全国火电大机组( 6 0 0 M W 级) 竞赛第8 届年会论文集锅炉 1 前言 引风机电机改变频调速的分析 方险峰 ( 安徽平圩发电厂) 我公司引风机电机的调速问题，已经提了多年，一直未能得到解决2 0 0 0 年9 月# l 机组检修期 间曾经作过很多工作，目的是恢复随机安装的变速开关运行，实现引风机电机的高“氐速切换，但未 能成功主要原因有两个，～是变速开关设备的可靠性不能保证；另一是此种开关操作方式对其他 设备的影响从现在的情况看，即使开关设备能够恢复正常操作，运行中高，低速切换，对锅炉稳定 运行来说也有一定风险，所以变速开关恢复正常运行的问题最终放弃 引风机电机改变频调速，前几年也曾进行过技术咨询，主要是变频技术满足不了我公司电压高、 功率大的要求，而且改造费用非常高但近几年大容量、高压变频器发展很快，目前国内3 0 0 M W 及以下发电机组进行风机变频改造的电厂已不少于5 家( 如山东德州电厂、河南三门峡电厂、辽宁 青河电厂等) 虽然6 0 0 M W 发电机组风机改变频目前国内尚无一例，但进行此类变频改造，技术上 已有一定的可行性下面将有关引风机电机的调速方式及改变频调速的利弊作简要分析。
2 风机电机调速的方法及其区别 调速方法：对一般的风机电机( 如# 1 、# 2 机组的引风机电机) 来说，实现调速的方法有三种， 一是恢复当前的变速开关；二是每台电机电源增加两台真空开关及相应的电缆，通过开关的相互切 换方式，实现电机的变级调速，这两种方法原理相同，只不过是后者用两台真空开关代替前者一台 变速开关，按现在的机组运行调节要求，这两种变速方式都存在严重不足，其能够实现高／低变速( 4 9 6 r p m 或5 9 4r p m ) ，但不能实现真正意义上的调速因为这两种变速的原理是改变电机定子绕组接线 的极对数，只能实现高／低两种速度的切换，过程中无法实现转速的线性调节，这就是电机典型的变 极调速两种方法操作的过程是：停电一高／低速开关切换—送电变速切换时，风机电机会出现短 时停电，相当于风机停开各一次，切换的过程对风机、电机以及电源母线都会有冲击第三种方法 是变频调速，即在电机电源侧增加一套变频调节装置，通过改变电机电源的频率，从而达到调速的 目的，对我公司引风机电机来说，调速的范围可以达到O 一5 0 0 r p m 变极调速、变频调速的区射；因为电机的同步转速与电压频率及电机定子绕组级对数的关系为： n = 6 0 f ／p 其中n ．电机的同步转速， f - 电源频率，p 一电机的极对数。
所以两种调速的区别很大，也很 明显 ( 1 ) 变极调速：变极调速是通过绕组接法的改变来改变电机的极对数P 以达到变速的目的，因 为电机的极对数不是任意可调，所以这种方式变速是跳跃式，达不到连续性调速的目的我公司# 1 、 # 2 机安装的变速开关改变的足电机的极对数P ，高“氐速时对应的电机极对数是5 ／6 极，所以电机高 ／低速的同步转速分别是6 0 0 ／5 0 0 r p m ，实际转速是5 9 4 ／4 9 6r p m ( 2 ) 变频调速：变频调速改变的是电机电源的频率f ，频率f 与转速成正比，一般变频器可以 全国火电大机组( 6 0 0 M W 级) 竞赛第8 届年会论文集 在工频0 - 5 0 H z 范围内实现任意调节，也就是说电机的实际转速可在对应的同步转速0 ．- n 范围内任意 调节，变频器能够对频率进行线性调节，也即能够达到对电机转速线性调节的控制目的 3 变频调速的优点 根据前面对变极调速、变频调速的简单分析，可以看出：两者的变速原理及调速实现的方式完 全不同，变频调速的调速优点比较突出，主要存在以下四个方面 ( 1 ) 变频调速的范围广、精度高：采用变频调速，可以在启动转矩不变的前提下，转速可在岫I ( 5 0 H Z 电机对应的同步转速) 范围内任意一点实现线性调节，这种无级调节，性能可靠稳定。
能根 据不同负荷下炉膛压力的变化的需要，调节风机电机的转速，并且很容易与控制D C S 系统接口，达 到对炉膛压力闭环控制的目的 ’ ( 2 ) 对厂用电系统、电机的冲击小：由于其启动时频率调节的过程是从O 一5 0 H z 缓慢提升， 电压也是慢慢升高，电机的启动非常平稳，不会出现操作过电压对风机、轴承等也同样不会造成 冲击不象现在风机启动时，电机的电压突然升至1 0 K V ，电机的启动电流达到正常额定电流的8 一1 0 倍，对电机的冲击很大，母线电压会突然降低 ( 3 ) 引风机的调节性能改善、效率提高：现在引风机风量调节是通过调节进口挡板的来实现对 炉膛压力的控制，由于挡板的节流，一方面会损失能量，另外高速旋转情况下，也会对风机叶片、 挡板等部件造成磨损变频调速通过调节电机的转速来调节风机的风量，正常运行时，风门调节挡 板处在全开的位置，不存在节流损失问题采用变频调速，风机控制调节性能得到改善，风机效率 会大大提高．：t ( 4 ) 节能效果显著：风机改为变频调速，其最大的优点是节约厂用电因为变频调速是根据锅 炉不同负荷对风机风量的要求，来调节电机的对应转速，机组低负荷时，引风机的风量较小，风机 的转速可以调的较低。
