电机系统变频调速技术应用

王兴华

摘要：本文主要介绍了某300MW机组电机系统变频调速技术改造的设计，为火力发电厂节能设计提供了一些必要的借鉴。

关键词：凝结水泵；引风机；开式循环冷却水泵；脱硫增压风机；变频

1.变频技术的特点及发展情况

随着电力电子器件的发展，高压变频装置的型式多种多样。长期的运行实践表明：应用高压大功率变频调速系统的经济效益良好、其可靠性也可以得到保证。在我国火力发电厂中，各类泵和风机的用电量占火力发电厂自用电量的85%左右，例如引风机、送风机、一次风机、循环水泵、凝结水泵、给水泵、灰渣(浆)泵、排粉机等等。电动机功率选择一般按机组满负荷时进行计算并留有一定裕量，如果采用挡板阀门调节，即使在机组满负荷时也未必全开，在机组低负荷运行时效率就更加低下。如根据所需的流量调节转速，就可获得很好的节能效果。

2.变频技术的应用现状

作为以工艺控制(速度控制)和节能为目的的产品，变频器在电力、冶金、石油、化工、纺织与化纤、食品饮料、建材、造纸、市政、中央空调等行业中得到广泛应用。

发电厂是电动机应用大户，大部分厂用电负荷是用在这些电动机上。部分电厂在送风机、引风机、灰渣泵、疏水泵、给粉机和给煤机上安装变频速装置后，均取得了较好的效益。在电厂中，采用低压变频器较多的电动机有：给煤机、给粉机、生活给水泵、回水泵、渣水泵、供油泵、锅炉补给水升压泵、除盐水泵以及空调系统和空压机等。

3.采用变频调速后的经济效益分析

对国内某个和本工程类似的300MW机组采用变频器改造后的实际运行情况了解，改造前功率因数0.85，改造后的功率因数可以达到0.95。假设机组年利用小时为5000h，其中50%的时间带满负荷，30%的时间带90%的负荷，20%的时间带60%的负荷运行。电折标煤系数1万度电＝3.56吨标煤计算节能量。

3.1凝结水泵

每台机组配两台100%容量凝结水泵，电动机功率1000kW，电压6kV，两台凝结水泵配1台变频器，采用一拖二的模式。变频改造前后各种工况下耗电情况如下表。

凝结水泵变频改造前后各种工况下耗电情况比较表

从上表可以看出，机组负荷越低，变频器的节能效果就越明显。则改造前、后的耗电量W1和W2分别为：W1==3918MW•h、W2=2488MW•h、W1-W2=3918MW•h-2488MW•h=1430MW•h。3、4号机组节能量共计：143×3.56×2＝1018.16吨标煤。

若发电成本按0.40148元/kW•h计，一台凝结水泵一年节省费用约57.41万元，3、4号机合计每年节省电费114.82万元。凝结水泵2台变频器设备费用，加上土建施工费用以及改造用的电缆等费用，合计约为300万元，投资回收年限约为5年。实际上，凝泵采用变频调速后，大大减少了水泵、凝结水管道及阀门维护工作量和维护费用，这方面的受益也是非常可观的。

采用变频调速后，低负荷时，凝结水泵低速运转，泵必需的汽蚀余量（NPSH）降低，降低了泵内发生汽蚀的可能性（因泵必需的汽蚀余量近似与转速的平方成正比），提高了凝结水泵的运行可靠性，延长了水泵的寿命。

3.2引风机

每台机组配两台引风机，电动机功率2000kW，电压6kV，一台引风机配一台变频器，采用一拖一的模式。变频改造前后各种工况下耗电情况如下表。

引风机变频改造前后各种工况下耗电情况比较表

从上表可以看出，机组负荷越低，变频器的节能效果就越明显。则改造前、后的耗电量W1和W2分别为：W1==5039MW•h、W2==3238MW•h、W1-W2=5039MW•h-3238MW•h=1801MW•h。3、4号机节能量共计：180.1×3.56×2×2＝2564.63吨标煤

