电厂风机变频器调速技术的应用与节能研究

　　高压变频器调速技术突破了串级调速、内反馈串级调速、液力耦合器调速等传统技术的局限性，具有价格低，质量优、可靠性强、性能高等优点，能够很好地满足生产要求，是发电厂降低发电成本、提高发电企业的竞争力、挖掘节能潜力、加强内部管理的首选。本文将对发电厂高压变频器调速技术展开具体论述。

　　1 高压变频器的调速技术及其优越性

　　调速方式主要有串级调速、内反馈串级调速、液力耦合器调速、高压变频调速等方法。但前三种方法都有其不可避免的缺点，串级调速缺点包括：难以实现系统配套、控制系统复杂、对电网影响大；内反馈串级调速缺点包括：电机需要配套、容易出现事故、对电网影响大、设备老化快；液力耦合器调速缺点包括：精度低、启动电流大、维修困难成本高。由于目前电力电子技术的发展，计算机控制技术的进步，现代通信技术、高压电气以及电机拖动等综合性领域的学科技术不断成熟，因此相比于其他调速方式，高压变频调速有无法比拟的优点：

　　（1） 模块化设计，结构紧凑，维护方便，增强了产品的互换性；采用光纤通讯技术，提高了产品的抗干扰能力和可靠性。

　　（2）由于变频器采用的是液晶显示界面，触摸式调整面板，可以同步显示电压、电流、电机转速、频率，所以可以非常直观的显示出电机工作时的状态。

　　（3）准确地显示频率分辨率以及精确的调速精度，可以满足全部生产工艺状况的需要。

　　（4）高压变频器带有国际通用外部接口，可以与可编程控制器及工控机等仪表相互连接，还可以与其原设备控制回路相互连接，构成部分闭环系统。

　　（5）由于具有工业电气保护和电力电子保护功能，保证高压变频器以及电机在运行正常或故障时有可靠的安全保障。

　　（6）由于电机具有软制动、软启动，且启动的电流小并小于电机的额定电流，电机启动的时间连续且可调。可减少对电网的负面影响。

　　（7）具有近程和远程操作功能，可以通过互联网等方式进行远程监控功能。

　　（8）可减少配件损耗，能够延长设备寿命，降低成本、提高劳动效率。

　　2 风机高压变频器的节能原理分析

　　2.1 发电厂风机的基本参数

　　Q为风量（m3/h）：单位时间内，风机所输送的空气量。

　　H为风压（Pa或MPa）：空气经过风机时，单位体积空气所增加的能量。

　　n为转数（r/min）：风机叶轮单位时间内的转数。

　　Ps为轴功率（kW）：原动机加载在风机转轴上的功率。

　　Pn为有效功率（kW）：单位时间内，风机对空气做功的实际功率。

　　η为风机效率：风机对空气做功，有部分损失而不能将能量全部传递给空气，一个评价风机优劣的标准。

　　2.2 风机调速节电原理分析

　　采用调节风机转数控制风量的方法与调节风门的方法相比较，有明显的节电效果。原理如图1所示。

　　在图1中，曲线1表示风机在恒速下风压——风量的特征曲线，曲线2表示风机在恒速下功率——风量的特征曲线；曲线3表示管网的阻力特性的曲线（风门全开的情况）。

　　假设风机设计在工况为A点时，为效率最高。此时，风机输出的风量Q是100%，轴功率（Ps1）与风压（H1）和风量（Q1）的乘积成正比关系，即Ps1与由OQ1AH1围成的图形面积成正比。

　　当风量需要调节时，例如：将风量从额定的100%减少至风量的50%，即从Q1至Q2时，如果采用调节风门的方式来调节风量，使管网阻力特性的曲线由曲线3变为曲线4。也就是说，由于风门减小开度而增加了内部管网的阻力。同时，系统的图示工作点也由A点移动至B点。容易看出，虽然风量降低了，但由于风压增加，Ps2与OQ2BH2围成的图形面积成正比。且同Ps1相比较，相差不多。

　　但如果采用通过调节转速控制风量的方法，风机转速从原来的n1降低至n2。根据风机参数的比例规律可知，可绘出在转速n2情况下的风压——风量的特性曲线5，风机的工况用C点表示。可见，在满足相同的风量Q2的情况下，风压能大幅度降到H3，轴功率因与OQ2CH3成正比，也会有明显的下降。所节约功率与面积OQ1AH1和OQ2CH3的差值成正比。因此，可以看出，当选用调节转速来控制风量的方法，其经济效益十分明显的。

　　由流体力学可得，风量正比于转速的改变，风压正比于转速改变的平方，轴功率正比于转速改变的立方。

　　当其需要的风量减少时，风机转速下降时，风机功率以转速的立方下降。当其需要的风量为额定风量的50%时，可知轴功率下降至额定功率的12.5%。通过上面可以看出，调速节电的效果是十分明显的。

　　3 高压变频器投产运营后的节能效果分析

　　（1）因投入变频器后，风道挡板处在全开位置，风道挡板的压流损失降低为0。

　　（2）由于变频器可以非常平滑且稳定地调整风量，因此，运行人员就可以更加自如地调控燃烧。

　　（3）当投入变频器后，可以大大改善锅炉的燃烧自动控制系统的工作状况，从而使自动装置的工作可靠性大大地提高。

　　（4）如果电机的容量为800kW，大于风机的额定功率，这部分多余的容量将不会参与有效的利用，从而造成浪费。而投入变频器后，利用变频器可以超速的能力和功能，在不超出电机额定容量的前提下，可以使风速超速到2.5%，因而在机满负荷下可使得吸风机风压显着提高，锅炉的燃烧状况明显得到改善。

　　（5）由于变频器具有软启动功能，这样就减少了电动机启动时的启动电流。从而有效减轻了启动机械转矩对电动机的机械损伤，有效的延长了电动机的使用寿命。

　　4 结语

　　高压变频器技术较为直观、可靠、安全，将高压变频器应用在引风机、二次引风机上，具有近程和远程操作功能，对电网的负面影响小，能直接降低生产用电成本较低等优点。此外，高压变频器技术能够提高设备及机组的可靠性，降低机组故障带来的隐形成本，实现了发电厂的节能，增大上网电量带来的直接效益。