一次風機由工頻改變頻效果分析

曹毅

摘 要：華北地區某熱電聯產公司（下稱公司）建有1臺220 MW的抽汽凝汽式供熱機組，年發電量約10億千瓦時，供熱面積約為300萬m2。自機組投產以來，鍋爐所用的2臺一次風機作為公司的主要輔機設備始終為工頻定速運行，根據負荷需要采用控制風機擋板的開度來調節風量變化，而作為電動機消耗的能量變化則不大，以致于很大一部分能量造成浪費。為達到降低損耗，提高電機效率的目的，公司于2010年10月份對2臺一次風機加裝了變頻器。通過工、變頻改造前后不同負荷情況下相關數據和運行參數的對比，在改變電機轉速控制風壓、實現調整需要、降低啟動電流、減少節流損失、節約電能等方面都顯現出了明顯效果，有效降低了廠用電率，最終提高了公司的綜合效益。

關鍵詞：一次風機 工頻改變頻 效果分析 節能

中圖分類號：TK223 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0092-02

公司1號機組自投產以來，1號鍋爐所用的兩臺一次風機為工頻運行，其出力調整只能采用改變一次風擋板開度來實現，根據機組負荷變化調節擋板開度大小。一般情況下兩臺一次風機經常處于較低的效率工況下運行，即使機組滿負荷，一次風擋板開度也不到80%。不論風壓需求0大小，風機都要全速運轉，電機輸出功率基本保持不變，大量的能量消耗在了風機出口擋板的節流損失中。此外異步電動機在啟動時啟動電流一般達到電機額定電流的6～8倍，不但對廠用電形成較大沖擊，強大的電流及沖擊轉矩也會降低電機和風機的使用壽命。

為了減小啟動沖擊電流，減少能量損失，降低廠用電率，提高發電廠的綜合效益，經反復調研論證，公司決定對兩臺一次風機電機加裝變頻裝置，通過改變電機頻率，進而改變一次風機電動機轉速來實現線性調節一次風出力的目的。

1 變頻器節能原理

根據流體力學原理，使用三相異步電機驅動的風機，軸功率P與風量Q及風壓H的關系，P≈Q×H。當電動機的轉速由變化到時P、Q、H的關系如下：

可見風量Q與電機轉速N是成正比關系的，而所需的軸功率P與轉速N的立方成正比關系。

又根據電機同步轉速公式：，這里為供電頻率，單位Hz，為電動機極對數，由此可看到，當電機的極對數不變的情況下，所需的軸功率P與供電頻率的立方成正比，所以假設當需要80%的風量時，通過調節轉機的轉速至額定轉速的80%，即調節頻率至40 Hz即可，這時所耗功率即為原來的51.2%，從而大大降低了電機的功率損耗。

2 改造方案概述

公司在2010年10月利用機組小修機會對兩臺一次風機電機加裝了變頻器，完成了一次風機電機變頻改造。項目主要增加兩臺變頻器及相關配套的電纜及控制系統，其變頻裝置由北京某變頻科技股份有限公司生產，選用高-高方式、H橋單元串聯方案，變頻裝置額定容量1400 kVA、額定電壓6 kV、額定電流135 A。公司的兩臺一次風機是由江蘇某公司生產，單風機額定風量49.9 Nm3/h。所配一次風機電機為國產某電機廠生產的YKK500-4型電機，額定電壓6 kV，額定電流130.3 A，額定功率1120 kW，轉速1488 r/min。

考慮到6 kV開關室離電機位置較遠，工程設計在汽機廠房西側建設變頻器室。為保證變頻器正常運行，變頻器室裝設10 kW空調兩臺。此變頻裝置的變頻控制方式可本地控制，也可以在遠程控制，一次風調節擋板仍保留，變頻器提供多種信號接口，一次風控制邏輯在DCS系統內設計編制，增加變頻控制站，可在控制室實現對變頻器的操作和監控。同時，其自動控制裝置做到閉環運行，根據鍋爐反饋信號自動調節電機的轉速，實現了手、自動控制及無擾切換等功能。

