收稿日期:2009-08-05
作者简介李启晔()，内蒙古电大机电管理专业毕业，现在准格尔能源供电公司工作。
李启晔
(神华集团准格尔能源供电公司，内蒙古 鄂尔多斯 010300)
摘 要：阐述了变频调速技术的基本节能原理，并通过在火电厂的应用实例，证明了变频调速技术节能效果明显，适用面广，可靠性高，具有较高的经济效益和良好的推广价值。
关键词：变频调速；节能；火电厂；能耗
中图分类号:TM301.2 文献标志码:C
文章编号:1008-0155(2009)06-0059-03
引言
在目前采用的各种电机调速技术方案中，变频调速技术已经成为主流。和传统的电磁滑差离合器、液力耦合器等调速方式相比，它具有效率高，调速范围宽，运行可靠，调速性能优等特点。在火电厂的用电设备中。由于负荷的动态变化，在实际运行中大部分设备通常不在额定工作点工作，如引风机、给水泵等，如果直接驱动这些设备，存在巨大的电能浪费，而通过对驱动电机进行变频调速的技术改造，能大幅度减少能耗，达到节能的目的。 1 变频调速节能基本原理1.1变频调速的基本原理
异步电动机的转速n 和电源频率f ，转差率s ，电机极对数p 这3个参数有关:永久模板
n =60f (1-S )
p
(1)
由式(1)可以看出，转速n 和电源频率f 成正比，只要改变电源频率，就可以改变电机转速。
1.2风机水泵的工作特性以及应用变频调速技术的节能原理
目前电机驱动的所有负载，可以分为3种类型:(1)平方转矩负载。此类负载的特点是负载转矩和转速的平方成正比，常用设备包括风机、泵、冷冻机、制氧机等。(2)恒转矩负载。此类负载的特
点是转矩恒定，不随转速变化而变化，常用设备包
括起重机、搅拌机、离心机、电锯等。(3)倒数转矩负载。此类设备的特点是负载转矩和转速的倒数成正比，此类设备包括铣床、车床、电力机车等。
在火力发电厂中，风机和水泵的用电量大约占总用电量的45%，在电厂能耗中占有很重要的地位。风机和水泵为平方转矩负载，即转矩和转速的平方成正比，应用变频调速技术的节能效果更加显著。因此，在各个火电厂进行节能技术改造时，风机水泵类负载成为首先的考虑对象。本文将以风机水泵类负载为例，讨论变频调速技术的应用。根据流体力学的知识可知，对于风机存在下列关系:
Q ∝n (2)
p ∝T ∝n 2 (3)
p ∝T n ∝n 3
(4)
式中,Q 表示风量;p 表示风压;n 表示转速;T 表示转矩;P 表示轴功率。从上式中可以看出，风机的风量和转速成正比，风压与转速的2次方成正比，而轴功率与转速的3次方成正比。而电机的轴功率P (kW )由下式表示: P =Qp ηc ηb
×10-3
(5)
式(5)中,Q 表示风量(m 3/s );p 表示风压(Pa );ηb
表示风机的效率;ηc 表示传动装置的效率。当需要
5:1970-9
的风量减小时，改变电机的转速，理论上电机的能耗将以其3次方的速率下降。假设风量减小为额定风量的50%，则电机转速也减小为额定值的50%，风压则降到原来的25%，电机功率降到原来的12.5%，即节能87.5%，节能效果非常显著。图1表示出了采用不同控制手段时风机风量和风机输入功率之间的关系
。
图1 风机输入功率和风量之间的关系图中，曲线1表示输入端风门控制，曲线2表示输出端风门控制，曲线3表示采用液力耦合器控制，曲线4表示采用变频调速控制。图中,0.5表示风机额定值的50%,1.0表示风机的额定值。由图中可以看出，在绝大部分风量需求的情况下，采用变频调速技术都是能耗最低的。特别是在中低
频段，变频调速技术的优势更加突出。
泵的工作原理和风机类似，它的驱动电机轴功率P (kw )可由下式表示:
P =ρQH
ηc ηp ×10-2
(6)(6)式中,ρ表示工作液体的密度(kg/m 3);Q 表示流量(m 3
/s);H 表示泵全扬程(m);ηρ表示泵的效率;ηc 表示传动装置的效率。在泵的工作过程中，下列关系同样成立:
Q ∝n (7)H ∝T ∝n 2(8)P ∝Tn ∝n 3
(9)
