淺論自動化變頻器在發電廠節能降耗方面的應用

李志偉

【摘要】隨著變頻裝置技術水平的提高和應用領域不斷擴大，發電廠的重要輔機設備上開始應用高壓變頻裝置，其不僅可以達到明顯的節能目的，同時還提高了自動調節系統的性能，改善大功率電機的使用壽命。對自動化變頻器在發電廠節能降耗方面的應用及研究進行探討。

【關鍵詞】變頻調速;發電廠;大型電動機;節能

一、前言

我國工業生產中風機和泵類分布面廣，數量大，耗電量驚人。據統計，全國風機和泵類電動機裝機總容量約35000MW，耗電量相當于全國電力消耗總量的40%。據估計，提高風機和泵的運行效率的節能潛力可達300-500億KWh/a，相當于610個裝機容量為1000MW的大型發電廠的年發電總量。

我國風機和泵基本上采用定速驅動，在機組變負荷運行時，由于風機和泵運行偏離高效點，效率大大降低，我國很多風機和泵處于50%-70%的運行效率，有的甚至僅為30%。造成風機和泵運行效率低下的主要原因是在系統設計過程中，很難準確地計算出管網的阻力及運行過程中的工況變化，通常把系統的最大流量及相應的富裕量（通常為20%-30%）作為選擇風機和泵的型號的設計值，而且，風機和泵的型號是有限的，在選用不到合適的型號時只好往大型號上靠，這樣，勢必出現大量的大馬拉小車的現象。

二、風機節能的研究

風機是發電廠的重要輔機，是高電壓大電流的大功率設備，也是影響發電效率的重要環節，近年來，隨著電力電子器件、控制理論和計算機技術的迅速發展，高壓變頻器的價格不斷下降，可靠性不斷增強，高壓大容量變頻器已經在發電廠輔機設備中逐漸得到應用。理論上分析風機流量與轉速的一次方成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的三次方成正比，所以風機轉速降低后，其軸功率隨轉速的三次方降低，相應的驅動電機所需的電功率亦可相應大大降低，可見調速是風機節能的重要途徑。變頻調速裝置可以優化電動機的運行狀態，大大提高其運行效率，達到節能目的。

電廠風機大多采用高效離心式風機。但是由于單臺風機運行具備帶75%的負荷運行的能力，加上機組調峰運行，常常不會滿負荷運行，所以需要采用入口風門調節流量，風門開度一般在50%-80%，存在嚴重的節流損耗，所以風機并沒有工作在最高效率點，實際運行效率較低。按照我國現行的火電設計規程，設計時以系統最大風量和風壓作為參考選型電動機，一般風量裕量在5%-10%，風壓裕量在10%，再加上電動機選型時風機型號不能完全匹配，只能往大機號上靠，所以冗余量特別大。

送風機給鍋爐燃燒提供空氣，引風機則是將燃燒后的高溫尾氣排向煙道。送、引風機都需要調整入口風門，滿足不同負荷的風量要求，同時互相配合控制風煤配比并保證爐膛負壓的穩定。所以改變風量的調節方式是提高風機效率，降低風機能耗的最有效途徑。

鍋爐引風機、一次風機、送風機的單機功率大，長時間運行，節能潛力最大。其他如排粉風機、再循環風機等也具有很大的節能潛力。

三、水泵節能分析

由于變頻調速具有調速范圍大、精度高、性能指標優良的特點，實現變頻調速后，水泵可以很方便地構成閉環控制，進行自動調節。調節器輸出的4-20mA信號輸到變頻器，通過變頻器調節電機轉速，可以平滑穩定地調整流量，使機組在更經濟的狀態下安全自動運行，克服了調門線性度不好，調節品質差，自動投入率低等缺陷。

發電機組必須配備大量的水泵。鍋爐給水泵、循環水泵、凝結水泵、灰渣泵等設備單機功率較大，流量調節頻繁，節能效果最為明顯。其他如射水泵、低壓加熱器疏水泵、熱網水泵、冷卻水泵、軸封水泵、除鹽水泵、清水泵、過濾器反洗泵、生活水泵、消防水泵和補給水泵等等都可以使用相應電壓等級的變頻器進行調速運行。

現在電廠鍋爐給水多采用母管制給水系統，給水泵采用定速運行。鍋爐氣包水位靠自動給水調節閥調節，屬節流調節，存在較大的節流損耗。如果對母管制給水系統中一部分水泵進行變頻改造，工頻泵、變頻泵并聯運行，工頻泵對應最佳工作點提供固定流量，變頻泵對應工作點調節給水量。最終在實現給水母管恒壓運行的同時，最大限度地降低給水泵的單耗。

循環水泵為汽輪機組凝結器提供冷卻水。一個機組一般配置三臺循環水泵，為“一用一備一檢修”或是“兩用一備”。隨著機組負荷的變化，為了保證機組在合理的經濟真空值運行，需要的冷水值是變化的，所以采用變頻調節循環水泵既可節能降耗，又可以實現高精度控制。考慮到循環水泵的工作特性，可以采用“一臺變頻器拖動二臺水泵”或是“一臺變頻器拖動三臺水泵”的方案，達到最大的投資收益比。

凝結水泵的設計一般為“一用一備”或“兩用一備”。現在的水量調節方式為閥門調節，造成出口壓力大、調節性能差、設備損壞快等問題，同時運行人員操作頻繁，影響機組的安全經濟運行。而采用變頻調節，除了可以取得顯著的節能效果外，還可以改善控制工藝、提高機組安全經濟運行水平。

灰漿泵將煤在鍋爐中燃燒后沖到灰漿池中的灰漿、灰渣排到儲灰廠。如果灰漿泵全速運行，容易將灰漿池抽干，泵空轉引起氣蝕;停泵時間過長灰漿池又會溢出;灰漿泵停機后很快再啟動容易因為過熱損壞電動機;灰漿泵長期不用，出口會被灰漿堵死，再次開泵會造成電動機過載燒毀。所以灰漿泵需要輪流間斷運行，操作非常頻繁，泵和電動機損壞嚴重。故此，灰漿泵是電廠中最需要變頻改造的設備，可以改善工藝條件和延長設備使用壽命。

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