一次風機變頻運行時，調節擋板保持全開，一次風出力通過改變一次風機電動機轉速來調節；變頻器出現故障時，風機跳閘后，手動切換至工頻定速運行，調節擋板同時也自動參與一次風壓控制。

變頻器電源由6 kV工作段高壓開關引至變頻器后，經變頻器輸出端接致高壓電動機處。兩路控制電源取自不同的380 V配電間隔。變頻器接入原電氣回路如圖1所示。一次風機變頻裝置采用一拖一手動旁路方案，由三個高壓隔離開關QS1、QS2、QS3組成，其中QS2和QS3屬于單刀雙擲刀閘，一個在合位時，另一個必定在分位，實現互鎖。變頻運行時，QS3斷開，QS1和QS2閉合；工頻運行時，QS1和QS2斷開，QS3閉合。

3 改造前后運行情況對比

為了探究一次風機改造前后的效益情況，在2010年10月下旬進行了一次風機改造后的效率試驗。試驗參數主要有一次風機電流、一次風機功率。試驗時，一次風機調整門全開，隨著機組負荷變化，一次風機通過轉速調整一次風壓力。本次試驗共有五個工況，機組負荷分別為：110 MW、120 MW、140 MW、150 MW、180 MW。為了減小測試中的誤差，我們對每一種工況分別進行五次測試，選取五次測試的平均值作為試驗數據，測試所用電流表精度為0.1級別，其電機電流、功率數據對比如表1所示。

A、B兩臺一次風機變頻改造前后功率變化直觀圖如圖2。

從試驗中一次風機運行功率參數來看，在一次風機改造前，機組負荷越小，一次風系統節流損失越大；改造后，系統阻力損失大幅下降，相應的功率也就節省下來了，所以在低負荷時節電效果明顯，一次風機電耗1～9月平均為0.87%，而10月份一次風機電耗降為0.69%，電耗下降了0.18%，變頻改造節能效果明顯。

4 改造效果分析

4.1 直接經濟效益

2010年1～10月份累計發電9.22億kWh，按1～10月份的發電量統計可以節電165.9萬kWh，按上網電價0.385元/kWh計算，可以節約63.9萬元。

4.2 間接經濟效益

（1）改造前一次風機工頻啟動時，電動機承受6～8倍的沖擊電流，而采用變頻啟動后，電動機由于軟啟動，啟動電流小，啟動過程平穩，對電網和電機沒有沖擊，對風機也避免了產生很大的啟動轉矩沖擊，可延長設備使用壽命，降低維修費用，減少維修改造量。

（2）采用變頻運行后，由于電機軸功率下降，一次風機轉速降低，擋板風阻減小，減輕了機械振動和噪聲，可延長設備使用壽命，改善了勞動環境。

（3）采用變頻運行后，一次風穩定可靠，提高了一次風系統運行穩定性。

5 結論

一次風機變頻器投入運行后，運行良好，調節平穩，運行電流明顯下降，調節范圍寬泛，具有明顯的節電效能，達到了預期的收益。改造前后試驗數據表明一次風機采用變頻調速的運行效率明顯比定速運行采用調節閥調節時高，尤其是機組低負荷運行時。一次風機電動機采用變頻器調速，調速范圍大，電動機轉速穩定，動態響應性能好，調節性能平穩，有利于一次風系統運行穩定可靠，改善了機組調節品質。采用變頻技術降低電耗效果明顯，符合國家節能政策，達到了節約能源，降低廠用電的目的。

參考文獻

[1] 張皓純，顧正皓.浙江省火電機組節能綜述[J].浙江電力，2004（2）.

[2] 張曉亮.變頻調速技術在風機節能中的應用[J].華北電力技術，2007（3）.

