摘要：本文根據(jù)發(fā)電廠各種高壓輔機的實際運行工況，逐一進行了節(jié)能改造方案分析，并指出了變頻器選型和改造工程的實施原則。 關(guān)鍵詞：發(fā)電廠　風(fēng)機　水泵　變頻調(diào)速　節(jié)能運行 Abstract：This paper analyses the technical scheme of energy saving accroding to the actual operation circumstanses of each high voltage auxiliary electromotor in power plant. It also points out the concrete rule to choosethe inverter’s type and innovative engine. Key words：Power plant . Fan . Water Pump . Variable frequency and speed . Energy Saving 1、前 言 風(fēng)機和水泵在國民經(jīng)濟各部門的數(shù)量眾多，分布面極廣，耗電量巨大。據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計，全國風(fēng)機、水泵電動機裝機總?cè)萘考s35000MW，耗電量約占全國電力消耗總量的40％左右、目前，風(fēng)機和水泵運行中還有很大的節(jié)能潛力，其潛力挖掘的焦點是提高風(fēng)機和水泵的運行效率。據(jù)估計，提高風(fēng)機和水泵系統(tǒng)運行效率的節(jié)能潛力可達300～500億kW.h/年，相當于6～10個裝機容量為1000MW級的大型火力發(fā)電廠的年發(fā)電總量。 在火力發(fā)電廠中，風(fēng)機和水泵也是最主要的耗電設(shè)備，且容量大、耗電多。加上這些設(shè)備都是長期連續(xù)運行和常常處于低負荷及變負荷運行狀態(tài)，其節(jié)能潛力則更加巨大。據(jù)統(tǒng)計，全國火力發(fā)電廠下述八種風(fēng)機和水泵：送風(fēng)機、引風(fēng)機、一次風(fēng)機、排粉風(fēng)機、鍋爐給水泵，循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵、灰漿泵配套電動機的總?cè)萘繛?5000MW，年總用電量為520億KW.h，占全國火電發(fā)電量的5.8％。發(fā)電廠鋪機電動機的經(jīng)濟運行，直接關(guān)系到廠用電率的高低。隨著電力行業(yè)改革的不斷深化，廠網(wǎng)分家，竟價上網(wǎng)等政策的逐步實施，降低廠用電率，降低發(fā)電成本提高電價競爭力，已成為各發(fā)電廠努力追求的經(jīng)濟目標 。 我國火電機組的平均煤耗為400g／KW.h，比發(fā)達國家高70～100g／kW.h，而廠用電率的高低是影響供電煤耗和發(fā)電成本的主要因素之一。國產(chǎn)300MW／機組的廠用電率平均為4.7％，而進口（GE公司）機組為3.81％。國產(chǎn)機組比進口機組約高20％左右。國產(chǎn)機組廠用電率偏高的原因主要是輔機電動機在經(jīng)濟運行方面存在問題和差距。 國外火電廠的風(fēng)機和水泵已紛紛增設(shè)調(diào)速裝置，而目前我國火電廠中除少量采用汽動給水泵，液力耦合器及雙速電機外，其他風(fēng)機和水泵基本上都采用定速驅(qū)動。這種定速驅(qū)動的泵，由于采用出口閥，風(fēng)機則采用入口風(fēng)門調(diào)節(jié)流量，都存在嚴重的節(jié)流損耗。尤其在機組變負荷運行時，由于風(fēng)機和水泵的運行偏離高效點，使運行效率降低。