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　　摘  要：通過我廠#1、2機組6kV引送風機高壓變頻節(jié)能改造前后的運行工況，分析了風機采用變頻方式運行對風機管路系統(tǒng)的阻力較小，降低了管路壓力損耗，截流損失小，減少機械的磨損。不僅能降低廠用電，降低供電煤耗，增大上網(wǎng)用電量帶來直接經(jīng)濟效益，節(jié)能效果顯著，而且為公司創(chuàng)效增收、節(jié)能降耗、提高了設備的經(jīng)濟運行。

　　關鍵詞：風機；變頻；節(jié)能

　　0 引言
　
　　異步電動機是電力、化工等生產(chǎn)企業(yè)最主要的動力設備。作為高能耗設備，其輸出功率不能隨負荷按比例變化，大部分只能通過擋板或閥門的開度來調(diào)節(jié)，而電動機消耗的能量變化不大，從而造成很大的能量損耗。隨著廠網(wǎng)分開，競價上網(wǎng)日趨激烈，如何降低發(fā)電成本，提高發(fā)電企業(yè)競價上網(wǎng)的競爭能力，加強內(nèi)部管理，挖潛節(jié)能，是發(fā)電廠潛心研究的一件大事，2008年公司為進一步落實“以保證安全生產(chǎn)，提高設備健康水平，提高經(jīng)濟效益為目標，重點降低廠用電率”的要求，采用低消耗、低排放、高效率的持續(xù)發(fā)展理念的經(jīng)濟增長模式，應用變頻節(jié)能技術來改造傳統(tǒng)工藝的技術缺憾。采用高壓變頻器對高耗能用電電動機電源進行技術改造成為我公司節(jié)能降耗、提高效率的一個重要手段。不僅能降低廠用電，降低供電煤耗， 增大上網(wǎng)用電量帶來直接經(jīng)濟效益，而且能提高機組安全可靠性．減少機組故障。

　　2008年10月對引送風機進行改造，增設變頻調(diào)速裝置。通過變頻使風機處于最佳運行狀態(tài)，可以達到節(jié)能降耗，減少機械的磨損，降低管路壓力損耗，并實現(xiàn)電機軟啟動，減少了電機啟動時的沖擊電流，能延長電機的使用壽命及對電網(wǎng)和變壓器的電流沖擊，節(jié)電，降低運行成本。能大大提高運行效率，達到節(jié)能目的。

　　1 變頻調(diào)速原理

　　n＝60 f（1－s）/p        （1）

　　式中　n———異步電動機的轉速；

　　f———異步電動機的頻率；

　　s———電動機轉差率；

　　p———電動機極對數(shù)。

　　由式（1）可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機轉速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻調(diào)速就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。

　　變頻器主要采用交—直—交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制四個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。

　　2  改造前設備狀況

　　我廠#1、2發(fā)電機組裝機容量為125MW，#1、2爐是北京巴威鍋爐廠生產(chǎn)的450 t/h自然循環(huán)汽包鍋爐，引送風機兩臺雙側布置，風機普遍采用高效離心式風機，目前風量調(diào)節(jié)由人工調(diào)節(jié)檔板來實現(xiàn)，沒有考慮到能源節(jié)約，全都采用直接啟動電機，壓力、風量采用擋板調(diào)節(jié)的工作方式，風機設計的出口壓力和風量遠高于生產(chǎn)工藝實際需要的壓力和風量，風道管路損耗嚴重。機組負荷低時，雙側風機運行，系統(tǒng)整體效率低。

　　引風機為沈陽鼓風機廠生產(chǎn)的型號為Y4-73-13No28D,左1350,右1350，。原動機功率1000KW，主軸轉速730r/min，流量138.89M3/S，3850Pa 。

　　送風機為沈陽鼓風機廠生產(chǎn)的型號為G4-73-13No22D,左450/右450。原動機功率800KW，主軸轉速960r/min，流量72.5M3/S，6870Pa。

