引风机变频运行分析研究

引风机变频运行分析研究

段士田

（安徽华电芜湖发电有限公司安徽芜湖241080）

摘要：随着电力行业改革，节能减排、降低发电成本成为火力发电企业迫切追求的目标。在火电厂各类辅助设备中，引（吸）风机耗电量在厂用电中占了很大一部分，约占机组发电量的1%左右。对引风机电机进行节能改造，降低其运行能耗，具有很大的现实意义。本文对引风机电机变频节能改造技术进行分析，采用大功率变频器，改变电机频率，从而调节风机转速，达到节能的目的。

关键词：引风机；变频调速；大功率变频器

0引言

根据我国当前电网结构，火电机组所带负荷受电网调控，多数机组无法满负荷运行。传统模式下引风机通过改变挡板的开度来调整风速和风量，控制炉膛负压。挡板运行时间长，故障率高，调节滞后，存在较大的截流损耗，尤其在负载较轻时能耗更为严重。且电机在启动过程中，启动电流可达到额定电流的6-8倍，对电网冲击较大，同时冲击力矩对电机定转子和风机叶轮均有损伤[1]。对引风机进行变频节能改造，主要原理是采用大功率变频器，将工频的厂用电变为可调的频率输送给电机，通过改变引风机转速调节引风量，挡板拆除或风门开至100%，大幅度减少截流损耗，降低引风机电耗及厂用电率，实现节能减排[2]。

1引风机运行现状

火电机组在设计引风机系统时，考虑安全因素，电机出力一般在其额定状态运行时有5%-10%的裕量。而在实际运行过程中，火电厂机组长期无法达到额定运行状态，使引风机系统中调节风量的调节挡板开度长期处在50%-70%的开度，造成了引风机系统节流损失大，耗能严重，经济性差。

以某电厂为例，八台机组4×335MW、2×635MW、2×1000MW，综合厂用电率在6%-7%，335MW和635MW机组仅进行引增合一改造，未对引风机进行变频改造，其中335MW机组引风机耗电率约在1.2%左右；635MW机组引风机耗电率约在1.3%左右，占据相当大的一部分厂用电。以单台机组（额定功率635MW）为例，该机组引风机电机为通用电气电机，有功功率6800KW，额定电流763.4A，2016年11月份引风机耗电率为1.28%，占综合厂用电率的18.9%，属于高耗能设备，严重影响了机组的经济指标。对单台引风机电机11月份运行状态进行数据进行统计如下图：

表1-1单台引风机电机运行过程中电流值

因机组正常状态下两台引风机同时开启，且风量、风压一致，由上表可以看出机组长时间无法满负荷运行，引风机电机长期低效率运行。通过调节引风机入口挡板开度对风量进行调节，风机挡板开度不为100%时，风机需要消耗一部分能量在克服挡板的截流阻力上。因此，需要对引风机采用其他的调节方式，以改变引风机系统效率低下，电能损耗大的缺点。

2引风机电机调速原理

经查阅资料，风机轴功率与转速的三次方成正比关系，其负载转矩与转速的二次方成正比，引风机的出口流量与转速成正比。电动机匀速运行时，利用挡板调节风机风量。图2-1所示为风机的运行特性。

图2-1风机的运行特性

由上图可以看出，相同风量下风机的能耗出口挡板控制＞入口挡板控制＞滑差离合器、液压变速器调速＞变频调速。与挡板控制相比，转速控制节能效果显著。可以通过调节转速来达到减少引风机电能损耗的目标。

对引风机进行变频调速，本质上就是利用电力电子技术，对频率进行调整，可以根据实际需求调整电机速度，进而能够调整风扇转速。变频调速技术已经被广泛的应用到异步电机中，且具有高电压、大容量变频技术发展趋势，与变极调速、滑差调速、液力耦合器调速等方法相比，变频调速节能技术具有更明显的优势[3]。图2-1中的理想曲线表示理想状态下变频装置进行调速时所需的功率。实际中不同调速器效率不同。由图可知变频调速由于效率高，更接近理想曲线。