[3] 任艷艷，陳萬儉.高壓變頻器在高爐除塵風機上的應用[J].工礦自動化，2010（4）.endprint

摘 要：華北地區某熱電聯產公司（下稱公司）建有1臺220 MW的抽汽凝汽式供熱機組，年發電量約10億千瓦時，供熱面積約為300萬m2。自機組投產以來，鍋爐所用的2臺一次風機作為公司的主要輔機設備始終為工頻定速運行，根據負荷需要采用控制風機擋板的開度來調節風量變化，而作為電動機消耗的能量變化則不大，以致于很大一部分能量造成浪費。為達到降低損耗，提高電機效率的目的，公司于2010年10月份對2臺一次風機加裝了變頻器。通過工、變頻改造前后不同負荷情況下相關數據和運行參數的對比，在改變電機轉速控制風壓、實現調整需要、降低啟動電流、減少節流損失、節約電能等方面都顯現出了明顯效果，有效降低了廠用電率，最終提高了公司的綜合效益。

關鍵詞：一次風機 工頻改變頻 效果分析 節能

中圖分類號：TK223 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0092-02

公司1號機組自投產以來，1號鍋爐所用的兩臺一次風機為工頻運行，其出力調整只能采用改變一次風擋板開度來實現，根據機組負荷變化調節擋板開度大小。一般情況下兩臺一次風機經常處于較低的效率工況下運行，即使機組滿負荷，一次風擋板開度也不到80%。不論風壓需求0大小，風機都要全速運轉，電機輸出功率基本保持不變，大量的能量消耗在了風機出口擋板的節流損失中。此外異步電動機在啟動時啟動電流一般達到電機額定電流的6～8倍，不但對廠用電形成較大沖擊，強大的電流及沖擊轉矩也會降低電機和風機的使用壽命。

為了減小啟動沖擊電流，減少能量損失，降低廠用電率，提高發電廠的綜合效益，經反復調研論證，公司決定對兩臺一次風機電機加裝變頻裝置，通過改變電機頻率，進而改變一次風機電動機轉速來實現線性調節一次風出力的目的。

1 變頻器節能原理

根據流體力學原理，使用三相異步電機驅動的風機，軸功率P與風量Q及風壓H的關系，P≈Q×H。當電動機的轉速由變化到時P、Q、H的關系如下：

可見風量Q與電機轉速N是成正比關系的，而所需的軸功率P與轉速N的立方成正比關系。

又根據電機同步轉速公式：，這里為供電頻率，單位Hz，為電動機極對數，由此可看到，當電機的極對數不變的情況下，所需的軸功率P與供電頻率的立方成正比，所以假設當需要80%的風量時，通過調節轉機的轉速至額定轉速的80%，即調節頻率至40 Hz即可，這時所耗功率即為原來的51.2%，從而大大降低了電機的功率損耗。

2 改造方案概述

公司在2010年10月利用機組小修機會對兩臺一次風機電機加裝了變頻器，完成了一次風機電機變頻改造。項目主要增加兩臺變頻器及相關配套的電纜及控制系統，其變頻裝置由北京某變頻科技股份有限公司生產，選用高-高方式、H橋單元串聯方案，變頻裝置額定容量1400 kVA、額定電壓6 kV、額定電流135 A。公司的兩臺一次風機是由江蘇某公司生產，單風機額定風量49.9 Nm3/h。所配一次風機電機為國產某電機廠生產的YKK500-4型電機，額定電壓6 kV，額定電流130.3 A，額定功率1120 kW，轉速1488 r/min。

考慮到6 kV開關室離電機位置較遠，工程設計在汽機廠房西側建設變頻器室。為保證變頻器正常運行，變頻器室裝設10 kW空調兩臺。此變頻裝置的變頻控制方式可本地控制，也可以在遠程控制，一次風調節擋板仍保留，變頻器提供多種信號接口，一次風控制邏輯在DCS系統內設計編制，增加變頻控制站，可在控制室實現對變頻器的操作和監控。同時，其自動控制裝置做到閉環運行，根據鍋爐反饋信號自動調節電機的轉速，實現了手、自動控制及無擾切換等功能。

