本文以某發(fā)電公司對軸流式風機變頻調(diào)節(jié)的應用案例，論述變頻技術(shù)在軸流式風機調(diào)節(jié)應用中所存在的節(jié)能潛力和變頻調(diào)速實現(xiàn)高功能化廣闊前景。
引言
近10年來，隨著電力電子技術(shù)、迅速發(fā)展，電氣傳動技術(shù)面臨著一場歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計算機數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)己成為發(fā)展趨勢。電機交流變頻調(diào)速技術(shù)是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動性能，高效率、高功率因數(shù)而被廣泛應用。在火力發(fā)電廠中，軸流風機因效率高和能耗低成為主要標準輔機設備，而采用變頻調(diào)節(jié)的軸流式風機是現(xiàn)在大型火力發(fā)電廠所采取較為先進的調(diào)節(jié)方式。概述
某發(fā)電公司裝機容量為4×300MW，其他機組風機采用了動葉調(diào)整軸流式風機，而二號機組采用的是靜葉調(diào)整軸流式風機，由于靜葉調(diào)整采用的是氣動執(zhí)行機構(gòu)，缺點是調(diào)節(jié)惰性大、線性差、維護量大、且不能適應自動調(diào)節(jié)的特點（線性差）故擬進行改造。變頻調(diào)節(jié)的特點方案比較：
（一）改成動葉調(diào)整，
1) 優(yōu)點是和其它機組相一致備件有互換性，免于培訓檢修維護、和運行人員，資金一次投入量小。
2) 缺點是維護量大、設備變動大（需要更換風機轉(zhuǎn)子）節(jié)能效果不理想。選擇動葉調(diào)整軸流風機時，設計點落在效率最高、并在此基礎上動葉角度再開大-30 -18度的曲線上，這樣，即使機組在非額定工況下運行，風機也可在最高效率區(qū)內(nèi)運行，但是最高效率范圍比較小。
（二）采用變頻調(diào)節(jié)，優(yōu)點是風機經(jīng)高壓變頻改造后，除了節(jié)能外，流量控制特性以及電動機和風機的運行特性明顯改善，主要有以下幾項優(yōu)缺點：
1)實現(xiàn)風量控制操作人員只須改變變頻器輸出頻率，使風機轉(zhuǎn)速相應改變，不再調(diào)整節(jié)流閥，運行自動化程度大為提高，運行和維護工作量降低，輸出特性可滿足風機性能要求。
2)節(jié)流調(diào)節(jié)時，流量變小時，調(diào)節(jié)非線性，影響鍋爐安全運行（爐膛負壓波動較大），而采用變頻調(diào)節(jié)后，起動停止平衡，無級調(diào)速，調(diào)速范圍大。
3)電動機軟啟動避免風機強大起動力矩，變頻運行時起動電流<20A，而工頻直接起動電流>200A，因此．變頻運行完全消除了因直接啟動造成的對電動機和6KV廠用段的沖擊，另外巨大的起動電流對電動機和機械設備也會造成嚴重的電磁應力和機械應力，縮短設備的使用壽命，因此電力系統(tǒng)希望能夠軟起動（特別是高壓大容量電動機）。
4)功率因素提高從電網(wǎng)側(cè)看，工頻運行時功率因數(shù)為0.85左右，變頻運行時功率因數(shù)達到0. 95，因此，即使同樣是滿負荷運行，變頻運行時，高壓輸入電流明顯比工頻運行時小，這也有利于節(jié)能和設備安全運行。
5)電機和風機運行壽命延長。設備轉(zhuǎn)速降低后，運行噪聲降低，磨損減少，設備壽命延長。
6)控制響應速度增快。吸風機投入自動后改變送風量設定值后，裝置迅速改變運行轉(zhuǎn)速，使爐膛負壓迅速跟蹤設定值，減少了爐膛負壓的波動。
變頻調(diào)速在調(diào)頻范圍、靜態(tài)精度、動態(tài)品質(zhì)、系統(tǒng)效率、完善的保護功能、容易實現(xiàn)自動控制和過程控制等諸方面是以往的調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、串級調(diào)速、滑差調(diào)速和液力耦合器調(diào)速等無法比擬的。改造方案
