林　武

(中國聯(lián)合工程公司，浙江 杭州 310052)

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變頻電機在火力發(fā)電廠一次風(fēng)機中的應(yīng)用探析

林武

(中國聯(lián)合工程公司，浙江 杭州 310052)

摘要:如何將火力燃煤發(fā)電機組在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造以降低電力消耗和煤炭資源消耗是一個非常值得研究的問題。風(fēng)機、水泵采用變頻調(diào)速技術(shù)是我國電力系統(tǒng)實施節(jié)能技術(shù)改造的一項重要內(nèi)容。目前高壓變頻調(diào)速技術(shù)在火力發(fā)電節(jié)能領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。文中主要介紹了火電廠變頻電機的節(jié)能原理和運行過程，探討了一次風(fēng)機的變頻改造方案選定，以及其實際應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：變頻電機；火力發(fā)電；一次風(fēng)機；應(yīng)用探析

1　一次風(fēng)機變頻調(diào)速節(jié)能的意義

1.1　一次風(fēng)機在火力發(fā)電廠的作用

一次風(fēng)機是火力發(fā)電廠的重要動力設(shè)備，其主要工作原理是通過風(fēng)機轉(zhuǎn)動的機械能轉(zhuǎn)換為葉輪輸送風(fēng)流的動能，將干燥的煤粉利用風(fēng)壓經(jīng)過磨煤機送入燃燒的爐膛。在整個火力發(fā)電設(shè)備系統(tǒng)中，一次風(fēng)機是重要的組成部分，在動力循環(huán)、輔助發(fā)電機械工作等方面具有重要的作用，其安全性和經(jīng)濟性對火電廠的發(fā)電效益有著重要的影響。

1.2　風(fēng)機變頻調(diào)速節(jié)能的意義

將風(fēng)機進(jìn)行變頻調(diào)速后可以節(jié)約大量的電力消耗?；痣姀S中的一次風(fēng)機等設(shè)備的使用時間比較長，電力資源消耗比較大，研究一次風(fēng)機的變頻調(diào)速技術(shù)和風(fēng)機節(jié)能措施具有非常重要的現(xiàn)實意義。通過風(fēng)機運行原理分析可知，合理的調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速可以實現(xiàn)風(fēng)機節(jié)能的目的，因為火電廠中的發(fā)電機組的電力負(fù)載是隨著電網(wǎng)中用電設(shè)備的負(fù)荷大小變化而相應(yīng)變化的，如果電力系統(tǒng)中的負(fù)荷隨時間發(fā)生了變化，那么發(fā)電機組的功率也必須進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，為發(fā)電機組服務(wù)的風(fēng)機等輔機也應(yīng)相應(yīng)變化，以保持供電系統(tǒng)的供需平衡。通常情況下采用擋板或者閥門的調(diào)節(jié)技術(shù)不僅不能有效節(jié)約電能，而且還會影響發(fā)電機的功率和系統(tǒng)的平衡，這種情況下風(fēng)機變頻改造就有非常重要的意義。

2　一次風(fēng)機變頻改造設(shè)計方案

2.1　一次風(fēng)機節(jié)能改造原理

在火力發(fā)電中傳統(tǒng)上對一次風(fēng)機進(jìn)行流量調(diào)控的手段是利用風(fēng)機擋板或者流量閥門，但是這種方法會造成大量的能量浪費。比較好的風(fēng)機節(jié)能方式是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方法，其有多種形式。目前公認(rèn)的效果最好的是高壓變頻調(diào)節(jié)方式，即利用高壓控制下的變頻電機進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，進(jìn)而控制風(fēng)量和流量。對于風(fēng)機而言，其主要的定義參數(shù)是流量Q、風(fēng)機的出口壓力H、功率P、有效靜壓Hg，效率η等，表示風(fēng)機的特性曲線有H-Q曲線、P-Q曲線、η-Q曲線、管路風(fēng)阻特性曲線。風(fēng)機有效負(fù)載的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的二次方成正比，而風(fēng)機的軸功率與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比，所以可以通過不斷控制風(fēng)機的轉(zhuǎn)動速度來達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。根據(jù)H-Q―S―P狀態(tài)圖(如圖1)可以看出，采用變頻轉(zhuǎn)速是一種比較好的節(jié)能方法。

