簡析高壓變頻調速技術在火電廠風機和泵類實踐中的節能研究

陳建軍

摘 要：在火電廠的各類輔機設備中，風機、泵類設備占據了絕大多數的比例，其耗電量也同時占據電廠總耗電量的50%以上，而事實上，風機和泵類設備在使用過程中，都存在較大的裕量，蘊藏著巨大的節能潛力。在火電廠裝機容量不斷擴大，調峰力度增加的影響下，機組的負荷變化頻繁且變化幅度較大，必須對風機的轉速以及泵類設備的流量等進行實時調節，以提高能源的利用效率。本文主要針對高壓變頻技術在火電廠風機和泵類節能改造中的應用進行分析和探討，希望能為火電廠工作的順利進行提供理論支持和方案參考。

關鍵詞：高壓變頻調速技術；火電廠；風機；泵類；節能

前言

隨著經濟的高速發展，我國社會對于電力的需求也在不斷增長，能源短缺問題受到了社會各界的廣泛關注。作為電力產品的主要生產者，火電廠同時也是資源消耗的大戶，在生產過程中，需要消耗大量的能源資源，尤其是風機和泵類設備，其節能研究受到了越來越多專業人員的重視。在不斷的發展過程中，變頻調速技術憑借自身運行穩定、故障率低、節能效果顯著等特點，在火電廠節能改造工作中得到了廣泛的應用。

1 火電廠風機和泵類設備能耗現狀

最近幾年，社會生產力水平快速提高，帶動了人們生活水平的提高，同時也使得社會對于電力的需求不斷增加。為了滿足日益增長的電力需求，火電廠的機組容量不斷擴展，同時為了保證電力生產和供應的可靠性和安全性，機組分配利用小時數相對較低，加入平均負荷也較小，則循環水泵的耗電量會隨著升高，給水泵同樣會受此影響而出現耗電量的增加。對于風機設備而言，由于煤炭市場的不斷變化及配煤摻燒技術的推廣，使得煤炭的質量與以前相比有了一定的下降，為了提高風壓，風機的耗電量也有所上升。相關統計數據顯示，目前大型火力發電廠中的風機和泵類設備用電量占據了發電產用電總量的50%以上，加上燃料質量問題、設計問題等，火力發電廠普遍存在著設備能耗高、機組負荷率低的問題，在很大程度上影響了發電廠的經濟效益。因此，做好風機和泵類設備的節能降耗工作，是十分必要的。但是，目前采用的節能技術并沒有取得良好的成效。以水泵流量的調節為例，目前常用的方法是使用節流閥進行調節，這種方式僅僅是對通道的通流阻力進行了改變，對于電動機的輸出功率卻并沒有顯著的影響，從而造成了能源的浪費。

對此，從上世紀八十年代起，國外的許多企業加快了對高壓大功率變頻設備的研制，并在火電廠輔機節能改造工程中廣泛應用。上世紀末，我國部分大型火力發電廠也開始引入高壓變頻器，對風機和泵類設備進行相應的節能改造，并取得了非常顯著的成果。到目前，應用高壓變頻調速技術，對電廠風機和泵類設備進行調速改造，已經成為火電廠節能改造的首選方案。

2 高壓變頻調速技術在火電廠節能改造中的應用

高壓變頻調速技術的基本原理，是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系，通過對電動機工作電源頻率的調節，實現改變電機轉速的目的，用公式表示為

n=60f（1-s）/p

其中，n表示電機轉速，f表示工作電源輸入頻率，s表示電機轉差率，p指電機磁極對數。

在實際應用中，變頻調速技術的調節方式包括直流調速和交流調速兩種，而高壓交流變頻調速技術相對更加成熟，因此也是火電廠風機和泵類設備節能改造的主要手段。相關統計數據顯示，經高壓交流變頻調速技術改造后的設備，可以減少20%以上的耗電量。這里結合相應的工程實例，對其應用情況進行簡單闡述。

2.1 電廠概況

某火電廠共有4臺機組，裝機總容量達到1360MW，每臺機組都安裝有一次風機、引風機以及送風機，占據機組容量的2.31%左右。在不斷的發展過程中，該發電廠逐漸暴露出一些不足和問題，如機組單機容量小、能耗高等，嚴重影響了電廠的經濟效益。因此，需要做好電廠的節能改造工作，降低生產過程中的能耗，以促進電廠的可持續發展。