一次風機變頻運行時，調節擋板保持全開，一次風出力通過改變一次風機電動機轉速來調節；變頻器出現故障時，風機跳閘后，手動切換至工頻定速運行，調節擋板同時也自動參與一次風壓控制。

變頻器電源由6 kV工作段高壓開關引至變頻器后，經變頻器輸出端接致高壓電動機處。兩路控制電源取自不同的380 V配電間隔。變頻器接入原電氣回路如圖1所示。一次風機變頻裝置采用一拖一手動旁路方案，由三個高壓隔離開關QS1、QS2、QS3組成，其中QS2和QS3屬于單刀雙擲刀閘，一個在合位時，另一個必定在分位，實現互鎖。變頻運行時，QS3斷開，QS1和QS2閉合；工頻運行時，QS1和QS2斷開，QS3閉合。

3 改造前后運行情況對比

為了探究一次風機改造前后的效益情況，在2010年10月下旬進行了一次風機改造后的效率試驗。試驗參數主要有一次風機電流、一次風機功率。試驗時，一次風機調整門全開，隨著機組負荷變化，一次風機通過轉速調整一次風壓力。本次試驗共有五個工況，機組負荷分別為：110 MW、120 MW、140 MW、150 MW、180 MW。為了減小測試中的誤差，我們對每一種工況分別進行五次測試，選取五次測試的平均值作為試驗數據，測試所用電流表精度為0.1級別，其電機電流、功率數據對比如表1所示。

A、B兩臺一次風機變頻改造前后功率變化直觀圖如圖2。

從試驗中一次風機運行功率參數來看，在一次風機改造前，機組負荷越小，一次風系統節流損失越大；改造后，系統阻力損失大幅下降，相應的功率也就節省下來了，所以在低負荷時節電效果明顯，一次風機電耗1～9月平均為0.87%，而10月份一次風機電耗降為0.69%，電耗下降了0.18%，變頻改造節能效果明顯。

4 改造效果分析

4.1 直接經濟效益

2010年1～10月份累計發電9.22億kWh，按1～10月份的發電量統計可以節電165.9萬kWh，按上網電價0.385元/kWh計算，可以節約63.9萬元。

4.2 間接經濟效益

（1）改造前一次風機工頻啟動時，電動機承受6～8倍的沖擊電流，而采用變頻啟動后，電動機由于軟啟動，啟動電流小，啟動過程平穩，對電網和電機沒有沖擊，對風機也避免了產生很大的啟動轉矩沖擊，可延長設備使用壽命，降低維修費用，減少維修改造量。

（2）采用變頻運行后，由于電機軸功率下降，一次風機轉速降低，擋板風阻減小，減輕了機械振動和噪聲，可延長設備使用壽命，改善了勞動環境。

（3）采用變頻運行后，一次風穩定可靠，提高了一次風系統運行穩定性。

5 結論

一次風機變頻器投入運行后，運行良好，調節平穩，運行電流明顯下降，調節范圍寬泛，具有明顯的節電效能，達到了預期的收益。改造前后試驗數據表明一次風機采用變頻調速的運行效率明顯比定速運行采用調節閥調節時高，尤其是機組低負荷運行時。一次風機電動機采用變頻器調速，調速范圍大，電動機轉速穩定，動態響應性能好，調節性能平穩，有利于一次風系統運行穩定可靠，改善了機組調節品質。采用變頻技術降低電耗效果明顯，符合國家節能政策，達到了節約能源，降低廠用電的目的。

參考文獻

[1] 張皓純，顧正皓.浙江省火電機組節能綜述[J].浙江電力，2004（2）.

[2] 張曉亮.變頻調速技術在風機節能中的應用[J].華北電力技術，2007（3）.

