［摘要］文章依據(jù)流體力學(xué)的基本原理,對火力發(fā)電廠中幾類耗電量較大的輔機(jī)采用高壓變頻器后的節(jié)能效果進(jìn)行分析,對進(jìn)行高壓電動(dòng)機(jī)變頻改造后繼電保護(hù)遇到的問題提出了解決辦法，并且進(jìn)一步說明了采用高壓變頻器對提高電廠經(jīng)濟(jì)效益起到有利作用，同時(shí)引入了全壽命周期的概念。

［關(guān)鍵詞］變頻；風(fēng)機(jī)；節(jié)能；應(yīng)用

［作者簡介］何耀棠，中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東火電工程總公司，廣東廣州，510000

［中圖分類號(hào)］ TM433 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1007-7723（2012）06-0035-0002

在我國的發(fā)電能源構(gòu)成中，火電占70%以上，而火力發(fā)電廠雖然是電能的生產(chǎn)者，其廠用電卻又是電能的消耗者，特別是拖動(dòng)大容量風(fēng)機(jī)、水泵類輔機(jī)的高壓廠用電動(dòng)機(jī)的耗電量要占廠用電的80%左右。如何在火力發(fā)電廠中進(jìn)行節(jié)能改造已成為關(guān)注的重點(diǎn)。發(fā)電廠除采用高參數(shù)、大容量發(fā)電機(jī)組以提高電廠效率、降低煤耗外，高壓變頻節(jié)能技術(shù)已經(jīng)成為主要的解決方式。隨著高壓大功率變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟，在部分電廠廣泛推廣進(jìn)口高壓變頻器。變頻器系統(tǒng)還安裝了一些傳感器，這些傳感器的信號(hào)也送到主控系統(tǒng)處理。通過功能鍵可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行、停機(jī)、復(fù)位及功能參數(shù)設(shè)定和記錄查詢等功能。下面就高壓變頻器在電廠中如何做到有效降低廠用電率，減少發(fā)電成本進(jìn)行分析與討論。

一、高壓變頻器在電廠的應(yīng)用狀況

（一）高壓變壓器在風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

火電廠自身設(shè)備對于電量就有很大的需求，其耗電量高達(dá)總發(fā)電量的8%左右，因此降低火力發(fā)電設(shè)備的自身用電消耗已經(jīng)成為緩解用電緊張與提高電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的一種有效途徑。其中風(fēng)機(jī)的用電量消耗在總電廠消耗中占有較大的比重，如用傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)風(fēng)門與擋板的方法來對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，會(huì)產(chǎn)生較大的功率損耗。該調(diào)節(jié)方法的實(shí)質(zhì)就是通過對于風(fēng)阻的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對于風(fēng)速與風(fēng)量的控制。根據(jù)鍋爐的正常運(yùn)營需求，當(dāng)風(fēng)量降低到一定程度時(shí)，風(fēng)機(jī)管網(wǎng)的風(fēng)阻特性曲線就會(huì)發(fā)生變化，這樣就會(huì)使軸功率有所減小，但是減小的幅度不太明顯。

使用變頻調(diào)速控制法能夠使風(fēng)機(jī)的運(yùn)行功率得到有效的降低。該方法的工作原理是在保持擋板的開度為最大的情況下，通過改變電源的頻率來實(shí)現(xiàn)對于風(fēng)量的調(diào)節(jié)，使其風(fēng)量得到相應(yīng)降低。此時(shí)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓-風(fēng)量曲線也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，風(fēng)壓會(huì)得到明顯的降低，其所節(jié)約的功率損耗也非常明顯。