調(diào)查表明：我國50MW以上機組鍋爐風(fēng)機運行效率低于70％的占一半以上，低于50％的占20％左右。由于目前普遍的機組負荷偏低，風(fēng)機的效率就更低，有的甚至不到30％，結(jié)果是白白地浪費掉大量的電能，已經(jīng)到了非改不可的地步。 2.風(fēng)機變頻調(diào)速應(yīng)用情況 風(fēng)機是火力發(fā)電廠重要的輔助設(shè)備之一，鍋爐的四大風(fēng)機（送風(fēng)機、引風(fēng)機、一次風(fēng)機或排粉風(fēng)機和煙氣再循環(huán)風(fēng)機）的總耗電量約占機組發(fā)電量的2％左右。隨著火電機組容量的提高，電站鍋爐風(fēng)機的容量也在不斷增大，如國產(chǎn)200MW機組，風(fēng)機的總功率6440kW，占機組容量的3％以上。因此，提高風(fēng)機的運行效率對降低廠用電率具有重要的作用。送風(fēng)機是用來給鍋爐燃燒提供空氣（氧氣）的輔機設(shè)備，引風(fēng)機則是將鍋爐燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)除塵裝置后排向煙道的輔機設(shè)備，二者都是電站鍋爐的主要輔機設(shè)備。一般200MW以下機組配置帶有入口導(dǎo)向葉片的送風(fēng)機和引風(fēng)機，如125MW機組配置600kW送風(fēng)機兩臺和800kW引風(fēng)機兩臺；300MW機組則采用動葉可調(diào)的送風(fēng)機（1800kW）兩臺和靜葉可調(diào)的引風(fēng)機（2200kW）兩臺送風(fēng)機用來保證合理的風(fēng)煤配比，從而控制煙氣的含氧量和灰粉可然物的比例；引風(fēng)機則用來調(diào)整鍋爐爐膛負壓的穩(wěn)定。由于機組的負荷經(jīng)常變化，為了保證鍋爐的燃燒和負壓的穩(wěn)定，需要及時調(diào)整送、吸風(fēng)量和煤粉量。在200MW及以下機組，一般采用調(diào)整入口導(dǎo)向葉片的角度（風(fēng)門開度）的方式來調(diào)節(jié)風(fēng)量，這種風(fēng)門調(diào)節(jié)的截流損耗一般為30％Pe（額定容量）。在300MW及以上機組，則采用調(diào)節(jié)動、靜葉片的方式來實現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式的截流損耗也在20％Pe左右。如果采用變頻調(diào)速改造，將完全消除風(fēng)門和葉片的截流損耗。 我國電站風(fēng)機雖巳普遍采用了高效離心風(fēng)機，但實際運行效率并不高，其主要原因之一是風(fēng)機的調(diào)速性能差，二是運行點偏離風(fēng)機的最高效率點。我國現(xiàn)行的火電設(shè)計規(guī)程SDJ—79規(guī)定，燃煤鍋爐的送、引風(fēng)機的風(fēng)量裕度分別為5％和5％～10％，風(fēng)壓裕度分別為10％和10％～15％。這是因為在設(shè)計過程中，很難準確地計算出管網(wǎng)的阻力，并考慮到長期運行過程中可能發(fā)生的各種問題，通?？偸前严到y(tǒng)的最大風(fēng)量和風(fēng)壓富裕量作為選擇風(fēng)機型號的設(shè)計值。但風(fēng)機的型號和系列是有限的，往往在選用不到合適的風(fēng)機型號時，只好往大機號上靠。這樣，電站鍋爐送引風(fēng)機的風(fēng)量和風(fēng)壓富裕度達20％～30％是比較常見的。 一般在鍋爐風(fēng)機容量設(shè)計時，單側(cè)風(fēng)機運行時具備帶75％負荷運行的能力，這主要是從機組運行的安全性出發(fā)的；當失去一側(cè)送引風(fēng)機時，機組還能帶75％的負荷運行。