[3] 任艷艷，陳萬儉.高壓變頻器在高爐除塵風機上的應用[J].工礦自動化，2010（4）.endprint

摘 要：華北地區某熱電聯產公司（下稱公司）建有1臺220 MW的抽汽凝汽式供熱機組，年發電量約10億千瓦時，供熱面積約為300萬m2。自機組投產以來，鍋爐所用的2臺一次風機作為公司的主要輔機設備始終為工頻定速運行，根據負荷需要采用控制風機擋板的開度來調節風量變化，而作為電動機消耗的能量變化則不大，以致于很大一部分能量造成浪費。為達到降低損耗，提高電機效率的目的，公司于2010年10月份對2臺一次風機加裝了變頻器。通過工、變頻改造前后不同負荷情況下相關數據和運行參數的對比，在改變電機轉速控制風壓、實現調整需要、降低啟動電流、減少節流損失、節約電能等方面都顯現出了明顯效果，有效降低了廠用電率，最終提高了公司的綜合效益。

關鍵詞：一次風機 工頻改變頻 效果分析 節能

中圖分類號：TK223 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0092-02

公司1號機組自投產以來，1號鍋爐所用的兩臺一次風機為工頻運行，其出力調整只能采用改變一次風擋板開度來實現，根據機組負荷變化調節擋板開度大小。一般情況下兩臺一次風機經常處于較低的效率工況下運行，即使機組滿負荷，一次風擋板開度也不到80%。不論風壓需求0大小，風機都要全速運轉，電機輸出功率基本保持不變，大量的能量消耗在了風機出口擋板的節流損失中。此外異步電動機在啟動時啟動電流一般達到電機額定電流的6～8倍，不但對廠用電形成較大沖擊，強大的電流及沖擊轉矩也會降低電機和風機的使用壽命。

為了減小啟動沖擊電流，減少能量損失，降低廠用電率，提高發電廠的綜合效益，經反復調研論證，公司決定對兩臺一次風機電機加裝變頻裝置，通過改變電機頻率，進而改變一次風機電動機轉速來實現線性調節一次風出力的目的。

1 變頻器節能原理

根據流體力學原理，使用三相異步電機驅動的風機，軸功率P與風量Q及風壓H的關系，P≈Q×H。當電動機的轉速由變化到時P、Q、H的關系如下：

可見風量Q與電機轉速N是成正比關系的，而所需的軸功率P與轉速N的立方成正比關系。

又根據電機同步轉速公式：，這里為供電頻率，單位Hz，為電動機極對數，由此可看到，當電機的極對數不變的情況下，所需的軸功率P與供電頻率的立方成正比，所以假設當需要80%的風量時，通過調節轉機的轉速至額定轉速的80%，即調節頻率至40 Hz即可，這時所耗功率即為原來的51.2%，從而大大降低了電機的功率損耗。

2 改造方案概述

公司在2010年10月利用機組小修機會對兩臺一次風機電機加裝了變頻器，完成了一次風機電機變頻改造。項目主要增加兩臺變頻器及相關配套的電纜及控制系統，其變頻裝置由北京某變頻科技股份有限公司生產，選用高-高方式、H橋單元串聯方案，變頻裝置額定容量1400 kVA、額定電壓6 kV、額定電流135 A。公司的兩臺一次風機是由江蘇某公司生產，單風機額定風量49.9 Nm3/h。所配一次風機電機為國產某電機廠生產的YKK500-4型電機，額定電壓6 kV，額定電流130.3 A，額定功率1120 kW，轉速1488 r/min。

考慮到6 kV開關室離電機位置較遠，工程設計在汽機廠房西側建設變頻器室。為保證變頻器正常運行，變頻器室裝設10 kW空調兩臺。此變頻裝置的變頻控制方式可本地控制，也可以在遠程控制，一次風調節擋板仍保留，變頻器提供多種信號接口，一次風控制邏輯在DCS系統內設計編制，增加變頻控制站，可在控制室實現對變頻器的操作和監控。同時，其自動控制裝置做到閉環運行，根據鍋爐反饋信號自動調節電機的轉速，實現了手、自動控制及無擾切換等功能。

