高壓交流變頻調(diào)速技術是上世紀90年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動調(diào)速技術，主要用于交流電動機的變頻調(diào)速，其技術和性能勝過其它任何一種調(diào)速方式（如降壓調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、內(nèi)反饋串級調(diào)速和液力耦合調(diào)速）。變頻調(diào)速以其顯著的節(jié)能效益、高精確的調(diào)速精度、寬范圍的調(diào)速范圍、完善的電力電子保護功能，以及易于實現(xiàn)的自動通信功能，得到了廣大用戶的認可和市場的確認，在運行的安全可靠、安裝使用、維修維護等方面，也給使用者帶來了極大的便利和快捷的服務，使之成為企業(yè)采用電機節(jié)能方式的首選。

　　山西某發(fā)電廠一期兩臺機組為500MW汽輪發(fā)電機組，兩臺機組鍋爐分別裝有兩臺引風機，均為軸流風機，風量調(diào)節(jié)為入口擋板調(diào)節(jié)方式;機組運行中，引風機的入口擋板開度最大不到85%左右。由于這樣的調(diào)節(jié)方法僅僅是改變通道的流通阻力，而驅(qū)動源的輸出功率并沒有改變，節(jié)流損失相當大，浪費了大量電能。致使廠用電率高，供電標煤耗高，發(fā)電成本不易降低。同時，電機啟動時會產(chǎn)生5～7倍的沖擊電流，對電機構成損害。鍋爐引風機系統(tǒng)自動化水平低，不能及時調(diào)節(jié)，運行效率低。為此采用變頻調(diào)節(jié)方式對風機系統(tǒng)進行改造，以減少溢流和節(jié)流損失，提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。

2.鍋爐引風機高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)構成

　　1.鍋爐引風機的運行工況及特點

　　根據(jù)目前設備配置和運行狀況，風量隨機組負荷變動，當需要調(diào)節(jié)風量時，由于風機的型號在早期已經(jīng)選定，故只能通過入口擋板開度來解決風量的問題，造成極大浪費，同時由于這些調(diào)節(jié)裝置的響應速度，及與風量的非線性關系，使得同機組DCS系統(tǒng)配合不利，自動化水平大大降低。有鑒于此，將每臺爐的引風機改為變頻驅(qū)動。風量由DCS或手動給定4～20mA信號調(diào)節(jié)。

　　2.鍋爐引風機高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)構成

　　CHH100-2200-6（適配2200kW/6kV電機）高壓變頻器1臺、系統(tǒng)旁路開關柜（2200kW）1臺（手動，用于變頻/工頻切換）、2臺500MW機組配置引風機4臺，采用“一拖一”變頻控制，共有4套引風機變頻調(diào)速系統(tǒng)。 CHH100-2200-6變頻器參數(shù)如下：

　　3.鍋爐引風機高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)特點

　　風機調(diào)速是由電廠操作人員通過DCS系統(tǒng)的CRT上的模擬操作器，參照煙氣溫度、鍋爐蒸汽溫度、負壓等參數(shù)，對DCS的輸出值進行調(diào)節(jié)，此輸出值為反饋給變頻器的4～20mA標準信號，對應不同的頻率（速度）給定值，變頻器通過比較轉(zhuǎn)速輸出量與DCS速度給定之間的大小，自動調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)風機轉(zhuǎn)速控制，從而達到調(diào)節(jié)的目的。 在此基礎上，經(jīng)過一段時間的積累，可將不同負荷和溫度下的給定值繪制成曲線，定出安全的上下限，制成風機調(diào)速專用算法，同時利用熱工一次測量元件，將采集的負荷和溫度參數(shù)及負壓的變化值送到機組DCS系統(tǒng)中，在機組DCS系統(tǒng)中，進行控制運算，將計算結果形成4～20mA的速度給定指令信號，反饋給變頻器，變頻器通過比較轉(zhuǎn)速輸出量與DCS速度給定之間的大小，自動調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)風機的轉(zhuǎn)速自動控制。 鍋爐引風機變頻系統(tǒng)具有如下特點：鍋爐引風機變頻系統(tǒng)，既可以變頻調(diào)速運行，也可以直接投工頻運行;為變頻器提供的交流220V控制電源掉電時，由于變頻器的控制電源和主電源沒有相位及同步要求，變頻器可以使用UPS和直流供電繼續(xù)運行，不會停機;在現(xiàn)場DCS速度給定信號掉線時，變頻器提供報警的同時，可按原轉(zhuǎn)速繼續(xù)運行，維持機組的工況不變;變頻器配置單元旁路功能，在局部故障時，變頻器可將故障單元旁路，降額繼續(xù)運行，減少突然停機造成的損失;保留原電機繼續(xù)使用，不改變原有風機設備任何基礎;和電廠的DCS系統(tǒng)實現(xiàn)無縫連接。

3.鍋爐引風機變頻調(diào)速節(jié)能分析計算

　　1.風機變頻調(diào)速的節(jié)能原理

　　當采用變頻調(diào)速時，可以按需要升降電機轉(zhuǎn)速，改變風機的性能曲線，使風機的額定參數(shù)滿足工藝要求，根據(jù)風機的相似定律，變速前后風量、風壓、功率與轉(zhuǎn)速之間的關系為： Q1/Q2=N1/N2