所以當雙側(cè)風(fēng)機運行，機組帶滿負荷時，送引風(fēng)機的設(shè)計余量在20～30％左右，風(fēng)門開度一般為50～60%,這也是從風(fēng)門調(diào)節(jié)的靈敏度來考慮的。這就為風(fēng)機的變頻調(diào)速節(jié)能改造造就了巨大的潛力，即使在機組滿負荷運行時，也有20～30%的節(jié)電率。 電站鍋爐風(fēng)機的風(fēng)量與風(fēng)壓的富裕度以及機組的調(diào)峰運行導(dǎo)致風(fēng)機的運行工況點與設(shè)計高效點相偏離，從而使風(fēng)機的運行效率大幅度下降。一般情況下，采用風(fēng)門調(diào)節(jié)的風(fēng)機，在兩者偏離10％時，效率下降8％左右；偏離20％時，效率下降20％左右；而偏離30％時，效率則下降30％以上。對于采用調(diào)節(jié)門調(diào)節(jié)風(fēng)量的風(fēng)機，這是一個固有的不可避免的問題?？梢姡仩t送、引風(fēng)機的用電量中，很大一部分是因風(fēng)機的型號與管網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)不匹配及調(diào)節(jié)方式不當而被調(diào)節(jié)門消耗掉的。因此，改進離心風(fēng)機的調(diào)節(jié)方式是提高風(fēng)機效率，降低風(fēng)機耗電量的最有效途徑。 按照流體機械的相似定律，風(fēng)機、水泵的流量Q、壓頭（揚程）H、軸功率P與轉(zhuǎn)速n之間有如下比例關(guān)系： Q[SUB]1[/SUB] /Q[SUB]2[/SUB]=n[SUB]1[/SUB]/n[SUB]2[/SUB]; H[SUB]1[/SUB]/H[SUB]2[/SUB]=（ n[SUB]1[/SUB]/n[SUB]2[/SUB]）[SUP]2[/SUP] ; P[SUB]1[/SUB]/P[SUB]2[/SUB]=（ n[SUB]1[/SUB]/n[SUB]2[/SUB]）[SUP]3[/SUP] 離心式風(fēng)機在變速調(diào)節(jié)的過程中，如果不考慮管道系統(tǒng)阻力R的影響，且風(fēng)壓H隨流量Q成平方規(guī)律變化，則風(fēng)機的效率可在一定的范圍內(nèi)保持最高效率不變（只有在負荷率低于80％時才略有下降）。圖1示出了離心式風(fēng)機不同調(diào)節(jié)方式耗電特性比較，圖2示出了采用風(fēng)門調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式時，風(fēng)機的效率—流量曲線。 由圖2可知：在風(fēng)機的風(fēng)量由100％下降到50％時，變速調(diào)節(jié)與風(fēng)門調(diào)節(jié)方式相 比，風(fēng)機的效率平均高出30％以上。因而，從節(jié)能的觀點來看，變速調(diào)節(jié)方式為最佳 調(diào)節(jié)方式。發(fā)電廠輔機采用定速驅(qū)動時，風(fēng)機靠風(fēng)門調(diào)節(jié)，水泵則靠閥門開度來調(diào)節(jié) 流量，除產(chǎn)生大量的節(jié)流損耗外，反應(yīng)速度慢，導(dǎo)致鍋爐的燃燒自動無法投入，因而 機組的協(xié)調(diào)控制無法投入，機組無法響應(yīng)負荷的動態(tài)變化。輔機采用調(diào)速驅(qū)動后，機 組的可控性提高了，響應(yīng)速度加快，控制精度也提高了。從而使整個機組的控制性能 大大改善，不但改善了機組的運行狀況，還可以大大節(jié)約燃料，進一步節(jié)約能源。同時，采用變速調(diào)節(jié)以后，可以有效地減輕葉輪和軸承的磨損，延長設(shè)備使用壽命，降低噪聲，大大改善起動性能。工藝條件的改善也能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。 