變頻節能技術在大型火電機組中的推廣應用

高 峰劉鐵柱

（1黑龍江龍唐電力投資有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000，2大唐七臺河發電有限責任公司，黑龍江 七臺河15460）

走綠色、低碳、環保、生態的可持續發展道路，已成為國內能源企業的廣泛共識。以科技攻關和技術改造項目為突破口，降低各種能耗，挖掘和提升機組經濟運行的潛力和能力是現在大型火電企業亟待解決的問題。變頻器具有卓越的調速性能，顯著的節約電能和保護環境等作用，是發電企業技術改造和產品更新換代的理想調速裝置。變頻器的出現讓發電領域的節能閃現了新的亮點，大力推廣適用于電動機節能的調速技術，對節約一次能源，加快建設節約型社會，讓有限的能源發揮最大作用及我國工業的發展有著舉足輕重的意義，也對整個國家經濟發展具有重要的戰略意義。

一、變頻調速節能裝置的節能原理

1、變頻節能。由流體力學可知，P（功率）=Q（流量）╳ H（壓力），流量Q與轉速N的一次方成正比，壓力H與轉速N的平方成正比，功率P與轉速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，當要求調節流量下降時，轉速N可成比例的下降，而此時軸輸出功率P成立方關系下降。即水泵電機的耗電功率與轉速近似成立方比的關系。例如：一臺水泵電機功率為55KW，當轉速下降到原轉速的4/5時，其耗電量為28.16KW，省電48.8%，當轉速下降到原轉速的1/2時，其耗電量為6.875KW，省電87.5%.

2、功率因數補償節能。無功功率不但增加線損和設備的發熱，更主要的是功率因數的降低導致電網有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當中，設備使用效率低下，浪費嚴重，由公式P=S╳COSФ，Q=S╳SINФ，其中S－視在功率，P－有功功率，Q－無功功率，COSФ－功率因數，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通水泵電機的功率因數在0.6-0.7之間，使用變頻調速裝置后，由于變頻器內部濾波電容的作用，COSФ≈1，從而減少了無功損耗，增加了電網的有功功率。

3、軟啟動節能。由于電機為直接啟動或Y/D啟動，啟動電流等于4-7倍額定電流，這樣會對機電設備和供電電網造成嚴重的沖擊，而且還會對電網容量要求過高，啟動時產生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設備的使用壽命極為不利。而使用變頻節能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命，節省了設備的維護費用。

二、變頻節能裝置在電廠中的推廣優勢。變頻器應用可分為兩大類：一種是用于傳動調速，另一種是各種靜止電源，火電機組中的輔機主要應用傳動調速。變頻傳動調速應用目的就是通過對電機調速來達到節約能源。這種控制調速系統是人為地改變電動機的機械特性來獲得不同的轉速，直接與拖動機械相連接不需原機械設備做任何調整，這對于節能改造成本，保持原有機械性能都大有好處。變頻傳動調速在電廠輔機使用上的優點是：

1、不用改動原有設備包括電機本身；2、可實現無級調速，滿足傳動機械要求；3、變頻器軟啟停功能，可以避免啟動電流沖擊對電網的不良影響，減少電源容量的同時還可以減少機械慣動量，減少機械損耗；4、不受電源頻率的影響，可以開環、閉環控制，也可以手動、自動控制；5、低速時，定轉矩輸出、低速過載能力較好；6、電機的功率因數隨轉速增高功率增大而提高，使用效果較好。

機電設備配合設計原則是電機的最大功率必須滿足負載下的機械功率和轉矩，對于不同的負載，最大值并非時時刻刻都發生、負載的變化是非線性的，而電機的輸出功率卻是恒定的，這就意味著在非最大負載時電機輸出了相當一部分多余功率，電能也就白白浪費掉了。風機、水泵類電廠輔機就是較典型例子，這類設備一般都是長時間運行，甚至很久不停機。在對600MW火電機組灰渣漿泵實際檢測中發現，除在機組滿負荷運行時流量達到最大值外，近80%時間運行在中等或低負荷狀態，總用電量至少有35%以上被浪費掉。采用變頻調速控制，對風機、水泵類機械進行轉速控制來調節流量的方法，對節約能源，提高經濟效益具有非常重要意義。

三、變頻節能控制技術的利弊分析

1、效益益分析。變頻節能控制技術的最大顯性效益就是指節電效益。變頻控制傳動調速對于負載性質和負載率的不同，節電率也是不同。據相關資料顯示，變頻控制設備一般負載率在50%左右時，節電率在20-47%左右，例如循環水泵電機、凝結水排污泵電機、除氧風機等等，基本上平均節電率都在25-60%左右。變頻調速設備改造投資少、見效快，低壓變頻設備投資回報期基本上在一年左右。

變頻節能控制技術的隱性效益主要體現：

第一、實現了電機的軟啟軟停，消除電機啟動電流對電網的沖擊，減少了啟動電流的線路損耗；第二、消除了電機因啟停所產生的慣動量對設備的機械沖擊，大大降低了機械磨損，減少設備的維修，延長了設備的使用壽命；第三、空調水泵的軟啟、?？朔嗽瓉硗C時的水錘現象。

2、存在的弊端。低壓變頻器輸出波型為脈沖形式，會產生一些干擾，實際運行中單臺干擾不嚴重，以30KW容量為例，干擾福射基本在10米之內，在設計電路中加裝陷波電路或磁環或陷波線圈就可以將干擾減少到最少，一般使用時盡量遠離電腦等怕干擾設備，對于多臺集中安裝時安裝位置要盡量拉開距離，還需專門加裝陷波電路屏蔽接地，將干擾減少到最低。

四、大型火電機組變頻裝置改造分析。大型火電機組實施變頻改造是一個系統工程，項目成功與否與改造前的方案論證和參與人員的技術水平有關，也與改造后的管理有關。因此，變頻改造應當對以下問題進行重點分析：

1、變頻改造后系統的振動、潤滑、諧波影響、電動機冷卻、軸電流影響、變頻器自身冷卻系統、電氣與熱工控制以及相關連鎖保護、變頻設備管理與維護和改造項目的空間布置等。2、技術與管理并重，確保變頻裝置長期安全地運行。由于變頻裝置的運行涉及熱控、電氣一次、繼電保護等專業以及電廠設備部、檢修部、發電部等多個部門，因此應重視相關人員培訓和管理制度的建立，變頻裝置必須從系統設計、選型、交接驗收、運行規程的修改、運行操作、日常維護、隨機組檢修進行的檢查和試驗等多方面進行有效的管理。3、變頻器保護定值的設定要合理。由于變頻器具有軟啟動功能，為此建議變頻器廠家配置的電動機保護為：一是當電動機電流達到額定電流的1.2倍時延時120秒后將變頻器停止運行；二是當電流達到額定電流的1.5倍時延時44秒(3倍安全系數)后將變頻器停止運行；三是當電流達到額定電流的2～3倍時無延時將變頻器停止運行。這樣即能對電動機起保護作用，同時又不過保護，能夠確保機組運行中的安全。

我國工業技術雖然有了較大的發展，但技術發展還不平衡，在很多發電企業中表現出來最明顯的特征依舊是能源消耗多，生產效率較低。變頻節能技術的推廣應用就是要改造這些設備，提升火電機組經濟運行的潛力和能力，以達到保護環境，節約能源的目的。

[1]胡書琴，張九根 .變頻節能技術在中央空調水系統中的應用研究.電氣應用，2007年9期.