2.2 實踐應用

2.2.1 應用條件。之前也提到，高壓交流變頻調速技術是火電廠節能改造中的首選方案，在該電廠改造中同樣選擇該技術。但是需要注意的是，高壓交流變頻調速技術的應用需要具備一定的先決條件：其一，交流電動機的工作原理，是通過電機內部磁場的旋轉，實現能量的傳遞，在這個過程中，如果電機的氣隙磁通量過大，會導致鐵心呈現飽和狀態，造成勵磁電流過大，從而燒毀電機繞組；而如果電機的氣隙磁通量過小，則會造成電機出力不足的現象。因此，在對其進行變頻改造前，需要采用相應的儀器進行檢測，確保電機氣隙磁通量恒定。其二，由異步電機自身的變頻調速控制特性可知，如果電機的供電頻率高于額定頻率，則其電壓只可能保持在額定電壓，而不會隨之升高，在這種情況下提高頻率，只會造成電動機氣隙磁通量的減弱，轉矩減小。因此，當電動機的供電頻率低于額定頻率時，屬于恒轉矩調速，保持氣隙磁通量的最大值，而當供電頻率高于額定頻率時，屬于恒功率調速，保持電壓輸出的最大值。

2.2.2 關鍵問題。在對高壓變頻調速技術進行應用的過程中，需要注意以下幾個方面的問題：其一，在現代化火電廠中大型輔機設備通常都是成對存在的，一臺設備基本上就可以滿足機組的大部分需求。同時如果輔機處于滿負荷運行狀態，采用變頻技術可能會造成耗電量的增加。因此，可以對其中一臺輔機設備進行變頻改造，另一臺則維持原樣，當機組負荷較高時，兩臺輔機并列運行，當機組負荷較低時，變頻輔機單獨運行，結合相應的監測設備，實現對風機轉速的實時調節。其二，在對異步電動機進行相應的變頻改造后，必然會在一定程度上影響電動機的運行狀態。以鼠籠式異步電動機為例，在進行變頻改造后，電動機的定子電流中會出現高次諧波，不僅會造成能耗的增大，還可能導致電機的溫升變大，功率也會有效降低。而與此同時，高壓變頻器電容容量的衰減小，可以降低電動機的啟動電流，從而在客觀上延長了設備的使用壽命。因此，在應用高壓變頻調速技術對設備進行節能改造時，應該充分考慮各方面的因素，在必要時，可以增加相應的變頻器旁路系統，確保生產的安全性和可靠性。其三，對于風機和泵類設備而言，其轉矩與轉速平方呈正相關的關系，因此在進行變頻改造后，會出現電機電流下降和發熱量下降的情況，因此基本上不存在散熱問題。但是對于運行頻率較低，且低轉速時轉矩較大的場合，應該適當考慮對電動機進行強迫通風冷卻，以避免出現電動機過熱的情況。為了避免出現單側風機變頻運行過程中，兩側風路排煙溫度差距過大的情況，可以對送風配置進行重新設置，改為母管送風運行。

3 結束語

總而言之，在現代化工業不斷發展的影響下，能源緊缺問題日益凸顯，節能減排工作受到了政府部門的高度重視。對于火電廠而言，應用高壓變頻調速技術，實現對于大型風機和泵類設備的變頻改造，不僅可以有效降低生產經營成本，提升電廠的競爭力，而且也符合了國家建設“兩型”社會的要求，具有顯著的經濟效益和社會效益，應該得到進一步的推廣。

參考文獻

[1]相玲.變頻調速技術在風機、水泵節能改造中的應用[D].華北電力大學，2012.

[2]范利文.高壓變頻調速技術在火電廠風機和泵類應用中的節能分析[J].山西科技，2013，28（1）：45-47.

[3]王繼秀，阮琨.高壓變頻調速技術在風機、泵類應用中的節能分析[J].冶金動力，2008（1）：15-17.

[4]盧秀珍，曹中華，侯建軍.淺談火電廠中變頻調速技術的節能分析[J].電力世界，2014（2）：37.

[5]劉英梅，李紹忠.火電廠輔機變頻調速運行節能分析[J].電力科學與工程，2007（5）：12-15.