　　H1/H2=（N1/N2）²

　　P1/P2= （N1/N2）³

　　Q1、H1、P1—風機在N1轉(zhuǎn)速時的風量、風壓、功率

　　Q2、H2、P2—風機在N2轉(zhuǎn)速時相似工況下的風量、風壓、功率

　　假如轉(zhuǎn)速降低一半，即：N2/N1=1/2，則P2/P1=1/8，可見降低轉(zhuǎn)速能大大降低軸功率達到節(jié)能的目的。當轉(zhuǎn)速由N1降為N2時，風機的額定工作參數(shù)Q、H、P都降低了。但從效率曲線л-Q看，Q2與Q1點的效率值基本是一樣的。

　　也就是說當轉(zhuǎn)速降低時，額定工作參數(shù)相應降低，但效率不會降低，有時甚至會提高。因此在滿足操作要求的前提下，風機仍能在同樣甚至更高的效率下工作。降低了轉(zhuǎn)速，風量就不再用關小風門來控制，風門始終處于全開狀態(tài)，避免了由于關小風門引起的風力損失增加，也就避免了總效率的下降，確保了能源的充分利用。 工頻50Hz電網(wǎng)直接啟動，對電網(wǎng)和機械沖擊較大，聲響很大，估算其啟動一次的損耗： WS=0.5JωO2（1+R1/R2）TM/ TM- TL，離心風機負載的平方轉(zhuǎn)矩特性與異步電動機起動時的機械特性曲線部分相似，可以TM/ TM- TL =1計。而變頻軟起動損耗很小，只有上述WS的1/10，則每年的起動節(jié)能也是很可觀的。 當采用變頻調(diào)速時，50Hz滿載時功率因數(shù)為接近1，工作電流比電機額定電流值要低許多，這是由于變頻裝置的內(nèi)濾波電容產(chǎn)生的改善功率因數(shù)的作用，可以為電網(wǎng)節(jié)約容量20%左右。

　　2.鍋爐引風機高壓變頻調(diào)速節(jié)能分析計算

　?。?）設備參數(shù)

　?。?）發(fā)電機不同負荷下風機運行參數(shù)統(tǒng)計

　　（3）引風機節(jié)能效果分析計算

　　工頻情況的功率計算：

　　由于在運行過程中，爐側(cè)需根據(jù)機組負荷變化的要求同時調(diào)整A、B風機完成過程控制量的調(diào)節(jié)，且A、B風機運行性能指標一致;因此可以對A、B引風機運行數(shù)據(jù)分別合并處理。并且采用流量百分比和擋板開度之間關系的變化趨勢曲線對引風機的變頻功耗進行推倒。 Pd：電動機功率;U：電動機輸入電壓;I：電動機輸入電流;COSφ：功率因數(shù)。計算公式： Pd=1.732×U×I×COSφ。根據(jù)公式，由電機的Pdn、I0、U0可計算得出COSφ值。引風機數(shù)據(jù)處理后得下表

　　通過對上述數(shù)據(jù)中總功率和擋板平均開度之間關系的變化趨勢分析，可以看出風門擋板開度和總功率之間略呈線形關系。如下圖所示：

　　現(xiàn)取457、499MW負荷點的平均開度百分比和電動機總功率數(shù)據(jù)對100%開度情況下的總耗電功率數(shù)據(jù)特性趨勢進行計算，并且推測出100%開度情況下的總耗電功率值： P100=（3192.30-3142.54）/（73.1-69.5）×（100-73.1）+3192.73=3935.89kW 即：100%擋板開度電動機全速運行情況下的實際總功率為3935.89kW。變頻情況下的功率計算及節(jié)電率分析：風機設備屬平方轉(zhuǎn)矩負載，其轉(zhuǎn)速N與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關系：Q∝N,H∝N2,P∝N3,即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。通過風機數(shù)據(jù)，依據(jù)P//Pdn=（ N // N0）3=（Q//Q0）3公式可依次求得風機在采用變頻調(diào)速運行時各負荷對應的風機總功耗。Pdn為擋板100%全開情況下的功率值等于P100。對于風機負載，風門開度的比值可近似看成是風量的比值。 則變頻運行情況下，較工頻運行情況下的節(jié)電率：л= （Pd- Pb）/ Pd×100%。根據(jù)上述公式可得下表結果：

4.結束語

　　隨著廠網(wǎng)分開，競價上網(wǎng)日趨激烈，如何降低發(fā)電成本、提高發(fā)電企業(yè)競價上網(wǎng)的競爭能力、加強內(nèi)部管理、挖潛節(jié)能是電廠必須認真研究的一件大事，采用高壓變頻器對電廠高能耗用電設備如：送風機、引風機、給水泵、循環(huán)水泵等技術改造，不僅能收到直接的降低廠用電、降低供電煤耗，增大上電網(wǎng)電量帶來的直接經(jīng)濟效益，而且設備乃至機組的安全可靠性提高，減少機組故障帶來的隱形經(jīng)濟效益。高壓變頻器技術在發(fā)電廠有值得推廣應用的廣闊空間。