（二）高壓變頻器在凝結(jié)水泵中的應(yīng)用狀況

在火力電廠凝結(jié)水泵選擇時(shí)，要確保其能滿足機(jī)組運(yùn)行的工況要求并且有一定的冗余量。同時(shí)，因負(fù)荷峰谷之間的差距較大，往往使電網(wǎng)機(jī)組出現(xiàn)低負(fù)荷運(yùn)行的現(xiàn)狀。然而水泵也是采用定速運(yùn)行的方式，往往通過進(jìn)出口處的閥門來對水量進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，使電機(jī)出力接近額定工作狀態(tài)。因此，即使機(jī)組低流量、低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，電機(jī)消耗的功率也會(huì)接近額定功率，這就會(huì)造成嚴(yán)重的電能浪費(fèi)，從而也使電機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)受到相應(yīng)的影響。因此，現(xiàn)在常用高壓變頻器來對水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，使其轉(zhuǎn)速能夠進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而使電機(jī)的輸入功率得到有效的調(diào)節(jié)，達(dá)到了節(jié)能的目的。

二、電廠高壓輔機(jī)的節(jié)能方法

輔機(jī)設(shè)備多用于鍋爐煙風(fēng)與煤粉制備等系統(tǒng)，根據(jù)生產(chǎn)需要與設(shè)計(jì)要求，對爐膛溫度、風(fēng)量、風(fēng)速、壓力等進(jìn)行合理的控制與調(diào)節(jié)。在此過程中，多使用調(diào)節(jié)擋板與風(fēng)門開度的方法來對受控對象進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。然而，這種調(diào)節(jié)手段不能夠根據(jù)生產(chǎn)需求來從根本上對風(fēng)量進(jìn)行控制，在風(fēng)機(jī)的全速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，能量都以擋板、風(fēng)門的節(jié)流損失隨著工況的變化而消耗掉。在電力生產(chǎn)的具體過程中，不僅對其精度不能進(jìn)行有效的控制，還會(huì)造成大量的設(shè)備損耗與能源浪費(fèi)。

在實(shí)際的電力生產(chǎn)運(yùn)營過程中，高壓輔機(jī)通常是在兼帶變速調(diào)節(jié)與節(jié)流調(diào)節(jié)的情況下進(jìn)行多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行工作的。在這種情況下，當(dāng)主機(jī)的負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，通常會(huì)有多種輔機(jī)調(diào)速方案。因此，為了使輔機(jī)在運(yùn)營過程中技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)能夠得到最優(yōu)化，在確定調(diào)速方案之前應(yīng)對其進(jìn)行綜合的評價(jià)與分析。

（一）風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能方法的應(yīng)用

近些年來，高壓變頻在引風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用已經(jīng)開始向大功率和超大功率產(chǎn)品應(yīng)用方面發(fā)展，并取得了良好的效果。這在一定程度上表明，火力電廠對于高壓變頻技術(shù)的安全可行性已經(jīng)得到了充分的認(rèn)可，并充分認(rèn)識(shí)到了該技術(shù)在完善引風(fēng)系統(tǒng)工藝的同時(shí)，所帶來的可觀的節(jié)能效益。

筆者對一家火力發(fā)電廠的調(diào)查研究表明，在該火力發(fā)電廠引入風(fēng)機(jī)變頻改造方法后，在 216～267MW負(fù)荷段每天所能節(jié)約的電量能夠達(dá)到12000 kwh左右，從而使該發(fā)電廠的自身用電率降低了0.2個(gè)百分點(diǎn)，平均節(jié)能率也達(dá)到了38％左右。該機(jī)組如果按每年運(yùn)行7400個(gè)小時(shí)計(jì)算，每年所節(jié)約的電量能夠達(dá)到368萬kwh。

（二）給水泵變頻節(jié)能方法的應(yīng)用

因?qū)τ谀Y(jié)水泵變頻的改造主要存在于低壓變頻改造項(xiàng)目中的應(yīng)用，因此，變頻技術(shù)在凝結(jié)水泵系統(tǒng)中的運(yùn)用中對于技術(shù)門檻要求較低。在高壓變頻技術(shù)逐漸趨于成熟的今天，對于凝結(jié)水泵方面的節(jié)能改造已受到越來越多電廠用戶的接受與認(rèn)可。

