淺析變頻調速技術在火電廠中的應用

崔祖濤 董赫倫

摘 要：文章介紹了變頻調速技術核心部件的工作原理，指出了變頻調速技術應用在國內外火電廠的發展現狀，從理論上分析了采用變頻調速技術如何節能，并用具體案例說明了節能效果，對變頻調速技術未來給予展望。

關鍵詞：變頻調速；火電廠；節能

1 變頻調速技術概述

變頻調速技術以變頻調速系統作為實際應用，其核心部分是變頻器和控制器。其系統的工作原理是根據電動機的轉速與其輸入頻率具有一定的比例關系，這樣通過改變電動機頻率值進而改變電動機轉速。下面對其核心部分進行簡要概述。

1.1 變頻器

變頻器的主要作用是將所接收的參數為380V、50Hz三相電源轉換為可調節頻率的三相電源。根據變頻器的變頻的原理可將變頻器分為直接變頻和間接變頻兩種形式。直接變頻的形式為交-交變頻；間接變頻的形式為交-直-交變頻。所謂的間接變頻就是將交流電通過整流器后變為直流電，之后再通過逆變器作用后調制成為頻率可調的交流電。

1.2 控制器

控制器產生脈寬調制波形，驅動變頻器的功率開關管，得以輸出正弦三相交流電，從而使電動機在規定的轉速下運轉。通過脈寬調制方法改變矩形脈沖的寬度就可以達到控制逆變器輸出的交流基波電壓幅值目的，通過調整調制矩形脈沖波形的頻率就能達到控制交流基波電壓的頻率目的，這樣實現了變頻調速對電壓和頻率協調控制的要求。變頻控制器通過單片機等設備進行軟件編程實現其控制功能。

2 變頻調速技術的發展現狀

節能降耗是火電廠降低其運行成本的重要措施。發電煤耗和廠用電率兩個參數是考核火電廠節能降耗工作的重要指標。在火力電廠所使用的動力設備中，泵和風機是廠用電耗電大戶。隨著時代的發展，各個行業用電要求也在提高，各個電廠的調峰力度加強，這樣導致了火電廠設備的負荷變化范圍變大，為了能夠使得火電廠在正常狀態下工作，對火電廠泵和風機等輔機的流量進行調節是有效措施。節流調節可以實現對流量的改變，其原理是使用節流閥改變管道的通流阻力，但是采用這種方法并不能改變驅動源的輸出功率，造成能源大量浪費。電力行業正在進行競價上網、廠網分開等方面的改革。只有降低火電廠的廠用電率和發電成本，才能提高火電廠自身的競爭實力。

在國外已把變頻調速技術應用在火電廠的輔機上，并且取得了很好的節能效果。基國內許多火電廠開始探索新的技術，變頻技術便是其中一種。華能新華火電廠引用美國羅賓康復無諧波頻率器件的負壓風機，節電率達到27%～67%；山東黃島火力發電廠送風機引用美國羅克韋爾AB1557的變頻裝置后，年度節電可以達到3.4×106kW·h，效益可觀。四川華蓉山火力發電廠引用國產的變頻裝置，節電效果達到45%～67%。

3 變頻調速技術在火電廠應用的節能原理

軸功率是泵和風機的重要參數，在實際工況點的軸功率值的大小直接反映設備消耗電能的多少。在火電廠內部系統的制粉系統和汽水系統中有大量的泵和風機應用，這都要消耗大量的電能，下面就影響泵和風機軸功率的因素進行分析。

以水泵為例，泵的軸功率可用下式表示：

P=■kW （1）

式中：H-揚程，單位m；Q-流量，單位m3/h；？籽-水密度，單位kg/m3，由于泵在實際運行中可將水視為不可壓縮流體，故為常數。

從上式中看出，水泵的軸功率與揚程和流量有關。如圖1所示，橫軸表示流量，縱軸表示水泵揚程，采用節流調節時，當水泵的流量由轉速在n1狀態下的工況點M1對應的流量Q1減少到工況點M2對應的流量Q2時，水泵的功耗面積由H1M1Q1O變化到H2M2Q2O，從圖中看出，兩個工況點功耗相差不多。當采用變頻調速調節時，水泵的流量由轉速在n1狀態下的工況點M1對應的流量Q1減少到轉速在n2狀態下工況點M3對應的流量Q2，水泵的功耗面積由H1M1Q1O變化為H3M3Q2O，從圖中看出，采用變頻調速調節時節能效果明顯。

圖1 水泵的特性曲線

傳統的節流調節在實際過程中改變了通道的流通阻力，但是操作過程驅動源本身的輸出電功率沒有改變，進而造成了能源的浪費。泵與風機設備存在相似定律：

■=■■■■ （2）

式中：？籽-工質密度，對于不同工況點為同一值；D-設備葉片直徑，對于同一設備其值不變；n-設備在不同工況點的轉速。

由相似定律可知采用變頻器對泵和風機進行轉速控制，可以達到軸功率與轉速的立方成正比，從而達到節約能源的目的。

4 案例分析

某電廠功率為230kW電動水泵，使用1臺300kVA變頻器調速，其節能效果如表1所示。

表1 泵調速實驗結果

通過上表數據，采用變頻調節功耗是節流調節功耗的29%，因此變頻調節比傳統的節流調節要節約能源。

5 結束語

通過實際應用表明，用變頻調速替代傳統的擋板或閥門的控制，可以達到節能目的，并且經濟效益可觀。變頻調速技術在火電廠應用的前景是非常廣闊的。

參考文獻

[1]郭立軍，何川.泵與風機[M].北京：中國電力出版社，1997.

[2]楊慶柏，高紅.變頻調速技術及其在火電廠中的應用[J].東北電力技術，2002（5）：50-52.

作者簡介：崔祖濤（1985-），男，河南開封，現工作于新疆工程學院，大學本科學歷，研究方向：鍋爐燃燒，職稱：初級。