鍋爐送引風(fēng)機是目前火電廠中應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)進行節(jié)能改造的首選和主要對象，尤以引風(fēng)機為多，全國已超過300套。一般是一臺鍋爐四臺送引風(fēng)機同時上變頻調(diào)速，或者只上兩臺引風(fēng)機。其拖動功率一般為315～2500KW，電壓等級為6KV.10KV。其原因主要是風(fēng)機的節(jié)能潛力大，調(diào)速范圍寬，且其功率等級決定了使用高壓變頻改造時其技術(shù)性能和經(jīng)濟性能都較好，系統(tǒng)設(shè)計采用標準的一拖一帶工頻旁路方案。（圖3） 3、水泵變頻調(diào)速應(yīng)用情況 火力發(fā)電機組必須配備的水泵主要有鍋爐給水泵、循環(huán)水泵和凝結(jié)水泵，其次還有射水泵、低壓加熱器疏水泵、熱網(wǎng)水泵、冷卻水泵、灰漿泵、軸封水泵、除鹽水泵、清水泵、過濾器反洗泵、生活水泵、消防水泵和補給水泵等。這些水泵數(shù)量多，總裝機容量大：50MW火電機組的主要配套水泵的總裝機容量為6430KW，占機組容量的12。86％；100MW機組為10480kW／，占10。48％；200MW機組為15450KW，占7。73％。100MW機組主要配套水泵的總耗電量約占全部廠用電量的70％左右。由此可見，水泵確實是火力發(fā)電廠中耗電量最大的一類輔機。因此，提高水泵的運行效率，降低水泵的電耗對降低廠用電率具有舉足輕重的意義。 與風(fēng)機一樣，由于設(shè)計中層層加碼，留有過大的富裕量，造成大馬拉小車之外，由于采用節(jié)流調(diào)節(jié)，為滿足生產(chǎn)工藝上的要求，造成更大的能源浪費現(xiàn)象。 3.1給水泵 一般200MW以下單元機組配置3臺50％容量的電動給水泵，正常工作時兩臺運行，一臺備用。300MW以上的單元機組配置50％容量的汽動泵兩臺或100％容量的汽動泵一臺和50％容量的電動泵一臺，正常工作時汽動泵運行，電動泵作為起動時使用和備用。 一臺200MW發(fā)電機組的電動給水泵，其電動機功率達5000ｋW，水泵的出口壓力與正常的汽包壓力之間的差別如此之大（8.5MPa）原因有兩個： （1） 鍋爐檢修以后打水壓試驗的需要； （2） 為給水調(diào)節(jié)閥前提供較大的壓力，以提高汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的反應(yīng)速度，提高水位調(diào)節(jié)品質(zhì)的需要。 如此大的截流損耗，造成大量的能源浪費。若采用變頻調(diào)速驅(qū)動，則可用改變電動機的轉(zhuǎn)速來滿足不同的給水要求，不僅避免了調(diào)節(jié)閥的截流損耗，達到了節(jié)能的目的，同時以調(diào)速的方式改變給水流量的響應(yīng)速度遠比改變閥門開度來的快，從而改善了鍋爐給水調(diào)節(jié)性能。 中、小型熱電廠鍋爐給水多采用母管制給水系統(tǒng)，給水泵多為定速運行，鍋爐汽包水位靠自動給水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，屬節(jié)流調(diào)節(jié)，存在節(jié)流損耗。運行中的熱電廠，除冬季供暖期熱電負荷較高外，大多數(shù)參與調(diào)峰，且峰谷差較大，給水量也相應(yīng)變化較大，母管制給水系統(tǒng)采用給水泵臺數(shù)調(diào)節(jié)法，給水泵隨著負荷的變化頻繁起停，造成給水母管壓力變化較大。負荷越小母管壓力越高，鍋爐自動給水調(diào)節(jié)閥開度越小，其節(jié)流損耗就越大。 