　　3 改造方案

　　我公司#1、2爐引送風機電機共8臺，原來全部采用工頻運行，對8臺風機增設變頻調(diào)速裝置改造，采用一拖一加自動旁路的方式。將原引送風機閥門調(diào)節(jié)的運行方式改為由變頻調(diào)速引送風機調(diào)節(jié)流量的運行方式。當變頻器故障或檢修，可自動切至工頻運行。當引送風機變頻運行時在DCS界面上通過手操器調(diào)節(jié)引送風機頻率去調(diào)整風機轉速，從而達到調(diào)節(jié)引送風機風量的目的，同時保留原流量閥門調(diào)節(jié)方式，引送風機變頻運行時閥門置于全開位置以減少節(jié)流損失。
　　
　　電氣系統(tǒng)改造是在原有6kV斷路器和電機之間加變頻調(diào)速系統(tǒng)和旁路開關柜經(jīng)高壓變頻器輸出為6kV變頻電源，給電機供電。每套高壓變頻器配備自動隔離旁路系統(tǒng)。

　　自動隔離旁路開關柜由三個斷路器組成，分別是變頻器進線斷路器1QF、變頻器出線斷路器2QF、工頻斷路器3QF，6kV電源經(jīng)原斷路器至自動隔離旁路開關柜的變頻器斷路器1QF，經(jīng)變頻器后，再經(jīng)自動隔離旁路開關柜的變頻器出線斷路器2QF至風機電動機。工頻斷路器3QF并接在變頻器進線斷路器1QF、變頻器、變頻器出線斷路器2QF兩端。在變頻器處于“保護”狀態(tài)時，將自動斷開變頻器進線斷路器1QF、變頻器出線斷路器2QF，將自動吸合工頻斷路器3QF，即實現(xiàn)自動旁路功能。如圖所示。變頻器出線斷路器2QF和工頻斷路器3QF由彼此的輔助節(jié)點實現(xiàn)互鎖功能，即：變頻器出線斷路器2QF、工頻斷路器3QF不能同時吸合，變頻器出線斷路器2QF、工頻斷路器3QF可以同時斷開。系統(tǒng)配置示意圖如下:

　　旁路開關柜上安裝兩個選擇開關：（1）遠程/本地選擇開關，遠程時DCS可操作變頻器，本地時可在就地操作。（2）旁路手動/自動選擇開關，變頻器故障時自動旁路系統(tǒng)動作，同時發(fā)DI信號給DCS,如果自動旁路失敗再發(fā)DI信號給DCS,可選擇手動旁路操作。

　　4 變頻改造后的風機運行情況

　　2008年9月2號機組大修和10月1號機臨修，利用此次停爐機會，將#1、2爐引送風機8臺電機換型改造為北京合康億盛科技有限公司生產(chǎn)的HIVERT高壓變頻調(diào)速裝置，同時與DCS監(jiān)控系統(tǒng)連接，將變頻的各種技術參數(shù)、運行狀態(tài)、故障及報警等功能全部上傳到DCS，并通過DCS進行遠方控制啟動和停止，同時也能實現(xiàn)變頻就地控制功能。

　　在DCS界面上風機起停有兩種方式，一是變頻器一鍵啟動和一鍵停機（變頻器按照事先做好的邏輯順控啟動和停止），另一種是運行人員按照電氣設備給定的啟動順序點擊開關進行操作。通常運行人員采用一鍵啟動和一鍵停機，既簡單快捷又不容易合錯開關，大大地方便了運行操作。

　　在變頻與工頻之間設有連鎖開關，一旦運行中發(fā)生變頻器故障，不需要運行人員操作，變頻器將發(fā)送“變頻器故障”信號至DCS，變頻器自動切換到旁路工頻運行，并把旁路狀態(tài)信號發(fā)送給DCS。同時DCS邏輯自動將風門迅速關到65%，此時運行人員參與調(diào)節(jié)，控制風量風壓正常，確保爐膛燃燒穩(wěn)定。

　　如變頻器發(fā)生隱患，變頻器發(fā)送“變頻器報警”信號至DCS，此時變頻器繼續(xù)運行，檢修人員可到本地根據(jù)變頻器報警信號的信息排除隱患。

　　從2008年10月我廠變頻器投入運行至今，變頻器運行正常。在機組帶80MW負荷情況下，從變頻切換為工頻，爐膛負壓變化不大，燃燒穩(wěn)定，運行工況可靠。

　　5 節(jié)能效益分析

　　當我們采用調(diào)節(jié)風門檔板或閥門的開度大小來控制風機、泵類負載的介質(zhì)流量時,觀察到這些風機、泵類負載長期工作在額定轉速，不可避免使其能量有相當部門會損失在檔板或閥門上。應用風機、泵類負載的調(diào)速節(jié)能理論分析依據(jù)：當用檔板或閥門開度來控制介質(zhì)流量的大小時管阻檔板曲線與功率P（陰影部分為輸出功率）變化（如圖1）。由曲線1到曲線2其介質(zhì)流量減少了，而功率卻沒有減少多少。而通過改變轉速n來調(diào)節(jié)介質(zhì)流量情況就不同了（如圖2）。