圖1 H-Q―S―P狀態(tài)圖

2.2　變頻調(diào)速方案面臨的技術(shù)問題

就目前的情況來說，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在電壓低于380 V的風(fēng)機，但是控制電壓比較高的風(fēng)機卻一直沒有得到廣泛的應(yīng)用，其主要技術(shù)障礙在于所使用的功率電子器件的電壓承受能力和開關(guān)頻率受到了一定技術(shù)限制。高壓變頻電機主要研究內(nèi)容在于：高壓、大電流技術(shù)；新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)；全數(shù)字自動化控制技術(shù)；現(xiàn)代控制技術(shù)等。

就目前的技術(shù)產(chǎn)品來看，高壓變頻電機的實現(xiàn)方案主要有：采用 Y-Δ變換法、高—低—高變頻調(diào)速系統(tǒng)、直接高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。以第二種為例，這種調(diào)解方案主要是將輸入的高電壓通過降壓變壓器變?yōu)榈碗妷?，然后輸入給變頻器，將變頻器輸出的低電壓通過升壓變壓器輸出為高電壓，以滿足電機的交變電流要求。其原理結(jié)構(gòu)圖如圖2。但是這種方案有一定的局限性，節(jié)能效果并不是很理想。

圖2 高—低—高變頻調(diào)速系統(tǒng)

2.3　一次風(fēng)機進(jìn)行變頻改造的設(shè)計要點

一次風(fēng)機變頻改造的技術(shù)原理如圖3，變頻電機帶動下的風(fēng)機旁路方案采用一臺高壓變頻器控制一臺一次風(fēng)機運行的方式。為了保證系統(tǒng)安全可靠的運行，變頻器必須和工頻旁路裝置協(xié)調(diào)工作。變頻器出現(xiàn)工作狀態(tài)異常時，就會停止運行，在特殊情況下，可以利用手動裝置進(jìn)行旁路裝置的切換。同時，變頻器與系統(tǒng)連接采用兩種控制方式：一是現(xiàn)場就地控制方式，二是利用可編程的邏輯控制器與DCS 的連接，實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。對變頻器的保護(hù)方案可以采用：過載保護(hù)、過流保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、變頻裝置和隔離變壓器的溫度過熱保護(hù)等。

圖3 一次風(fēng)機變頻改造的技術(shù)原理圖

3　一次風(fēng)機變頻改造的實際應(yīng)用效果

3.1　一次風(fēng)機變頻改造后的節(jié)能效果

利用該設(shè)計原理對中國聯(lián)合工程公司的#1 機組實行變頻調(diào)速改造后，系統(tǒng)的工作狀態(tài)比較穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著，筆者將改造的#1 機組 A、B一次風(fēng)機與未進(jìn)行改造的#2 機組 A、B 一次風(fēng)機同時運行一段時間后進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的統(tǒng)計和對比分析，制作了電機參數(shù)對照分析如表1，可以看出，經(jīng)過改造后的風(fēng)機節(jié)能效果比較理想，為企業(yè)節(jié)約了大量的經(jīng)濟成本，具有顯著的經(jīng)濟效益。

表1　#1、#2 機組一次風(fēng)機變頻電機參數(shù)對比表

3.2　一次風(fēng)機進(jìn)行變頻改造后的優(yōu)缺點

變頻改造后的優(yōu)缺點如下。

(1)改造后的風(fēng)機減少了風(fēng)機啟動時的電流沖擊。一次風(fēng)機的電機在啟動時最大啟動電流約為額定電流的7倍，其他啟動方式也有好幾倍，但是從技術(shù)改造后的風(fēng)機啟動時的負(fù)載曲線可以看出，改造后的風(fēng)機啟動時基本上沒有電流沖擊，即使電流隨著轉(zhuǎn)速的提高而增加，但是仍然不會超過電機的額定電流，一定程度上大大減輕了系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)的費用。

