孙涛（1977－）
男，大学本科，工程师，（合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽，合肥  230009 ）,合肥工业大学工程硕士在读，现就职于安徽省皖能股份有限公司安全生产部，从事发电厂电气设备技术管理工作。

摘要：本文对我国目前火电厂风机、水泵调速技术应用情况进行总结，分析存在的问题，提出了变频改造方案及合理选型的建议，使改造工程能够最大限度地发挥经济效益。

关键词：变频；改造；能耗

Abstract: This article summarizes the applications of timing technique in our country power plant for breeze machine and water pump  currently, analyzes the existent problems, and puts forward the suggestion of reformation project and reasonable choosing type for frequency conversion, in order that the reformation engineering can develop an economic benefit to a great degree.

Key words: Frequency Conversion; Reformation; Energy Consume

1 引言

    节能降耗是我国能源政策的基本方针，是提高资源利用效率和实现资源优化配置的有效途径。作为发电企业，在市场供过于求，设备利用率下降，竞争日益激烈的市场形势下，在燃料成本不断上涨，企业经营压力越来越大的情况下，通过挖掘内部潜力、降低内耗，实现以最小投入取得最大效益，是提高企业竞争力的有效途径。

    在火力发电厂中，风机和水泵是最主要的耗电设备，容量大、耗电多，由于这些设备都是长期连续运行和经常处于低负荷及变负荷运行状态，有很大的节能潜力，因此，提高风机和水泵的运行效率是近年来火电厂节能降耗的焦点所在。

2 风机变频调速应用分析

    随着火电机组容量的提高，电站锅炉风机的容量也在不断增大，如国产300MW机组，风机的总功率6440kW，占机组容量的3％以上。因此，提高风机的运行效率对降低厂用电率具有重要的作用。

    一般在锅炉风机容量设计时，单侧风机运行时具备带 75％负荷运行的能力，这主要是从机组运行的安全性出发的；当失去一侧送引风机时，机组还能带75％的负荷运行。所以当双侧风机运行，机组带满负荷时，送引风机的设计余量在 20％～30％左右，风门开度一般为50％～60％，这也是从风门调节的灵敏度来考虑的。一般200MW 以下机组配置带有入口导向叶片的送风机和引风机，如125MW 机组配置 600ｋＷ 送风机两台和800kW 引风机两台；300MW机组则采用动叶可调的送风机（1800kW）两台和静叶可调的引风机（2200kW）两台。这就为风机的变频调速节能改造造就了巨大的潜力，即使在机组满负荷运行时，也有20％～30％ 的节电率。

    由于机组的负荷经常变化，为了保证锅炉的燃烧和负压的稳定，需要及时调整送、吸风量和煤粉量。在 200MW及以下机组，一般采用调整入口导向叶片的角度（风门开度）的方式来调节风量，这种风门调节的截流损耗一般为30％Pe（额定容量）。在 300MW 及以上机组，则采用调节动、静叶片的方式来实现风量调节，这种调节方式的截流损耗也在 20％Pe 左右。如果采用变频调速改造，将完全消除风门和叶片的截流损耗。

    因此，锅炉送引风机是目前火电厂中应用高压变频调速技术进行节能改造的首选和主要对象，尤以引风机为多。一般是一台锅炉四台送引风机同时上变频调速，或者只上两台引风机。其拖动功率一般为 315～2500kW，电压等级为6kV、10kV。风机的节能潜力大，调速范围宽，且其功率等级决定了使用高压变频改造时其技术性能和经济性能都较好，系统设计采用标准的一拖一带工频旁路方案。

3 水泵变频调速应用分析

    火力发电机组必须配备的水泵主要有锅炉给水泵、循环水泵和凝结水泵，其次还有射水泵、低压加热器疏水泵、热网水泵、冷却水泵、灰浆泵、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。这些水泵数量多，总装机容量大：50MW火电机组的主要配套水泵的总装机容量为6430kW，占机组容量的12.86％；100MW 机组为10480kW，占 10.48％；300MW 机组为15450kW，占 6.73％。由此可见，水泵是火力发电厂中耗电量最大的一类辅机，提高水泵的运行效率，降低水泵的电耗对降低厂用电率具有举足轻重的意义。  

    与风机一样，由于设计中层层加码，留有过大的富裕量，造成大马拉小车之外，由于采用节流调节，为满足生产工艺上的要求，造成更大的能源浪费现象。

    3.1 循环水泵

    循环水泵一般单元机组设置3台循环水泵，运行方式：一台运行、一台备用、一台检修，定期切换运行。随着机组负荷和季节的变化，为了保证机组在合理的经济真空值运行，需要的冷却水量是变化的。通常冬季单台泵运行流量偏大，夏季单台泵流量不足，需要两台泵运行，而两台泵的流量又过大。目前国内中等以上容量的机组也有采用调节阀实现冷却水流量调节的，这种调节方式控制的汽轮机真空度不稳定，不能保证汽轮机的经济运行，尤其在低负荷运行时，阀门的节流损耗大，泵的运行效率也很低。