就筆者所接觸到的該家火力發(fā)電廠而言，在部分機(jī)組的凝結(jié)水泵安裝上變頻裝置之后，將變頻調(diào)節(jié)實(shí)際耗電量與定速節(jié)流調(diào)節(jié)耗電量按每年運(yùn)行7400個(gè)小時(shí)計(jì)算，每年電能節(jié)約的效益可以達(dá)到186萬kwh。當(dāng)上網(wǎng)電量受到限制時(shí)，每年所能夠節(jié)約的燃料成本可以達(dá)到40.8萬元，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)能夠滿足生產(chǎn)與設(shè)計(jì)需求。

三、變頻節(jié)能原理分析

前文已經(jīng)提到，變頻器的節(jié)能主要應(yīng)用于水泵、風(fēng)機(jī)等系統(tǒng)上。風(fēng)機(jī)、泵類傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法是通過對于擋板和閥門的調(diào)節(jié)來對給水量和給風(fēng)量進(jìn)行控制，其大量的能量都會(huì)消耗在擋板與閥門的截流過程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)，可以通過降低風(fēng)機(jī)或泵的轉(zhuǎn)速來滿足相關(guān)設(shè)計(jì)要求。

由流體力學(xué)可知，P＝Q×H，其中Q代表流量，H代表壓力，流量Q與轉(zhuǎn)速成正比，而壓力H與轉(zhuǎn)速N的二次方成正比，功率P與轉(zhuǎn)速N的三次方成正比。當(dāng)風(fēng)機(jī)的效率一定而要求流量下降時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速N的下降來使軸輸出功率成三次方關(guān)系下降。即風(fēng)機(jī)的耗電功率與其轉(zhuǎn)速成近似立方比的關(guān)系，當(dāng)需要使Q降低時(shí)，可以調(diào)節(jié)變頻器的輸出功率而使轉(zhuǎn)速N降低，而電動(dòng)機(jī)的功率P也會(huì)按三次方關(guān)系大幅度降低。大約比調(diào)節(jié)擋板和閥門節(jié)能40%至50%之間，從而達(dá)到真正降低能源消耗的目的。

四、結(jié)語

綜上所述，高壓變頻器的使用在很大程度上改變了輔機(jī)傳統(tǒng)的運(yùn)行工藝，在提高其運(yùn)行效率的同時(shí)，也降低了其運(yùn)行成本和能源消耗。同時(shí)，高壓變頻器的使用也使風(fēng)機(jī)、水泵等輔機(jī)系統(tǒng)的日常運(yùn)行和維護(hù)方式也發(fā)生了相應(yīng)的改變。實(shí)踐證明，高壓變頻器能夠有效提高輔機(jī)運(yùn)行的安全性與技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，從而在滿足經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性等設(shè)計(jì)原則的同時(shí)，提高了電力系統(tǒng)的可靠性。

［參考文獻(xiàn)］

［1］楚登攀.高壓變頻器在電廠風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用實(shí)踐［J］.中國科技縱橫, 2011, (10).

［2］盧東輝,楊長華,沈靜云.DHVECTOL大功率高壓變頻器在國產(chǎn)超超臨界機(jī)組引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中的成功應(yīng)用［J］.自動(dòng)化應(yīng)用, 2011, (2).

［3］于國先,張秀華,張德科.東方電子高壓變頻器在青島東億熱電廠送風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用［J］.資源節(jié)約與環(huán)保, 2011, (2).

［4］李福權(quán).高壓變頻器在熱電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用［J］.廣西節(jié)能, 2012, (1).

［5］胡家旺,劉海江,張亞萍.淺談高壓變頻器節(jié)能技術(shù)發(fā)展及在大慶石化公司熱電廠除塵器改造中的實(shí)際應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào), 2012, (9).

［6］唐虎震.高壓變頻器在發(fā)電廠風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用［J］.科技風(fēng), 2011, (10).