摘要
本文以某发电公司对轴流式风机变频调节的应用案例，论述变频技术在轴流式风机调节应用中所存在的节能潜力和变频调速实现高功能化广阔前景。
引言
近10年来，随着电力电子技术、迅速发展，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术己成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数而被广泛应用。在火力发电厂中，轴流风机因效率高和能耗低成为主要标准辅机设备，而采用变频调节的轴流式风机是现在大型火力发电厂所采取较为先进的调节方式。概述
某发电公司装机容量为4×300MW，其他机组风机采用了动叶调整轴流式风机，而二号机组采用的是静叶调整轴流式风机，由于静叶调整采用的是气动执行机构，缺点是调节惰性大、线性差、维护量大、且不能适应自动调节的特点（线性差）故拟进行改造。变频调节的特点方案比较：
（一）改成动叶调整，
1) 优点是和其它机组相一致备件有互换性，免于培训检修维护、和运行人员，资金一次投入量小。
2) 缺点是维护量大、设备变动大（需要更换风机转子）节能效果不理想。选择动叶调整轴流风机时，设计点落在效率最高、并在此基础上动叶角度再开大-30 -18度的曲线上，这样，即使机组在非额定工况下运行，风机也可在最高效率区内运行，但是最高效率范围比较小。
（二）采用变频调节，优点是风机经高压变频改造后，除了节能外，流量控制特性以及电动机和风机的运行特性明显改善，主要有以下几项优缺点：
1)实现风量控制操作人员只须改变变频器输出频率，使风机转速相应改变，不再调整节流阀，运行自动化程度大为提高，运行和维护工作量降低，输出特性可满足风机性能要求。
2)节流调节时，流量变小时，调节非线性，影响锅炉安全运行（炉膛负压波动较大），而采用变频调节后，起动停止平衡，无级调速，调速范围大。
3)电动机软启动避免风机强大起动力矩，变频运行时起动电流<20A，而工频直接起动电流>200A，因此．变频运行完全消除了因直接启动造成的对电动机和6KV厂用段的冲击，另外巨大的起动电流对电动机和机械设备也会造成严重的电磁应力和机械应力，缩短设备的使用寿命，因此电力系统希望能够软起动（特别是高压大容量电动机）。
4)功率因素提高从电网侧看，工频运行时功率因数为0.85左右，变频运行时功率因数达到0. 95，因此，即使同样是满负荷运行，变频运行时，高压输入电流明显比工频运行时小，这也有利于节能和设备安全运行。
5)电机和风机运行寿命延长。设备转速降低后，运行噪声降低，磨损减少，设备寿命延长。
6)控制响应速度增快。吸风机投入自动后改变送风量设定值后，装置迅速改变运行转速，使炉膛负压迅速跟踪设定值，减少了炉膛负压的波动。
变频调速在调频范围、静态精度、动态品质、系统效率、完善的保护功能、容易实现自动控制和过程控制等诸方面是以往的调压调速、变极调速、串级调速、滑差调速和液力耦合器调速等无法比拟的。改造方案
从以上情况分析：要提高电动机的工作效率、节约电能，可在风机电动机上装上调速装置。根据工作的情况调节调速器装置的速度可以满足工作状况的要求。另外，用变频器对风机进行改造不必对原系统进行大改动。
2#炉吸风机变频器一次系统示意图其中：QF:叹风机6kV电源开关 QS1：变频器进线刀闸
QS2：变频器出线刀闸 QS3:工频旁路刀闸
2#炉吸风机变频器系统运行规定
a)正常运行使用变频器方式运行，工频旁路刀闸在分闸位置。
b)当变频器发生故障或检修需要倒为旁路运行时，应先将变频器停运、将吸风机6kV开关停电后才能进行旁路刀闸的倒换，严禁在运行中进行方式倒换。
c)吸风机正常停送电时，就地变频器回路刀闸保持原方式不变。变频器回路有工作时，按措施要求断开变频器进出线，并将变频器UPS电源及风机电源停电。变频调节的工况分析
根据流体理论，离心式风机、水泵的轴功率是转速的三次方函数关系。当转速降低后，其消耗功率会大幅下降，例如50%转速时，轴机械功率仅为12.5%。当然不同，调速方案的效率相差很大，滑差后液力调速装置效率不高， n≈（1一S），在50%转速时， rlvs～50%，而变频调速器效率，效率因数高，rlvvvF≈95%～98%，而且近似不变。所以在诸多调速方案中变频调速节能效益最佳，理应为首选方案。
以某公司#2机组中静叶调节吸风机为例，100%转速流量时，轴功率为100%;50%转速流量时，轴功率降为50%。通过流体力学的基本定律可知：风机设备属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：QoC n，H oC n2，PoC n3;即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。因而，理想情况下有如下关系：由上表可见：当需求流量下降时，调节转速可以节约大量能源。例如：当流量需求减少一半时，如通过变频调速，则理论上讲，仅需额定功率的12. 5%，即可节约87. 5%的能源。如采用传统的动叶方式调节风量，虽然也可相应降低能源消耗，但节约效果与变频相比，则有天壤之别。变频器节能的效益
（一）变频改造的社会效益
在当前节能减排的情况，需要大规模地降低能耗
（二） 某发电有限公司#2机组变频器改造的现实效益
额定功率1800KW
改造前实测数据
U=6KV I=160A （满负荷时，双侧吸风机运行）
cos cD =0. 887
P=l. 732UIcosØ
=1. 732×6000×1 60×0.887
=1474. 8KW
2、改造后实测数据：
U=6kv=100 cosØ≈1
P=1. 732×6000×1 00×1=1039. 2KW效果及结论
(1)调节平稳。在运行中，风机的流量变化平稳。
(2)能耗低。风机始终工作在最优区间，大大降低能耗。
(3)启动冲击小。变频器启动电流较低，对电机及其拖动设备无冲击损害，可延长设备的使用寿命；存在的问题
1)在设备运行时，不能实现变频和工频无扰切换，需要停运进行切换，影响设备的可用率。
2)风机转速较低时，由于风机电机的冷却通风风扇与转子一体，所以在环境温度较高，或者湿度较大时不能很好的起到冷却效果，影响电机健康运行。
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