    若进行变频调速改造，既可节能降耗，又能根据机组负荷和季节的变化调节冷却水的流量，达到汽轮机最有利真空的控制目的，实现了汽轮机真空度的高精度控制和经济运行的目的。

    3.2 凝结水泵

    凝结水泵一般一台机组设计二台110％容量的凝结水泵，一台运行，一台备用；大机组采用三台泵，二台运行，一台备用，每台泵的出力均为55％额定容量。

    凝结水泵若采用变频调速改造，除了显著的节能效果外，还可收到改善工艺控制的效果，提高机组的安全经济运行水平。凝结水泵电动机的功率范围是500～1500kW，采用高压变频改造比较合算。因为凝结水泵一用一备，采用一台高压变频器“一拖二”方案较为经济，但倒泵时要停变频器。在经费允许的情况下，也可采用两台高压变频器“一拖一”的方案；一台调速泵运行，另一台调速泵备用，当一台调速泵的开关跳闸时另一台调速泵自动投入运行，以确保机组的安全运行。

    3.3 灰浆（渣）泵

    一般两台机组共用一个灰浆池，配置３台灰浆泵，每台泵的出力均为110％额定容量，还要另加一台清洗水泵，用来清洗灰浆（渣）泵及管道的积灰。其运行方式是三台泵轮流间断运行，操作频繁，泵和电动机损坏严重。因此，灰浆泵是发电厂中最需要进行变频改造的泵。

    由于灰浆泵的容量为300～500kW，且为6kV高压电动机，若采用6kV高压变频器，没有这个功率等级的设备，一般都在800kW以上，设备的电流利用率低，投资高，不划算。因此，可采用“高一低一低”方案，即用一台变压器将电压6kV降为 380V 或690V，用380V（或690V）低压变频器，将6kV电动机换成380V或690V电动机，较为经济合理。为了进一步节省投资，可采用“一拖三”方案，即用一套变频调速装置，轮流拖动三台泵运行。由于灰浆泵为间断运行方式，泵的切换可采用“冷”切换的方式：停泵—切换—启动另一台泵。

    其他还有低加疏水泵、热网水泵、清水泵、补给水泵和生活水泵等，均为低压电动机拖动，可根据其运行状况设计合理的改造方案，这里不再一一赘述。

4 变频调速改造实施方案

    4.1 变频器容量的合理选型

    风机水泵变频调速改造时，要求低投入、高回报，尽可能在短时间内收回投资成本。因此，在变频调速系统的设计和变频器功率容量的确定时，要做到经济合理，避免再次出现“大马拉小车”的现象。

    一般情况下，对于在生产过程中经常或有时电动机的负载达到或接近其额定容量时，变频器容量选型应为电动机额定容量的110％，以保证电动机的额定出力。但是在实际生产中，由于设计中的层层加码，普遍存在着“大马拉小车”的现象，即使在拖动负载额定出力时，电动机的负载率依然不足，在这种情况下就应根据实际运行工况来选择合适的变频器容量，既能满足生产的需要，又能节省变频器和相应配套设施的投资。

    为进一步降低变频器的容量和投资，还可以考虑采用变频器和入口导叶联合调节方式，即在30～80％额定风量范围内采用变频调速，在80～100％额定风量范围内则采用入口导叶调节。采用联合调节方式后，变频器的容量仅为800kW，使变频容量和投资降低了近一半，大大降低了改造成本。但这种联合调节方式存在变频／工频动态切换问题，可能影响到机组运行的可靠性，所以在设计时应慎重考虑。

    4.2 变频器电压等级的合理选型

    由于我国的供电电压和电动机制造电压无1.7kV、2.3kV、3.3kV和4.16kV电压等级，所以在变频器选型时可不考虑以上中压等级的产品。一般200kW 以上的电动机均采用6kV、10kV 电压等级这个现实来考虑问题。

    （1）对于800～1000kW以上功率的风机水泵，可采用6kV、10kV的直接“高－高”方式的变频器。为提高可靠性，可设计工频旁路系统。

    （2）对于 400kW 以下功率等级，考虑到直接采用高－高方式的变频器不经济，可采用“高－低－低”方式；即采用6kV／380V进线变压器，380V变频器，380V电动机的方案。

    （3）对于 400～800kW 功率等级的改造项目，则宜采用660V变频器和660V电动机的“高－低－低”方案，因为这个功率等级的设备若采用380 V方案其电流及体积都会太大。

    （4）高－低－高方案因为其体积以及升压变压器的技术要求太高而已很少采用。

    4.3 变频器运行方式的合理选择

    对于随机组长期连续运行的重要设备，如送、引风机，进行变频调速节能改造时，都要采用“一施一”方案，即一台设备配置一台110％容量的变频器，并且要设计工频旁路系统，当变频器故障时将设备切换到工频运行。为了避免因设备的切换影响机组安全运行，还要设计同步切换（Bypass）控制功能，实现真正的平稳无扰动切换。

    对于可以间歇工作的设备，如灰浆（渣）泵等，为了降低改造成本，可以采用“一拖Ｎ”方案，但必须采用“冷”切换方式，以保证变频器和拖动设备的安全。

5 结论

    综上所述，火电厂在进行变频调速改造前期，要做好充分的收资、调研工作，本着最高可靠性、最优经济性、最小系统异动等原则，从本单位机组的负荷情况、设计余量、场地位置、资金预算等实际情况进行全面考虑，选择适合本单位具体情况的改造方案，使变频改造工程最大限度地发挥出经济效益。