故障，不需要運行人員操作，變頻器將發(fā)送“變頻器故障”信號至DCS，變頻器自動(dòng)切換到旁路工頻運行，并把旁路狀態(tài)信號發(fā)送給DCS。同時(shí)DCS邏輯自動(dòng)將風(fēng)門(mén)迅速關(guān)到65%，此時(shí)運行人員參與調節，控制風(fēng)量風(fēng)壓正常，確保爐膛燃燒穩定。

　　如變頻器發(fā)生隱患，變頻器發(fā)送“變頻器報警”信號至DCS，此時(shí)變頻器繼續運行，檢修人員可到本地根據變頻器報警信號的信息排除隱患。

　　從2008年10月我廠(chǎng)變頻器投入運行至今，變頻器運行正常。在機組帶80MW負荷情況下，從變頻切換為工頻，爐膛負壓變化不大，燃燒穩定，運行工況可靠。

　　5 節能效益分析

　　當我們采用調節風(fēng)門(mén)檔板或閥門(mén)的開(kāi)度大小來(lái)控制風(fēng)機、泵類(lèi)負載的介質(zhì)流量時(shí),觀(guān)察到這些風(fēng)機、泵類(lèi)負載長(cháng)期工作在額定轉速，不可避免使其能量有相當部門(mén)會(huì )損失在檔板或閥門(mén)上。應用風(fēng)機、泵類(lèi)負載的調速節能理論分析依據：當用檔板或閥門(mén)開(kāi)度來(lái)控制介質(zhì)流量的大小時(shí)管阻檔板曲線(xiàn)與功率P（陰影部分為輸出功率）變化（如圖1）。由曲線(xiàn)1到曲線(xiàn)2其介質(zhì)流量減少了，而功率卻沒(méi)有減少多少。而通過(guò)改變轉速n來(lái)調節介質(zhì)流量情況就不同了（如圖2）。

調節閥門(mén)的H-Q曲線(xiàn) （圖1）              調節轉速的H-Q曲線(xiàn) （圖2）

　　調節轉速時(shí)，H-Q曲線(xiàn)由曲線(xiàn)1到曲線(xiàn)2檔板開(kāi)度100%時(shí)管阻曲線(xiàn)不變，功率節省了很多。（其中n1為調節前轉速，n2為調節后轉速）。

　　數據收集

　　為準確了解變頻改造后節能效果，我們收集了改造前后在機組帶90—100MW負荷時(shí)運行的相關(guān)數據，并根據半年來(lái)的運行情況，機組負荷集中在90—100MW段，根據該負荷改造前的平均運行參數，計算節能效果。改造前后數據收集如下表：

    5.2  節能計算 

　　通過(guò)上表我們可以看出，同種工況下，風(fēng)機變頻運行時(shí)電流比工頻運行時(shí)電流小很多，節能效果非常顯著(zhù)。

　　根據流體力學(xué)理論，在理想狀態(tài)下風(fēng)機、泵類(lèi)負載具有風(fēng)機的風(fēng)量與轉速成正比關(guān)系：Q1/Q2=n1/n2 ，風(fēng)機的壓力與轉速的平方成正比：H1/H2=（ n1/n2）2，功率與轉速的三次方成正比：P1/P2=（n1/n2）3的特性，根據這些特性，我們分別計算各臺風(fēng)機的節能效果。
　
　　運行時(shí)間取320天（7680h），變頻器的效率97%，功率因數為0.86，運行電壓為6.1kV,電價(jià)為每度電0.236元。根據公式P= 進(jìn)行節能效果計算，如下表：

　　6 直接經(jīng)濟效益分析： 

    1）根據以上條件計算，變頻運行方式較常規工頻運行方式節能效果比較顯著(zhù)，節能幅度達50——60%左右。8臺風(fēng)機年節電功率為1790.85萬(wàn)千瓦時(shí)，平均節電率為56%。

    2）增加上網(wǎng)電價(jià)收入=年節約量×上網(wǎng)電價(jià)（注明：我廠(chǎng)上網(wǎng)電價(jià)0.236元/KW?h ）

　　每年增加上網(wǎng)電價(jià)收入=1790.85萬(wàn)kW?h×0.236元/kW?h =422.6萬(wàn)元

　　7  結論 

　　在現場(chǎng)試驗的基礎上，結合理論分析，我們確定了風(fēng)機的最佳的運行工況，使風(fēng)機變頻運行在最大節能工況下，為公司帶來(lái)更大的節能空間和效益。

　　由于采用變頻調速后，風(fēng)機經(jīng)常工作在低轉速下，因而大大減小了風(fēng)機葉輪的磨損，減少了風(fēng)機振動(dòng)和軸承的磨損。延長(cháng)了風(fēng)機的大修周期，節省了檢修費用和時(shí)間。 

　　同時(shí)由于工作時(shí)間不用調節風(fēng)門(mén)，避免了原來(lái)調節風(fēng)門(mén)時(shí)易發(fā)生的喘振現象對設備造成的損害。變頻調速系統可作為軟起動(dòng)器，從而避免了直接起動(dòng)時(shí)對電機沖擊的影響。

　　8  結束語(yǔ)

　　高壓變頻裝置由于其節能效果明顯，特別是在低負荷時(shí)更為顯著(zhù)，采用變頻調速后，實(shí)現了電機的軟起動(dòng)，延長(cháng)電機壽命，風(fēng)機擋板全開(kāi)，也減少了風(fēng)道的振動(dòng)與磨損。良好的節能效果，會(huì )愈來(lái)愈為電力系統所應用，具有良好的使用價(jià)值，對建設節約型社會(huì )具有重要的意義。

　　參考文獻：

　　1. HIVERT系列高壓變頻器使用說(shuō)明書(shū)  北京合康       2007年4月

　　2. HIVERT系列高壓變頻器用戶(hù)手冊    北京合康       2007年4月