一次風機變頻運行時，調節擋板保持全開，一次風出力通過改變一次風機電動機轉速來調節；變頻器出現故障時，風機跳閘后，手動切換至工頻定速運行，調節擋板同時也自動參與一次風壓控制。

變頻器電源由6 kV工作段高壓開關引至變頻器后，經變頻器輸出端接致高壓電動機處。兩路控制電源取自不同的380 V配電間隔。變頻器接入原電氣回路如圖1所示。一次風機變頻裝置采用一拖一手動旁路方案，由三個高壓隔離開關QS1、QS2、QS3組成，其中QS2和QS3屬于單刀雙擲刀閘，一個在合位時，另一個必定在分位，實現互鎖。變頻運行時，QS3斷開，QS1和QS2閉合；工頻運行時，QS1和QS2斷開，QS3閉合。

3 改造前后運行情況對比

為了探究一次風機改造前后的效益情況，在2010年10月下旬進行了一次風機改造后的效率試驗。試驗參數主要有一次風機電流、一次風機功率。試驗時，一次風機調整門全開，隨著機組負荷變化，一次風機通過轉速調整一次風壓力。本次試驗共有五個工況，機組負荷分別為：110 MW、120 MW、140 MW、150 MW、180 MW。為了減小測試中的誤差，我們對每一種工況分別進行五次測試，選取五次測試的平均值作為試驗數據，測試所用電流表精度為0.1級別，其電機電流、功率數據對比如表1所示。

A、B兩臺一次風機變頻改造前后功率變化直觀圖如圖2。

從試驗中一次風機運行功率參數來看，在一次風機改造前，機組負荷越小，一次風系統節流損失越大；改造后，系統阻力損失大幅下降，相應的功率也就節省下來了，所以在低負荷時節電效果明顯，一次風機電耗1～9月平均為0.87%，而10月份一次風機電耗降為0.69%，電耗下降了0.18%，變頻改造節能效果明顯。

4 改造效果分析

4.1 直接經濟效益

2010年1～10月份累計發電9.22億kWh，按1～10月份的發電量統計可以節電165.9萬kWh，按上網電價0.385元/kWh計算，可以節約63.9萬元。

4.2 間接經濟效益

（1）改造前一次風機工頻啟動時，電動機承受6～8倍的沖擊電流，而采用變頻啟動后，電動機由于軟啟動，啟動電流小，啟動過程平穩，對電網和電機沒有沖擊，對風機也避免了產生很大的啟動轉矩沖擊，可延長設備使用壽命，降低維修費用，減少維修改造量。

（2）采用變頻運行后，由于電機軸功率下降，一次風機轉速降低，擋板風阻減小，減輕了機械振動和噪聲，可延長設備使用壽命，改善了勞動環境。

（3）采用變頻運行后，一次風穩定可靠，提高了一次風系統運行穩定性。

5 結論

一次風機變頻器投入運行后，運行良好，調節平穩，運行電流明顯下降，調節范圍寬泛，具有明顯的節電效能，達到了預期的收益。改造前后試驗數據表明一次風機采用變頻調速的運行效率明顯比定速運行采用調節閥調節時高，尤其是機組低負荷運行時。一次風機電動機采用變頻器調速，調速范圍大，電動機轉速穩定，動態響應性能好，調節性能平穩，有利于一次風系統運行穩定可靠，改善了機組調節品質。采用變頻技術降低電耗效果明顯，符合國家節能政策，達到了節約能源，降低廠用電的目的。

參考文獻

[1] 張皓純，顧正皓.浙江省火電機組節能綜述[J].浙江電力，2004（2）.

[2] 張曉亮.變頻調速技術在風機節能中的應用[J].華北電力技術，2007（3）.

[3] 任艷艷，陳萬儉.高壓變頻器在高爐除塵風機上的應用[J].工礦自動化，2010（4）.endprint