若對母管制給水系統(tǒng)中的部分給水泵采用變頻調(diào)速改造，讓工頻定速泵與變頻調(diào)速泵并列運行，共同維持母管壓力恒定，工頻定速泵對應(yīng)最佳工作點帶固定流量，變頻調(diào)速泵對應(yīng)工作點調(diào)節(jié)給水流量。工頻定速泵的特性曲線與設(shè)定母管壓力的交點即是工頻定速泵的工作點，其對應(yīng)的流量即是定速泵流量：對應(yīng)變頻調(diào)速泵轉(zhuǎn)速的特性曲線與設(shè)定母管壓力的交點即為變頻調(diào)速泵的工作點，其對應(yīng)的流量即為調(diào)速泵的流量。工頻定速泵與變頻調(diào)速泵的流量之和即為總的給水流量。調(diào)速泵的比例越大，調(diào)節(jié)越靈敏，母管壓力越穩(wěn)定。 工頻定速運行的給水系統(tǒng)，母管壓力是隨負荷的變化而變化的，其變動范圍一般為2—3MPa，母管制給水系統(tǒng)進行調(diào)速改造的目的，就是在實現(xiàn)給水母管恒壓運行的同時，最大限度地降低給水泵單耗，為此需要確定并列運行給水泵的最佳工作點。工頻定速泵的最佳工作點，就是其額定工況點，在額定工況點工作的定速泵其效率最高，調(diào)速泵保持這一壓力運行，進行給水量的調(diào)節(jié)，工況最佳，單耗最低。值得注意的是一定要做到確保其工作點流量大于調(diào)速泵最低流量以避免調(diào)速泵的汽蝕。 調(diào)速泵不僅自身通過調(diào)速而節(jié)能，同時由于調(diào)速泵穩(wěn)定了母管壓力，使工頻定速泵工作在最佳工作點，提高了定速泵的效率而節(jié)能。母管制給水系統(tǒng)最經(jīng)濟的工作點，應(yīng)該是保證安全上水條件下的最低揚程，這樣也同時減少了給水調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損耗，這在工頻定速運行方式下是難以做到的。 給水泵號稱火電機組的“心臟”,可見其在火電機組安全運行中有舉足輕重的作用。所以給水泵的變頻調(diào)速節(jié)能改造。雖有巨大的節(jié)能潛力，但是由于：（1）.可靠性要求高（2）.功率等級高的原因，目前的高壓變頻器還不能滿足大型機組給水泵調(diào)速改造的要求，所以國內(nèi)火電廠只在中小容量的少數(shù)機組上使用。例如大慶新華電廠在100MW調(diào)峰機組的2300ｋW給水泵上采用了美國羅賓康公司的“完美無諧波”變頻器，牡丹江第二發(fā)電廠2330ｋW給水泵上采用了美國洛克韋爾（AB）公司的變頻器，和廈門電廠450ｋW給水泵采用了國產(chǎn)利德華福公司單元串聯(lián)多電平高壓變頻器實現(xiàn)了變頻調(diào)速節(jié)能改造。 而國外發(fā)達國家則把鍋爐給水泵傳動系統(tǒng)作為推廣應(yīng)用變頻調(diào)速節(jié)能改造的主要對象之一，其原因是（1）節(jié)能潛力大，（2）功率大。其系統(tǒng)設(shè)計采用標準的一拖一帶工頻旁路的方案（見圖3）。 3.2循環(huán)水泵 循環(huán)水泵是為汽輪機組凝汽器提供冷卻水的重要鋪機設(shè)備，一般單元機組設(shè)置3臺循環(huán)水泵，運行方式：一臺運行、一臺備用、一臺檢修，定期切換運行。如果循環(huán)水泵同時停運，必然導(dǎo)致機組停運，甚至可能造成汽輪機化瓦等惡性事故。隨著機組負荷和季節(jié)的變化，為了保證機組在合理的經(jīng)濟真空值運行，需要的冷卻水量是變化的。通常冬季單臺泵運行流量偏大，夏季單臺泵流量不足，需要兩臺泵運行，而兩臺泵的流量又過大。目前國內(nèi)中等以上容量的機組也有采用調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)冷卻水流量調(diào)節(jié)的，這種調(diào)節(jié)方式控制的汽輪機真空度不穩(wěn)定，不能保證汽輪機的經(jīng)濟運行，尤其在低負荷運行時，閥門的節(jié)流損耗大，泵的運行效率也很低。 