焦作電廠送風機液體電阻調速改造及節能分析

杜林生

摘 要：本文簡述了液體電阻調速特點、液體電阻調速改造方案，分析了改造過后的安全效益以及節能效益。

關鍵詞：液體電阻；調速改造；節能分析

中圖焦作電廠裝機容量6×220MW。每臺爐配兩臺送風機，單臺送風機電機功率1600kW，只能在一種速度下運行、通過調節入口擋板來調節送風的大小。在設計的時候，為了能夠保證送風機的正常、穩定投入運行，在選擇送風機的容量時存在有較大的余量，當發電機組在220MW狀態運行時，送風機的擋板的位置在60%開度左右的位置，當發電負荷比較小的情況下，送風機的擋板的位置的開度會更小，擋板的節流損失增大、風機的使用效率較低，其消耗的電能對廠用電影響較大，特別是近年來，焦作電廠作為電網的調峰電廠運行后，情況尤為突出。另外，改變發電機的負荷大小只有通過不斷的啟動和停運送風機機和不斷的調節擋板的開度來完成，造成了送風機和其擋板的可靠性能下降，這樣既增加了送風機維護的難度，又給發電機的安全穩定運行帶來了不小的影響，為此，決定對送風機進行節能改造。

因為送風機的進風量與電機的轉速成正比，而送風機的功耗與風機轉速的3次方成正比，所以將送風機電機由只能在一種速度下運行改為可以調節速度的運行方式，是節約能源、減低送風機的損耗、從而降低發電廠的廠用電率的最有效的途徑。

焦作電廠曾經對#6爐送風機進行了變頻調速改造，變頻調速雖然節能效果明顯，但大功率變頻裝置故障率高，投運率低。從節能和可靠性兩方面考慮，決定對#2爐送風機進行液體電阻調速改造。

一、送風機液體電阻調速器的原理和特點

液阻調速在電廠主要可以用在大中型繞線式高壓交流異步電機拖動的送風機、給水泵的起動與速度調節，在運行中改變了電動機轉子回路中所串連的電阻，來調節電動機的轉速。

液阻調速的原理：

三相異步電機的轉差率：

s=（n1–n）/n1

同步轉速n1=60f/p

通過計算可以得到電動機的轉速：

n=60f/p（1–s）

（其中n：電動機的實際轉速；n1：電機同步轉速；p：電機的極對數；f：所接電源頻率。）

通過公式可以看出來，只要改變了電動機的轉差率s就可以改變電機轉速n。

由于轉差率s與繞線式電機轉子線圈中串入的電阻成正比，轉子回路接入的電阻不一樣，其對應的轉差率也不一樣，接入的電阻越大，電機實際轉速就越低；接入的電阻越小，電機實際的轉速就越高；接入的電阻為零的時候，電動機的速度就達到了全速，這就是液阻調速法的基本原理。轉子電阻的改變是通過傳動裝置平滑地改變動極板與靜極板之間的距離來改變在轉子中串接電阻的大小使電機的速度發生改變。液體電阻因為通過轉子電流而產生的熱量，只需要加裝能使液體進行循環的強制泵，流經換熱器進行散熱即可。

液阻調速的特點：

1 與其它改變電動機的調速方案相比較，液阻調速可靠性能更高，且運行維護的費用更低（其維護工作主要是四年更換一次電機電刷、兩年補充一次導電液。電刷價格目前約為350元左右一套，電解質免費提供，導電液用水為軟水，由電廠自備）。