根据风机功率的近视计算公式N 1 瓜产( n 1 ／n 2 ) 3 ，转速降低时，风机消耗的功 率按3 饮方比例关系降低，所以电机的输入功率也大大降低，节能的效果也非常明显 从以上四点优点可以得出结论：引风机改为变频调速可以达到两个目的：节约厂用电和改善风 机调节性能 4 我公司引风机改为变频调速的简要分析 ( 1 ) 效益分析：引风机电机改为变频调速的主要优点以上已详细分析，其中最突出优点是其节 能效果显著，我公司两台引风机改变频后的节能效益有以下两个方面： 1 ) 节约厂用电：# l 炉目前机组满负荷时的挡板开度约为5 0 ．6 0 ％若改为变频凋速，电机的电 流会明显降低，尤其是低负荷情况，电流下降的幅度更大，根据引风机电机不同负荷下电流( 见附 表) 大小分析，估计每台电机改造后电流平均至少下降4 0 安培，每小时可节电约5 9 0 度，机组年运 行约7 5 0 0 小时，全年累计可节电4 4 0 ．5 万度，按2 0 0 2 年平均上网电价0 ．2 2 ／K W H 计算，每年可节省 费用9 8 万元／台此只为保守计算，若按照目前己进行过风机变频改造电厂的节能分析报告计算， 每年可节省电费不低于1 2 0 —1 5 0 万元／台。
表：引风机电机不同负荷时电流( 运行中统计) ： 、弋组负荷 电机电八 3 0 0 M W 3 5 0 M W4 0 0 M W4 5 0 M W 5 0 0 M W 5 5 0 M w 6 0 0 M W 引风机1 A1 7 1 ．4 11 8 1 ．9 —1 7 4 ．31 8 3 ．01 8 3 ．51 8 5 ．1 1 9 2 ．O 1 7 7 全国火电太机组( 6 0 0 M W 级) 竞赛第8 届年会论文集锅炉 l 引风机I B1 7 3 ．71 8 4 ．91 7 8 ．01 8 5 ．11 8 5 ．41 8 7 ．61 9 7 ．6 ‘ l 引风机2 A2 0 9 ．62 1 6 ，8 82 2 3 _ 3 82 2 9 ．3 82 3 6 ．1 22 4 6 ．6 22 5 2 ．8 8 l 引风机2 B1 6 8 ．11 8 1 ．61 8 2 ．61 9 5 ．22 0 9 ．32 1 2 ．22 2 3 ．5 2 ) 节省锅炉风机、调节挡板的维护改造费用：改为变频调速，风机的维护工作量大大节省，风 机的进口调节挡板及其控制系统正常情况可退出运行，风量的调节直接通过电机的转速调节，估计 一次性节省改造维护费用5 0 万。
( 2 ) 引风机电机变频改造的方案简介：选用无谐波多电平脉冲的变频器，输入1 0 K V 、3 A C ／5 0 H Z ， 变频器输出0 - 7 ．2 K V 范围内可调，选用自耦变7 ．2 ／1 0 K V 升压至1 0 K V ，变频器的冷却采用风冷方式， 变频器的输入和调压变的输出设置隔离开关G L l ／G L 2 ，并且在两隔离开关的前端、后端并联一备用 隔离开关G L 0 ，目的是当变频系统故障时，断开隔离开关G L l ／G L 2 ，整个变频系统退出运行，合上 G L 0 开关，保证电机仍然能够正常运行详见原理图： 隔离开关G L l 变频器 右上图：变频调速原理图 ( 3 ) 变频改造的难度及解决办法；风机电机改变频调速，虽然优点突出，但该项改造也存在一 定的难度，技术上还有很多具体工作要作，主要有以下几点 1 ) 改造费用高：因为该风机的容量很大( 4 0 0 0 K W ) 、电压较高( 1 0 K V ) ，所以变频改造的费用 大约5 5 0 万元／台；但是从引风机实际运行情况观察，进行变频改造时，额定容量可适当降低选配， 不必一定按4 0 0 0 K W 选择变频器，这样费用会降低很多，具体容量配置可通过试验结果确定。
2 ) 需要新建一个变频控制厂房：由于变频装置包括变频柜、调压柜、闭锁开关柜等，所以需在 习碳旨号 辑寄开关0．0 全国火电大机组( 6 0 0 M W 级) 竞赛第8 届年会论文集 锅炉 引风机就地处新建一个室内面积5 ×1 2 米的厂房经实地勘察，可以利用引风机油站前面的空地建 该厂房 3 ) 电压等级偏高问题：目前国内外的变频器的电压等级一般选用6 K V 较多，为解决电压为1 0 K V 电机的变频问题，可以采用高低高的方式加以解决，即变频器的输入1 0 K V ，变频后输出7 ．2 K V ，再 采用自偶调压变升到1 0 K V ( 见上面原理图) ，这样即可满足改造要求 4 ) 高次谐波对电网的影响：一般大量采用变频器，会使厂用电系统的谐波源增加，高次谐波会 对电网及电厂控制系统产生一定的影响，熟称高频污染如果我们选择完美无谐波型高压变频器， 就可以最大幅度降低谐波含量，而且变频器安装在引风机就地，不会对厂用电及控制系统的造成影 响 4 结论、建议 根据以上简要分析，我公司两台机组( 尤其是# 2 机) 引风机电机进行变频调速改造的技术可行 性是有的建议2 0 0 3 年组织控制、锅炉、电气专业技术人员进行相关调研准备。
并提出详细的改造 实施方案，2 0 0 4 度上半年完成招投标及设备订购，下半年进行实施改造。