图2显示了采用不同控制手段时泵的输入功率和流量的关系，图中，曲线l 表示输入端阀门控制，曲线2表示液力耦合器控制，曲线3表示变频调速控制,5表示泵的额定值的5%，表示
泵的额定值点
。
图2 泵的输入功率和流量的关系
从图中可以看出，对于泵的节能，变频调速技
术也有较大的优势。
2、变频调速实际运行效果及经济效益分析以下试举两个电厂进行变频调速技术改造的
鬣羚例子，分析变频调速技术在电厂中应用的效果。(1)例如某大型发电厂配备100MW 的燃煤机组，锅炉配用两台送风机，两台引风机，送风机电机功率为780kW ，引风机电机功率为800kW 。该厂近年来，由于机组压负荷调峰和两班制调速运行，引送风机长期处在额定状态下运行。针对该情况，该厂对引风送风机进行了应用变频器的技术改造。改造完成后，进行变频器的节电效果测试，在机组负荷不同的情况下，得到与工频时相比的节电率显示在表1。
表1 变频器的节能率与机组负荷的关系
机组负荷(MW )
60
70
80
90
100
110
节电率62.2%52.8%54.5%47.9%43.4%42.7%
芜湖新型冠状肺炎
可见，节能效果相当显著，而且大体上节能率随着机组负荷的降低而升高。根据以上的测试结
果，一台机组按照每年运行5500小时计算，平均节电率按51.25%计算，每台机组每年可得经济效益计算如下:
每年节电量=风机容量×机组年运行小时数×平均节电率=
(×W +×W)×55×55%
60.0 1.02800k 2780k 00h 1.20
=8907250kWh,
增加上网电价收入=年节电量×上网电价= 8907250kWh×0.25元/kWh=2226812元;
年节约标煤量=年节约电量×供电煤耗= 8907250kWh×0.42kg/kWh=3749952kg=3749. 952t,
年节约煤炭采购费用=年节约标煤量×标煤单价=3749.952t×230元/t=862488.96元。
因此，通过变频技术对送引风机进行改造，可每年为企业创造直接经济效益:2226812+862488. 96=3089300.96元，而4台风机改造总费用约为500万元左右，约1.67年就可以收回全部投资。
大型纺织厂此外，通过使用变频器，实现了驱动电机的软启动，大大降低了启动电流，可以提高电机、电缆、开关等相关设备的使用寿命，减少了设备的维护费用等，同时提高了送引风机的自动化控制水平，为企业创造了间接的经济效益。
(2)一发电厂的低加疏水泵采用55kW的电机驱动，该泵经过技术改造后，使用了一台55kW的变频器，也取得了良好的效果。
通过疏水罐中的水位信号的反馈，该水泵实现了闭环控制，正常运行时，变频器输出频率在31～39H z之间，输出功率在19.6kW～23.8kW之间，工频时该泵的功耗大约为30.3kW，变频器的节电率在35.4%～21.5%之间，平均节电率为30%。
按泵每年运行5500小时，平均节电率30%计算，在该泵经过变频改造后，每年可节约电量49995kWh，按上网电价每kWh时0.25元计算，可增加上网电量收入为12498.75元，同时可节约标煤量21t，可节约购煤费用4830元。总共可为企业增加直接经济效益1万7千余元。整个改造费用为2.2万元左右，只要1.3年就可以收回全部投资。
此外通过闭环控制疏水罐的水位，提高了整个系统的自动化性能，通过实现软启动，降低了启动电流，提高了电机等设备的运行寿命。
3 结束语
随着厂网分开以及竞价上网的实行，电厂需要通过降低运营成本来提高自身的竞争能力，降低自身的能耗是一个比较有效的方法。通过对电厂中各种功率的用电设备进行变频调速技术改造，可以直接地降低电厂的厂用电，降低发电煤耗，增大上网电量，同时还能提高电厂设备的自动化程度，提高设备的运行寿命，具有非常显著的经济效益。
总之，变频调速技术在发电厂中有很广阔的应用前景，有很大的市场潜力，值得在发电厂中大力推广。
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(责任编辑：梁亚奋)
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