若发电成本按0.40148元/kW•h计，一台引风机一年节省费用约72.31万元，两台引风机一年节省费用约144.62万元，3、4号机合计每年节省电费289.24万元。两台引风机变频器设备费用，加上土建施工费用以及改造用的电缆等费用，合计约为350万元，投资回收年限约为4.5年。实际上，引风机采用变频调速后，大大减少了风机、烟道及烟道挡板门维护工作量和维护费用，这方面的受益也是非常可观的。

3.3脱硫增压风机

每台机组配一台脱硫增压风机，电动机功率2400kW，电压6kV，一台增压风机配1台变频器，采用一拖一的模式。变频改造前后各种工况下耗电情况如下表。

增压风机变频改造前后各种工况下耗电情况比较表

从上表可以看出，机组负荷越低，变频器的节能效果就越明显。则改造前、后的耗电量W1和W2分别为：W1=8634MW•h、W2=6357MW•h、W1-W2=8634MW•h-6357MW•h=2277MW•h。3、4号机节能量共计：227.7×3.56×2＝1621.2吨标煤。

若发电成本按0.40148元/kW•h计，一台增压风机一年节省费用约91.42万元，两台增压风机一年节省费用约182.84万元，3、4号机合计每年节省电费182.84万元。增压风机1台变频器设备费用，加上土建施工费用以及改造用的电缆等费用，合计约为260万元，投资回收年限约为2.5年。实际上，增压风机采用变频调速后，大大减少了风机、烟道及烟道挡板门维护工作量和维护费用，这方面的受益也是非常可观的。

3.4开式循环冷却水泵

每台机组配两台开式循环冷却水泵，电动机功率160kW，电压380V，两台开式循环冷却水泵配1台变频器，采用一拖二的模式。变频改造前后各种工况下耗电情况如下表。

开式循环冷却水泵变频改造前后各种工况下耗电情况比较表

从上表可以看出，机组负荷越低，变频器的节能效果就越明显。则改造前、后的耗电量W1和W2分别为：W1=653MW•h、W2=324MW•h、W1-W2=653MWh-324MWh=329MW•h。3、4号机节能量共计：32.9×3.56×2×2＝468.50吨标煤

若发电成本按0.40148元/kW•h计，一台开式循环冷却水泵一年节省费用约13.21万元，3、4号机合计每年节省电费26.42万元。开式循环冷却水泵1台变频器设备费用，加上土建施工费用以及改造用的电缆等费用，合计约为11万元，投资回收年限约为0.7年。实际上，开式循环冷却水泵采用变频调速后，大大减少了水泵、管道及阀门维护工作量和维护费用，这方面的受益也是非常可观的。变频调速不仅节能效果显著，还明显改善了系统的安全可靠性。变频调速解决了启动时大电流对电机的冲击击，延长了电机的使用寿命。异步电机直接启动时，其最大启动电流约为额定电流的7倍，采用星三角启动也达到了4～5倍。而变频启动时，基本上无冲击电流，其电流是从零开始，随着转速的上升而增加，最大不会超过额定电流，这就消除了对电机的冲击应力，减少了维护量，延长了电机的使用寿命。

4.结论

凝结水泵、引风机、开式循环冷却水泵、脱硫增压风机加装变频装置，将设备由原来的定速运行改为变频无级调节运行泵，一方面减少了运行中的节流损失，设备电流下降，起到节能作用；另一方面由于设备出口水压的下降，大大改善了设备相关系统的工作条件，减少了泄漏，降低了检修工作量，提高了系统安全可靠性，取得了较为明显的安全和经济效果。同时，加装变频装置还可以延长设备使用寿命，减少运行噪声，减少污染物排放，有很好的社会效益。因此，推荐采用凝结水泵等设备加装变频装置。

作者简介：

王兴华（1982－），女，山东聊城人，主要从事火力发电厂电气专业设计研究工作。