赵亚辉时倩
摘要：随着变频装置技术水平的提高和应用领域不断扩大，发电厂的重要辅机设备上开始应用高压变频装置，其不仅可以达到明显的节能目的，同时还提高了自动调节系统的性能，改善大功率电机的使用寿命。对自动化变频器在发电厂节能降耗方面的应用及研究进行探讨。
关键词：变频调速发电厂大型电动机节能
一、前言
我国工业生产中风机和泵类分布面广，数量大，耗电量惊人。据统计，全国风机和泵类电动机装机总容量约35000MW，耗电量相当于全国电力消耗总量的40%。据估计，提高风机和泵的运行效率的节能潜力可达300－500亿KWh/a，相当于610个装机容量为1000MW的大型发电厂的年发电总量。
我国风机和泵基本上采用定速驱动，在机组变负荷运行时，由于风机和泵运行偏离高效点，效率大大降低，我国很多风机和泵处于50%－70%的运行效率，有的甚至仅为30%。造成风机和泵运行效率低下的主要原因是在系统设计过程中，很难准确地计算出管网的阻力及运行过程中的工况变化，通常把系统的最大流量及相应的富裕量（通常为20%－30%）作为选择风机和泵的型号的设计值，而且，风机和泵的型号是有限的，在选用不到合适的型号时只好往大型号上靠，这样，势必出现大量的大马拉小车的现象。
二、风机节能的研究
风机是发电厂的重要辅机，是高电压大电流的大功率设备，也是影响发电效率的重要环节，近年来，随着电力电子器件、控制理论和计算机技术的迅速发展，高压变频器的价格不断下降，可靠性不断增强，高压大容量变频器已经在发电厂辅机设备中逐渐得到应用。理论上分析风机流量与转速的一次方成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的三次方成正比，所以风机转速降低后，其轴功率随转速的三次方降低，相应的驱动电机所需的电功率亦可相应大大降低，可见调速是风机节能的重要途径。变频调速装置可以优化电动机的运行状态，大大提高其运行效率，达到节能目的。
电厂风机大多采用高效离心式风机。但是由于单台风机运行具备带75%的负荷运行的能力，加上机组调峰运行，常常不会满负荷运行，所以需要采用入口风门调节流量，风门开度一般在50%－80%，存在严重的节流损耗，所以风机并没有工作在最高效率点，实际运行效率较低。按照我国现行的火电设计规程，设计时以系统最大风量和风压作为参考选型电动机，一般风量裕量在5%－10%，风压裕量在10%，再加上电动机选型时风机型号不能完全匹配，只能往大机号上靠，所以冗余量特别大。
送风机给锅炉燃烧提供空气，引风机则是将燃烧后的高温尾气排向烟道。送、引风机都需要调整入口风门，满足不同负荷的风量要求，同时互相配合控制风煤配比并保证炉膛负压的稳定。所以改变风量的调节方式是提高风机效率，降低风机能耗的最有效途径。
锅炉引风机、一次风机、送风机的单机功率大，长时间运行，节能潜力最大。其他如排粉风机、再循环风机等也具有很大的节能潜力。
三、水泵节能分析
由于变频调速具有调速范围大、精度高、性能指标优良的特点，实现变频调速后，水泵可以很方便地构成闭环控制，进行自动调节。调节器输出的4-20mA信号输到变频器，通过变频器调节电机转速，可以平滑稳定地调整流量，使机组在更经济的状态下安全自动运行，克服了调门线性度不好，调节品质差，自动投入率低等缺陷。
发电机组必须配备大量的水泵。锅炉给水泵、循环水泵、凝结水泵、灰渣泵等设备单机功率较大，流量调节频繁，节能效果最为明显。其他如射水泵、低压加热器疏水泵、热网水泵、冷却水泵、轴封水泵、除盐水泵、清水泵、过滤器反洗泵、生活水泵、消防水泵和补给水泵等等都可以使用相应电压等级的变频器进行调速运行。
现在电厂锅炉给水多采用母管制给水系统，给水泵采用定速运行。锅炉气包水位靠自动给水调节阀调节，属节流调节，存在较大的节流损耗。如果对母管制给水系统中一部分水泵进行变频改造，工频泵、变频泵并联运行，工频泵对应最佳工作点提供固定流量，变频泵对应工作点调节给水量。最终在实现给水母管恒压运行的同时，最大限度地降低给水泵的单耗。
循环水泵为汽轮机组凝结器提供冷却水。一个机组一般配置三台循环水泵，为“一用一备一检修”或是“两用一备”。随着机组负荷的变化，为了保证机组在合理的经济真空值运行，需要的冷水值是变化的，所以采用变频调节循环水泵既可节能降耗，又可以实现高精度控制。考虑到循环水泵的工作特性，可以采用“一台变频器拖动二台水泵”或是“一台变频器拖动三台水泵”的方案，达到最大的投资收益比。
凝结水泵的设计一般为“一用一备”或“两用一备”。现在的水量调节方式为阀门调节，造成出口压力大、调节性能差、设备损坏快等问题，同时运行人员操作频繁，影响机组的安全经济运行。而采用变频调节，除了可以取得显著的节能效果外，还可以改善控制工艺、提高机组安全经济运行水平。
灰浆泵将煤在锅炉中燃烧后冲到灰浆池中的灰浆、灰渣排到储灰厂。如果灰浆泵全速运行，容易将灰浆池抽干，泵空转引起气蚀；停泵时间过长灰浆池又会溢出；灰浆泵停机后很快再启动容易因为过热损坏电动机；灰浆泵长期不用，出口会被灰浆堵死，再次开泵会造成电动机过载烧毁。所以灰浆泵需要轮流间断运行，操作非常频繁，泵和电动机损坏严重。故此，灰浆泵是电厂中最需要变频改造的设备，可以改善工艺条件和延长设备使用寿命。
参考文献：
李青、赵元胜，高压变频器在火力发电厂的节能应用.广西电力技术，2000，（4）.
韩安荣，通用变频器及其应用.北京:机械工业出版社，2000.
李遵基，变频控制原理及应用.北京:华北电力大学出版社，2001.
冷增祥，中、高压变频器概述.江苏电机工程，2002，（4）:32.
姚锡禄，变频器控制技术与应用.福州:福建科学技术出版社，2005.1.
王仁祥、王小曼，通用变频器选型、应用与维护.北京:人民邮电出版社，2005.1.