若進行變頻調(diào)速改造，既可節(jié)能降耗，又能根據(jù)機組負荷和季節(jié)的變化調(diào)節(jié)冷卻水的流量，達到汽輪機最有利真空的控制目的，實現(xiàn)了汽輪機真空度的高精度控制和經(jīng)濟運行的目的。且運行穩(wěn)定，可靠性高，同時還可以消除管路的虹吸現(xiàn)象。但要保證機組安全運行的最小流量，避免出現(xiàn)凝汽器水側(cè)不滿水造成干燒以及冷油器、沖灰水缺水的現(xiàn)象。 目前汽輪機的真空度主要是靠調(diào)節(jié)冷卻水的流量來控制的，但是當冷卻水流量增加使真空度提高的同時，循環(huán)水泵的投資及運行電耗將大幅增加。 為提高機組運行的經(jīng)濟性， 所以真空度提高汽輪機功率的增量△N 1應(yīng)大于為增加循環(huán)水量所多消耗的功率△N 2，顯然，汽輪機的最有利真空Peco（經(jīng)濟真空）應(yīng)位于凈增功率△N＝△N 2-△N 1的最大值處，此時汽輪機工作在經(jīng)濟運行方式，如圖4所示。 圖4中Dw為冷卻水量，P為汽輪機的凝汽器真空，△N為功率差值， △N在冷卻水量比較小的時候隨冷卻水量的增大而增加，到a點達到最大，如果再進一步增大冷卻水流量， △N反而開始減小，直至為零。但到達c點時，汽輪機的膨脹能力已達到極限，汽輪機功率不會再增加，c點所對應(yīng)的真空成為極限真空。從圖4中可以看出，由a點引等水量線與凝汽器壓力線相交的b點所對應(yīng)的真空度Peco就是最有利真空，a點所對應(yīng)的冷卻水量Deco就是最佳冷卻水量。通過確定汽輪機的最有利真空，并以此為依據(jù)來控制冷卻水流量，使汽輪機的排氣壓力盡量維持最有利真空位置，以保證機組的經(jīng)濟運行。 單元機組三臺循環(huán)水泵采用一臺高壓變頻器，系統(tǒng)設(shè)計采用一拖三帶工頻旁路方案：考慮到循環(huán)水泵的檢修和循環(huán)工作，保證始終有一臺泵調(diào)速工作。冬季和低負荷時一臺泵調(diào)速工作，以調(diào)節(jié)冷卻水流量，夏季高負荷時一臺泵接到工頻電網(wǎng)定速工作，帶固定流量，另一臺泵變頻器驅(qū)動，調(diào)節(jié)冷卻水流量。 南方電廠和北方電廠的循環(huán)水泵是不一樣的。在南方，由于江、河、湖泊的水源充足，一般循環(huán)水多采用直排式：由江河中抽上來，進入汽輪機凝汽器，經(jīng)熱交換后直接排向江河，落差比較小因而循環(huán)水泵的調(diào)速范圍比較大（但循環(huán)水泵的揚程也較?。?。在北方，由于水源緊張，冷卻水要循環(huán)使用。每臺機組建一座冷卻水塔，一條壓力循環(huán)水管，一條雙孔自流水溝。經(jīng)凝汽器熱交換后的熱水由循環(huán)水泵壓入水塔頂，從塔中經(jīng)蜂窩材料噴淋而下，再進入凝汽器循環(huán)使用。一般水塔高程在70～80米左右，循環(huán)水泵調(diào)速后的出口揚程有個最低值，這就限制了循環(huán)水泵的調(diào)速范圍，因為循環(huán)水泵出口揚程的余量并不大，調(diào)速后循環(huán)水泵的出口揚程若小于水塔高程，冷卻水就會打不進水塔去，循環(huán)水泵就不能正常工作。 3.3凝結(jié)水泵 在汽輪機中作完功的蒸汽經(jīng)凝汽器凝結(jié)成水，稱為凝結(jié)水。為了防止鍋爐和汽輪機潔垢，進入鍋爐的水是要進行嚴格的軟化處理的，成本很貴，因而作完功的凝結(jié)水要經(jīng)過除氧和加熱器后重新進入鍋爐使用。