從以上情況分析：要提高電動機的工作效率、節(jié)約電能，可在風機電動機上裝上調(diào)速裝置。根據(jù)工作的情況調(diào)節(jié)調(diào)速器裝置的速度可以滿足工作狀況的要求。另外，用變頻器對風機進行改造不必對原系統(tǒng)進行大改動。
2#爐吸風機變頻器一次系統(tǒng)示意圖其中：QF:嘆風機6kV電源開關(guān) QS1：變頻器進線刀閘
QS2：變頻器出線刀閘 QS3:工頻旁路刀閘
2#爐吸風機變頻器系統(tǒng)運行規(guī)定
a)正常運行使用變頻器方式運行，工頻旁路刀閘在分閘位置。
b)當變頻器發(fā)生故障或檢修需要倒為旁路運行時，應先將變頻器停運、將吸風機6kV開關(guān)停電后才能進行旁路刀閘的倒換，嚴禁在運行中進行方式倒換。
c)吸風機正常停送電時，就地變頻器回路刀閘保持原方式不變。變頻器回路有工作時，按措施要求斷開變頻器進出線，并將變頻器UPS電源及風機電源停電。變頻調(diào)節(jié)的工況分析
根據(jù)流體理論，離心式風機、水泵的軸功率是轉(zhuǎn)速的三次方函數(shù)關(guān)系。當轉(zhuǎn)速降低后，其消耗功率會大幅下降，例如50%轉(zhuǎn)速時，軸機械功率僅為12.5%。當然不同，調(diào)速方案的效率相差很大，滑差后液力調(diào)速裝置效率不高， n≈（1一S），在50%轉(zhuǎn)速時， rlvs～50%，而變頻調(diào)速器效率，效率因數(shù)高，rlvvvF≈95%～98%，而且近似不變。所以在諸多調(diào)速方案中變頻調(diào)速節(jié)能效益最佳，理應為首選方案。
以某公司#2機組中靜葉調(diào)節(jié)吸風機為例，100%轉(zhuǎn)速流量時，軸功率為100%;50%轉(zhuǎn)速流量時，軸功率降為50%。通過流體力學的基本定律可知：風機設備屬平方轉(zhuǎn)矩負載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：QoC n，H oC n2，PoC n3;即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。因而，理想情況下有如下關(guān)系：由上表可見：當需求流量下降時，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速可以節(jié)約大量能源。例如：當流量需求減少一半時，如通過變頻調(diào)速，則理論上講，僅需額定功率的12. 5%，即可節(jié)約87. 5%的能源。如采用傳統(tǒng)的動葉方式調(diào)節(jié)風量，雖然也可相應降低能源消耗，但節(jié)約效果與變頻相比，則有天壤之別。變頻器節(jié)能的效益
（一）變頻改造的社會效益
在當前節(jié)能減排的情況，需要大規(guī)模地降低能耗
（二） 某發(fā)電有限公司#2機組變頻器改造的現(xiàn)實效益
額定功率1800KW
改造前實測數(shù)據(jù)
U=6KV I=160A （滿負荷時，雙側(cè)吸風機運行）
cos cD =0. 887
P=l. 732UIcosØ
=1. 732×6000×1 60×0.887
=1474. 8KW
2、改造后實測數(shù)據(jù)：
U=6kv=100 cosØ≈1
P=1. 732×6000×1 00×1=1039. 2KW效果及結(jié)論
(1)調(diào)節(jié)平穩(wěn)。在運行中，風機的流量變化平穩(wěn)。
(2)能耗低。風機始終工作在最優(yōu)區(qū)間，大大降低能耗。
(3)啟動沖擊小。變頻器啟動電流較低，對電機及其拖動設備無沖擊損害，可延長設備的使用壽命；存在的問題
1)在設備運行時，不能實現(xiàn)變頻和工頻無擾切換，需要停運進行切換，影響設備的可用率。
2)風機轉(zhuǎn)速較低時，由于風機電機的冷卻通風風扇與轉(zhuǎn)子一體，所以在環(huán)境溫度較高，或者濕度較大時不能很好的起到冷卻效果，影響電機健康運行。
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