(2)改造后的變頻電機相對于沒有改造的電機壽命大大延長。改造后的電機的轉(zhuǎn)動速度具有一定的變化規(guī)律，減少了軸承的使用負(fù)載，延長了電機的使用壽命。

(3)筆者在實際工作中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過改造后的電機在啟動時會出現(xiàn)一定的振動現(xiàn)象，這對系統(tǒng)的安全運行造成了一定的威脅。經(jīng)過研究得出：這種振動是由于風(fēng)機的振動頻率和自有頻率有關(guān)聯(lián)變化，會使風(fēng)機進(jìn)入共振狀態(tài)。結(jié)合實際為了保證系統(tǒng)的安全運行，采取調(diào)整電機的轉(zhuǎn)動速度，使風(fēng)機在工作時的振動頻率發(fā)生變化，避免進(jìn)入共振區(qū)的頻率范圍。

(4)在實際的發(fā)電應(yīng)用中，當(dāng)兩臺處于正常狀態(tài)的變頻器進(jìn)入工作狀態(tài)時，如果其中的一臺發(fā)生了系統(tǒng)故障或者引發(fā)系統(tǒng)跳閘操作，將會使另一臺風(fēng)機也引發(fā)跳閘操作。如果系統(tǒng)觸發(fā)不當(dāng)，將會造成嚴(yán)重后果，其改進(jìn)措施是不斷提高功率元件及阻容保護(hù)。

4　結(jié)束語

變頻電機改造和變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今火力發(fā)電中節(jié)約電能、改進(jìn)工藝技術(shù)的重要手段，以其較好的啟動狀態(tài)和優(yōu)質(zhì)的調(diào)速能力、較高的節(jié)能效率、較高的工作性能等優(yōu)點在諸多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。為了提高火電廠的經(jīng)濟效益，減少工作時的電力能源消耗，有必要對大量使用的一次風(fēng)機進(jìn)行技術(shù)改造，提高變頻電機的應(yīng)用范圍。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡永強. CFB鍋爐一次風(fēng)機變頻改造及效益分析[J]. 山東煤炭科技， 2010，(02) ：49-50.

[2]王彥生,李文平.火電廠一次風(fēng)機變頻改造控制方案應(yīng)用探討[J]. 科技資訊,2010,(23) :138-139.

[3]張波.電廠鍋爐一次風(fēng)機變頻器改造[J]. 黑龍江科技信息,2009,(12):51.

[4]胡紀(jì)明.風(fēng)機變頻調(diào)速裝置實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)分析[J]. 科技資訊,2009,(18):32.

運營探討

Exploration of Application of Inverter-fed Motor in Primary Air Fan of

Thermal Power Plant

LIN Wu

(China United Engineering Corporation, Hangzhou 310052, China)

Abstract:How to conduct technological transformation of existing coal-fired generator set in order to reduce power consumption and coal consumption is a very worthwhile research issue. Applying variable frequency control technology in fan and water pump is an important part of China's energy-saving technological transformation of power system. Currently high voltage variable frequency control technology has been widely used in energy conservation of thermal power generation. This paper mainly introduces the energy-saving principle and operation of variable frequency inverter-fed motor of thermal power plant, and explores variable frequency transformation program selection of primary air fan, as well as its practical application effects.

Key words:inverter-fed motor; thermal power generation; primary air fan; application exploration

中圖分類號：TN86，TM464

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3664(2015)02-0114-02

作者簡介：林武(1980-)，男, 浙江龍泉人,工程師,2004年重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院專業(yè)畢業(yè)，主要從事電氣設(shè)計工作。

收稿日期：2015-02-08