2 和電動機的變頻調速方案相比較，投入的資金更少。

3 除了可以使電動的調速更加的靈活外，在電動機啟動時也可以改變電動機的啟動性能，且啟動的效果還非常不錯。

4 因為轉子回路串入的是純電阻，所以不會像變頻調速產生諧波，不會對電網造成一點污染。

5 送風機流量的調節基本上為線性，易于實現與DCS的聯接，實現機爐協同系統投運。

6 布置液體電阻所需地方較小、安裝起來也很方便。因為是用水來冷卻，所以對布置環境沒有什么特殊的要求，特別適合于發電廠的送風機、給水泵類的節能改造。

7 液阻調速器用于繞線式電機改造比較方便，鼠籠式電機使用還須要先將鼠籠式轉子改造成繞線式轉子才能夠使用本方法。

8 由于串入電動機轉子的電阻會發熱，液體電阻調速的效率介于液力耦合器調速和變頻調速之間。

二、實施方案

針對焦作電廠的實際狀況，送風機節能改造方案需要兩個步驟：

1 第一步將送風電機的鼠籠式轉子先更換成繞線式的轉子。

2 第二步將液阻調速器通過開關柜和集電環電刷接入到送風機的轉子回路中，通過控制電纜引到電廠控制室，接入DCS中，進行遠方的控制。

改造過后的送風機應該達到的指標為：

（1）送風機的速度調節可以連續，速度的調節范圍為50%～100%。

（2）送風機可可以平滑起動，起動電流應該滿足小于額定電流的1.3倍的要求。

（3）在送風機連續起動5～10次中，沒有嚴格的啟停間隔限制，利于消缺和試驗。

（4）調速器對外聯鎖信號的設置符合電廠對控制部分的要求。

3 電機液阻調速器組成及工作原理

（1）電機液阻調速器組成：液體電阻箱、伺服電機、升降架、傳動絲桿、散熱器、液體泵。電阻箱內有電阻液、動機板、靜極板。

（2）工作原理：電動機轉子回路串入液阻調速器，通過計算機指令，當需要增加轉速或降低轉速時，伺服電機通過帶動傳動絲桿，絲桿帶動升降架來調節動極板與靜極板之間的距離，電阻值隨之而改變，從而可以改變電動機的速度。液體電阻由于轉子電流通過而發熱而產生熱量，造成液阻調速器中液體溫度升高，液體泵帶動液體流動，經過散熱器形成循環，保證電阻器液體溫度在允許范圍內運行。

2012年3月，焦作電廠對#2爐兩臺送風機進行了液體電阻調速改造。

三、改造過后的安全效益分析

1 減小了送風機在起動時的大電流沖擊

液阻調速器在送風機啟動時能起到一定的作用，可以將送風機的起動電流限制在額定電流的1.3倍以下，同時還能夠使多次的起動，這樣就能夠消除大的起動電流對送風機和它的傳動系統和主機的沖擊應力，日常的維護保養費用也可以降下來。

2 延長了送風機的使用壽命

再送風機上采用液體調速器后，送風機的的加減速特性曲線發生了變化，軸承上沒有應力負載的作用，這樣就延長了送風機的軸承壽命。另外，送風機葉片的磨損也有減少，送風機葉片等的壽命也延長了，從而整個送風機改造過后的壽命有了整體的增加。

3 送風機現場的噪音降低和振動減小

送風機的旋轉噪聲和渦流噪聲，與葉輪圓周速度的6～10次方成正比，降低送風機的轉速就能大幅度降低送風機在轉動時產生的噪音。同時還減小了送風管道的振動，風壓波動減小。

四、節能效益分析

1 根據DCS歷史數據分析

（1）時間選取

為了避免人員抄表誤差，采用較長時間段（5天）數據分析，液體電阻調速運行時間段、全速運行時間段均為兩臺送風機運行，平均負荷盡量相近。根據以上條件，#2爐送風機液體電阻調速運行時間選取2012年6月19日至23日，#2爐送風機全速運行時間選取2012年7月22日至26日。

（2）數據分析

#2爐送風機液體電阻調速運行期間，每班平均電量141.74萬kW·h，平均負荷177.2MW，送風機平均耗電量1.2876萬kW·h，送風電量占發電量比值0.90354%。

#2爐送風機全速運行期間，每班平均電量135.89萬kW·h，平均負荷169.9MW，送風機耗電量1.2706萬kW·h，送風電量占發電量比值0.93310%。

送風機采用液體電阻調速廠用電率降低0.0296%。

#2機組每天發電量按140萬kW·h× 3=420萬kW·h計算，送風機采用液體電阻調速每天節電1243千瓦時，扣除冷卻電機耗電量5.5kW×24h=132kW·h，實際節電約1110kW·h。

2012年8月，進行了#2爐送風機液體電阻調速節能效果專項試驗。由于條件限制，試驗只在160MW負荷下進行。保持吸風機、排粉機的運行工況和參數穩定，保持一次總風壓、二次總風壓、爐膛出口氧量基本不變。測量送風機全速運行和調速運行時的耗電量。試驗數據表明，送風機采用液體電阻調速，一天節電約電量7000kW·h，廠用電率下降0.2%。按每度電0.33元計算，一天節約資金2310元，按每年運行300天算，一年節電210萬kW·h電量，一年節約資金69.3萬元，一年收回改造成本。

五、運行方式建議

由于低負荷時停運一臺送風機節電效果最好，而且液體電阻調速風機啟動特性好，便于較頻繁地啟動和停運，建議對于液體電阻調速的風機低負荷時停運一臺運行，這種運行方式既能保證機組出力又能很好的節能性。

參考文獻

[1]林永峰，王云峰.電廠鍋爐送風機液體電阻調速技術應用研究[J].中國科技博覽，2014（03）：636-637.分類號：TK223 文獻標識碼：A