Abstract: Through the understanding and mastering of frequency conversion technology， it is applied to the pumps and fans in the power plant， and finally the energy loss in the operation of the power plant is optimized. Pointed out its feasibility and put forward relevant suggestions.

Key words: Frequency conversion technology； Energy conservation； Speed control

【中图分类号】TN830.2 【文献标识码】B  【文章编号】1561-0330（2018）06-0000-00

1 引言

由于在国内大背景下的节能减排以及低碳排放的号召下，国内对火电厂的把控也愈加严格。如何能在众多火电厂中脱颖而出，成为新时代的宠儿，将是今后火力发电所要面临的巨大难题。

泵与风机是当今普遍而又通用的耗电量较大的设备，被广泛地应用于国民经济、工业生产。但当今社会，能源在开采、加工转换、储运和终端利用过程中损失和浪费。而火电厂是最主要的能源消耗大户，在我国的二次能源结构中占极大比重。在火力发电厂中，泵与风机是最主要的耗电设备，考虑到设备长期连续运行，运行效率降低，白白地浪费能源。因此，在电厂泵与风机进行节能技术，有着深远意义。

泵与风机，作为全国耗电的领头军，在电厂中更是占有厂用电量的6至7成，但是由于受到电网负荷调整需要，电厂经常处于低负荷或变负荷状态下，而作为电厂重要辅机设备的风机、水泵则需要长期处于连续运行状态，其节能潜力是很大的。并且电厂泵和风机为了实现安全的工作方式，往往都是采用较大的功率进行运转，那么当相关设备连接使用的较少时就会造成能源的浪费使用。近年来，通过变频技术的使用，能够根据工厂和生活的使用情

况，进行自动化控制，在一定的工作能源供应中，进行及时的更换与调节频率，避免能量的超额供应，实现了能源的高效应用。

2 电厂泵与风机装置系统的选型和改造

泵与风机是否节电取决于很多因素，除自身的效率外，还与管网设计是否合理、阻力大小及与管网是否匹配良好等因素有关。所谓匹配指的是泵与风机设计的流量和扬程（风压）应与管网所需流量和扬程（风压）相符，也就是说泵（风机）所产生的扬程（全风压）应能克服管网阻力的前提下满足管网流量的需要。而实现泵与风机和管网合理地匹配是节能降耗最有效的途径。

为了减轻或防止因泵与风机的额定参数大于实际运行参数而造成运行效率和可靠性降低，可以根据不同情况分别采用切割叶片及更换高效叶轮两种方法对泵与风机进行技术改造。

泵与风机调速节能。在机组变负荷运行方式下，如果主要辅机采用高效可调速驱动系统取代常规的定速驱动系统，无疑可节约大量的节流损失，节电效果显著，潜力巨大。除此之外，由于可调速驱动系统都具有软起动功能，可使电厂辅机实现软起动，避免了由于电动机直接起动引起的电网冲击损失和机械冲击，从而可以防止与此有关的一系列事故的发生。

电站锅炉风机的风量与风压的富裕度以及机组的调峰运行导致风机的运行工况点与设计高效点相偏离，从而使风机的运行效率大幅度下降。对于采用风门挡板调节风量的风机，这是一个固有的不可避免的问题。可见，锅炉送、引风机的用电量中，很大一部分是因风机的型号与管网系统的参数不匹配及调节方式不当而被调节门消耗掉的。因此，改进离心风机的调节方式是提高风机效率，降低风机耗电量的最有效途径。工艺条件的改善也能够产生巨大的经济效益。

泵与风机一样，除由于设计中层层加码，留有过大的富裕量，造成大马拉小车的现象之外，还由于为满足生产工艺上的要求，采用节流调节，造成更大的能源浪费现象。为了降低水泵的能耗，除了提高水泵本身的效率，降低管路系统阻力，合理配套并实现经济调度外，采用调速驱动是一种更加有效的途径。因为大多数水泵都需要根据主机负荷的变化调节流量，对调峰机组的水泵尤其如此。所以为这类调峰机组配套的各种水泵最好采用调速驱动，以获得最佳节能效果。

3 变频器的原理

目前，除了某些特殊用途的变频器外，常规变频器最常的用途还是作用于交流电机的频调节。按照电机学的基本原理，其关系式如下式：

（1）高精度宽范围的无级调速，全面满足各种复杂工艺的需要；

  （2）对于风机、水泵、压缩机负载，变频调速可以改变原有流量调节方式，取得显著节能效益；

  （3）对电机实现真正软启动功能，减少启动冲击，延长设备使用寿命，节省维护费用；

（4）电压型变频器可对电机功率因数实现就地补偿，提高供电设备容量的有效利用率；

  （5）方便实现电机频繁启停，方便实现电机正反转（不需要接触器）；

  （6）改善工作、生产环境，提高生产效率和机组自动化水平。

4 泵与风机的节能原理

一般泵/风机负载转矩与速度的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。因此，用变频器改变其转速，可以获得显著的节能效果。常用出口挡板控制，当开度减小时，阻力增加，不适宜大范围调节流量，在低速区域轴功率减少不多，从节能的角度来看是不适宜的。若采用入口挡板控制，虽然比出口挡板控制流量调节范围广，减小开度时轴功率大体与流量成比例下降，但节能效果仍不及变频调速。图1-图3可以说明泵/风机变频调速的节能原理。