調(diào)節(jié)閥門的H-Q曲線 （圖1）              調(diào)節(jié)轉速的H-Q曲線 （圖2）

　　調(diào)節(jié)轉速時，H-Q曲線由曲線1到曲線2檔板開度100%時管阻曲線不變，功率節(jié)省了很多。（其中n1為調(diào)節(jié)前轉速，n2為調(diào)節(jié)后轉速）。

　　數(shù)據(jù)收集

　　為準確了解變頻改造后節(jié)能效果，我們收集了改造前后在機組帶90—100MW負荷時運行的相關數(shù)據(jù)，并根據(jù)半年來的運行情況，機組負荷集中在90—100MW段，根據(jù)該負荷改造前的平均運行參數(shù)，計算節(jié)能效果。改造前后數(shù)據(jù)收集如下表：

    5.2  節(jié)能計算 

　　通過上表我們可以看出，同種工況下，風機變頻運行時電流比工頻運行時電流小很多，節(jié)能效果非常顯著。

　　根據(jù)流體力學理論，在理想狀態(tài)下風機、泵類負載具有風機的風量與轉速成正比關系：Q1/Q2=n1/n2 ，風機的壓力與轉速的平方成正比：H1/H2=（ n1/n2）2，功率與轉速的三次方成正比：P1/P2=（n1/n2）3的特性，根據(jù)這些特性，我們分別計算各臺風機的節(jié)能效果。
　
　　運行時間取320天（7680h），變頻器的效率97%，功率因數(shù)為0.86，運行電壓為6.1kV,電價為每度電0.236元。根據(jù)公式P= 進行節(jié)能效果計算，如下表：

　　6 直接經(jīng)濟效益分析： 

    1）根據(jù)以上條件計算，變頻運行方式較常規(guī)工頻運行方式節(jié)能效果比較顯著，節(jié)能幅度達50——60%左右。8臺風機年節(jié)電功率為1790.85萬千瓦時，平均節(jié)電率為56%。

    2）增加上網(wǎng)電價收入=年節(jié)約量×上網(wǎng)電價（注明：我廠上網(wǎng)電價0.236元/KW?h ）

　　每年增加上網(wǎng)電價收入=1790.85萬kW?h×0.236元/kW?h =422.6萬元

　　7  結論 

　　在現(xiàn)場試驗的基礎上，結合理論分析，我們確定了風機的最佳的運行工況，使風機變頻運行在最大節(jié)能工況下，為公司帶來更大的節(jié)能空間和效益。

　　由于采用變頻調(diào)速后，風機經(jīng)常工作在低轉速下，因而大大減小了風機葉輪的磨損，減少了風機振動和軸承的磨損。延長了風機的大修周期，節(jié)省了檢修費用和時間。 

　　同時由于工作時間不用調(diào)節(jié)風門，避免了原來調(diào)節(jié)風門時易發(fā)生的喘振現(xiàn)象對設備造成的損害。變頻調(diào)速系統(tǒng)可作為軟起動器，從而避免了直接起動時對電機沖擊的影響。

　　8  結束語

　　高壓變頻裝置由于其節(jié)能效果明顯，特別是在低負荷時更為顯著，采用變頻調(diào)速后，實現(xiàn)了電機的軟起動，延長電機壽命，風機擋板全開，也減少了風道的振動與磨損。良好的節(jié)能效果，會愈來愈為電力系統(tǒng)所應用，具有良好的使用價值，對建設節(jié)約型社會具有重要的意義。

　　參考文獻：

　　1. HIVERT系列高壓變頻器使用說明書  北京合康       2007年4月

　　2. HIVERT系列高壓變頻器用戶手冊    北京合康       2007年4月