变频器由主电路和控制电路两部分组成，如图2-2。

图2-2变频调速系统组成机构

电动机转速公式为n=（1-s）f/p，n为电动机运行时的实际转速，f为电源频率，s是电动机转差率，p为电动机极对数。

变频调速后，可将风机系统中挡板拆除或将风门全开，通过改变电源频率控制电机转速，以改变风量大小，从而实现风机的低速运行。这样，不仅能提高电机机械效率，延长电机的使用寿命；还能大大降低袭击风机电机的能耗，节能可达30％以上，节能效果显著。由于风机的转速一般不会过低，一般运行在额定转速的80％，所以改用变频器后，原来的电机仍能使用，只需对控制回路作相应的变动[4]。因此，改造起来较为方便，投资少且工艺相对简单。

3引风机变频改造方案

图3-1引风机变频改造电气一次系统图

图中QF0一QF3表示真空断路器，TF表示高压变频器，M表示引风机电动机，其中QF0、M为现场原有设备，QF1、QF2、TF为新增设备。

开关柜中QF3控制引风机在工频和变频状态的切换。引风机变频运行时，首先检查QF3分断，依次闭合QF2、QF1，6kV电源经QF1输入到高压变频装置，变频装置输出经QF2送至电动机。当引风机工频运行时，首先顺次分断QF1、QF2，然后闭合QF3，启动电动机工频运行。QF3与QF1、QF2间需具备电气闭锁，防止同时合上，形成闭环。

引风机电机变频改造系统应具备以下功能：

①启动方式选择：每台引风机增加工频和变频方式选择．运行人员在启动风机前先选择启动方式。根据所选的方式不同，引风机顺控启停的步骤也会相应调整。

②风机允许启动条件判断：在原有的风烟系统冷态判断上，增加工频或变频方式下的启动条件。当选择工频启动时，QF3闭合，QF1、QF2断开，允许工频合闸。当选择变频启动时，QF3断开，QF1、QF2闭合，允许变频合闸。

③风机保护跳闸（QF0跳闸）条件判断：除原先风烟系统、风机设备状态等保护条件外，增加变频运行状态下，发生变频器重故障，跳闸引风机的条件。

④保证当QF1、QF2闭合QF3断开时，除变频器外其他系统无法合QF0开关。

⑤变频器旁路QF3允许合闸条件：当QF1和QF2任一不在合位时，允许QF3合闸。

⑥风机运行信号判断：结合风机工频和变频方式，重新合成风机运行信号，该信号一旦消失，如当前负荷大于一半的额定功率，则触发引风机RB。

⑦引风机在工频方式下挡板应当可控，在变频方式下，挡板应当全开。

⑧根据电机参数设置变频系统最小输出频率。

4实例分析

当前全国多家电厂已对引风机进行变频改造，以某发电厂为例，600MW机组引风机功率2850KW，对其进行变频调速节能改造，选择设置PH-10-6-2750型高压变频器。发电机组年发电量为33.56亿kW·h，平均负荷率为70％，挡板调速耗电率为0.891%，变频调速耗电率为0.452%，则变频设计后运行损耗电能差：3.356×109×（0.891%-0.452%）=1473.3万kW·h，按上网电价0.4元/kW·h算，节约经济效益约589万元。可见采用引风机变频方式后，节能减排的效果比较明显[5]。

5结束语

随着电力企业改革，降低电力消耗是电力企业提升竞争力、建设节约型企业的必走之路。高压电机变频调速控制，是现代化大型电厂广泛采用的一种节能控制手段。经实践证明，节能效果明显，可推广使用。在变频调速改造过程中，需根据机组参数合理设计变频系统，保证设计效果满足实际生产需求，提高电厂生产经济效益。

参考文献：

[1]沈玉玲.引风机变频改造控制功能设计与实现[J].黑龙江科技信息，2016，05：65-68．.

[2]臧瑞起.高压变频器在火电厂锅炉引风机上的应用[D].华北电力大学，2011.

[3]祝建飞，曹卫峰，吕兆俊，等.1000MW机组引风机变频控制功能设计与应用[J].自动化仪表，2014，35（s1）.

[4]刘俊峰.变频调速技术在火电厂引风机上的应用研究[D].华北电力大学，2012

[5]王文宗，蒋建宝.火电厂引风机变频节能改造技术探讨[J].科技创新与应用，2016，20：102.

作者简介：

段士田（1967.7—），山东济宁人，技师，从事发电厂电气设备检修工作。