图1中，N₁为泵/风机的H-Q特性曲线；曲线1为泵/风机在给定转速下满负荷即系统阀门全开时运行时的扬程（压头）、流量点和效率点的轨迹；曲线2为部分负荷时，系统阀门部分开时的阻力特性曲线，即泵/风机要克服磨擦，压力随流量的平方而变化。泵/风机运行工况点是泵/风机的特性曲线与管路阻力曲线的交点，当用阀门控制时，由于要减少流量，就要关小阀门，使阀门的磨擦阻力变大，阻力曲线从1移到2，扬程则从H₁移到H₂，流量从Q₁减小到Q₂，运行工况点从C₁移到C₂。从图1可以看出，流量虽然减少，扬程（压头）却反而增加，轴功率P比调节前减少不多.若采用变频调速，随着转速下降，扬程（压头）流量特性变为图2中的曲线1，系统工况点也由C₁′变到C₂′，代表轴功率的面积比采用挡板调节时显著减少，两者之差即为节省的轴功率，也就是图3中的矩形C₂H₂H₂′C₂′的面积。

5 具体功效

5.1软启动

直接启动的交流电动机启动电流大（通常为额定电流的5-7倍）^[7]。在很短的启动过程中，直接启动时的大电流会在绕组端部产生很大电磁力，使绕组端部变形和振动，会造成定子绕组绝缘的机械损伤和磨损，从而导致定子绕组绝缘击穿。启动时的大电流还会造成铁芯振动，使铁芯松弛，引起电动机发热。火电厂中，高压大容量交流异步电动机应用很广，由于直接启动造成电动机烧毁和转子断条事故屡屡发生，给火电机组的安全和经济运行带来很大威胁。因此，大容量异步电动机采用软启动方式，对于延长电动机使用寿命、减少对电网的冲击、保证正常生产是非常必要的。由于电动机变频启动过程中可实现高启动转矩、并且平滑无冲击，采用变频器作为电动机的软启动装置是非常合适的。例如，火电厂中的给水泵，由于要求较高扬程、高速转动，启动过程中的巨大启动电流形成较强的转动惯量，会造成机体震动加剧造成机体机械损伤；采用变频调速后，不但实现了低速启动，使启动电流低于额定电流，而且无振动、无异音，可使电动机运行非常平稳。

5.2自动控制

火电厂锅炉运行过程中已可实现全自动控制，可按不同工况调整控制参数，实现连续稳定控制。由于现场情况复杂多变，某些辅助系统的距离远，不宜电缆敷设等诸多因素制约，需要通过具有局部计算功能的一些设备，才能实现工况多变、参数稳定的运行；变频器自有的闭环控制功能适于解决上述问题。火电厂中化水系统通常与主控室距离较远，锅炉上水过程中，很难实现设备的集中控制，然而除氧上水则需一个稳定的恒温恒压环境，若投入变频器后，通过内部参数设定，可将反馈信号接入变频器中，形成闭环调节系统^[8]；通过设定参数后的内部计算，根据实际偏差从而改变上水量，实现持续供水，相应调节曲线。

5.3 节能效果

火电厂本身节能（电）在整个节能中占有重要地位。火电厂的破碎机、给煤机、送风机、引风机、给水泵、疏水泵、凝结水泵、循环水泵等旋转机械要消耗大量的电能。美国、日本、西欧等发达国家已把变频调速技术用在火电厂的辅机上，取得了明显的节能效果。由于电网调峰力度加大，各电厂的风机和水泵负荷变化增大，必须实时调节风机和水泵的流量。目前，调节流量的方法如果仍用节流调节，仅是改变通道阻力，驱动源输出电功率并不改变、浪费大量能源。如果采用变频器对风机和水泵进行转速控制后，风机和水泵的轴功率与转速的立方成正比；当转速降低时，驱动电动机的电功率将以转速的立方减少，可节省大量的电能。送风机和引风机是火电厂的耗电大户，其耗电量约占厂用电的30%，占机组发电量的2%-4%。具体工、变频相同工况时的对比曲线，如图4所示。因此，正确选择送风机和引风机的调风方式，对火电厂的安全和经济运行有着重要意义。

6 控制难点

在火电厂循环水系统分析中已经谈到，在采用变频调节时，需确定最佳的循环水量，采用的变倍率运行，是基于以季节为单位的气候条件下做出的，如果采用变频器对水量进行调节的，理论上可以使机组达到最佳运行方式，但在实施上会遇到控制上的问题^[9-10]：

（1）流量应依据什么信号来控制：一般来说，汽轮机背压是由凝器量、循环水量、循环水温等多因素决定的，采用何种数字模型来计算最佳流量还需要进一步研究；

（2）地区多年的月均气温分析得出，相应的冷却塔出水有温差，循环水量在有波动范围。如果日温差也在这个范围内，因此即使能构建数学模型，循环水量会随时变化，循环可能出现频繁启停，这对于系统的安全有较大影响；

（3）如果利用汽轮机背压作为主控制信号，控制上的滞后性也是一个棘手的问题，流量的变化反映到汽轮机背压上变化需要1个时间过程，如处理不好，滞后问题可能导致最后优化控制的失败；

（4）循环泵在投入和推出时，如何保证安全性和可靠性，也有一系列问题需要解决。

7 结语

变频技术的应用实践表明，采用变频调速控制风机、水泵，取代调阀和风门，不仅节能效果明显，还可带来可观的安全和经济效益；变频调速技术在火电厂的应用很有意义。

但是，对于改造项目，可以有不同的改造方案，每种方案都有各自的优点和不足之处。所以电厂在对循环水系统进行变频调速技术改造时，应根据自身的具体情况，对不同方案进行充分的技术经济性比较分析，从而确定最佳改造方案。

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