火電機組的凝結(jié)水泵就是完成這項工作的重要鋪機設(shè)備，一般一臺機組設(shè)計二臺110％容量的凝結(jié)水泵，一臺運行，一臺備用；大機組采用三臺泵，二臺運行，一臺備用，每臺泵的出力均為55％額定容量，目前存在的問題是： （1）由于凝結(jié)水泵定速運行，靠出口調(diào)節(jié)門的節(jié)流控制，節(jié)流量大，出口壓力高，經(jīng)常發(fā)生泵的法蘭大量漏水造成熱量和水量的大量流失，地面污染，導(dǎo)致不能正常運行甚至損壞泵。 （2）電動調(diào)節(jié)門是電動機械結(jié)構(gòu)，線性度差，存在調(diào)節(jié)滯后，調(diào)節(jié)品質(zhì)差的問題影響了調(diào)節(jié)水位的穩(wěn)定性。經(jīng)常出現(xiàn)無水位運行狀態(tài)，導(dǎo)致泵的嚴重汽蝕；因為凝結(jié)水泵是立式泵，水泵軸向串動嚴重，電流晃動大，軸承損壞，疏水管道震動和泄漏等故障，增加了泵的維護工作量，經(jīng)常要倒泵，嚴重影響機組的安全運行。 （3）由于采用定速泵出口調(diào)節(jié)門節(jié)流調(diào)節(jié)方式，無法穩(wěn)定控制凝汽器熱井水位，熱井水位忽高忽低，運行人員操作頻繁，嚴重影響機組的安全經(jīng)濟運行。 凝結(jié)水泵采用變頻調(diào)速改造后，除了顯著的節(jié)能效果外，還可收到改善工藝控制的效果，提高機組的安全經(jīng)濟運行水平。凝結(jié)水泵電動機的功率范圍是500～1500KW，采用高壓變頻改造比較合算。因為凝結(jié)水泵一用一備，采用一臺高壓變頻器一拖二方案較為經(jīng)濟，但倒泵時要停變頻器。在經(jīng)費允許的情況下，也可采用兩臺高壓變頻器一拖一的方案；一臺調(diào)速泵運行，另一臺調(diào)速泵備用，當一臺調(diào)速泵的開關(guān)跳閘時另一臺調(diào)速泵自動投入運行，以確保機組的安全運行。 1.4.灰漿（渣）泵 灰漿（渣）泵是將煤在鍋爐中燃燒后沖到灰漿池中的灰漿、灰渣排到貯灰場的輔機設(shè)備。一般兩個機組共用一個灰漿池，配置3臺灰漿泵，每臺泵的出力均為110％額定容量，還要另加一臺清洗水泵，用來清洗灰漿（渣）泵及管道的積灰。 其運行方式是三臺泵輪流間斷運行，因為如果某一臺泵長期不運行的話，出口會被灰漿、灰渣堵死，再次開泵時會造成電機過載而燒毀：另外若一臺泵開著，時間不長就會將灰漿池抽干，泵空轉(zhuǎn)引起汽蝕，而停泵若超過半個小時，灰漿池又會溢出，如再次開啟才停運的泵，則容易因為過熱而引起電機損壞。因而操作頻繁，泵和電機損壞嚴重。因此，灰漿泵是發(fā)電廠中最需要進行變頻改造的泵，而又是進行變頻改造經(jīng)濟性最差的設(shè)備。因為，灰漿泵的容量為300～500KW，為6KV高壓電機，若采用6KV高壓變頻器，沒有這個功率等級的設(shè)備，一股都在800KW以上，設(shè)備的電流利用率低，投資高，不劃算。且灰漿泵的調(diào)速改造主要是改善工藝條件和延長設(shè)備的使用壽命，減少維修量，節(jié)能效益不大。 因此，可采用高一低一低方案，即用一臺變壓器將電壓6KV降為380V或690V，用380V（或690V）低壓變頻器，將6KV電機換成380V或690V電機，較為經(jīng)濟合理。為了進一步節(jié)省投資，可采用“一拖三”方案，即用一套變頻調(diào)速裝置，輪流拖動三臺泵運行。由于灰漿泵為間斷運行方式，泵的切換可采用“冷”切換的方式：停泵——切換——啟動另一臺泵。 目前火電廠灰漿（渣）泵進行變頻調(diào)速改造的數(shù)量，僅次于鍋爐引送風(fēng)機，據(jù)不完全統(tǒng)計，包括高－高方式和高－低－低方案已有上百臺套。 其它還有低加疏水泵，熱網(wǎng)水泵，清水泵，補給水泵和生活水泵等，均為低壓電機拖動，可根據(jù)其運行狀況設(shè)計合理的改造方案，這里不再一一贅述。 4、不同功率等級的變頻調(diào)速改造實施方案 由于我國的供電電壓和電機制造電壓無1.7KV、2.3KV、3.3KV和4.16KV電壓等級，所以在變頻器選型時可不考慮以上中壓等級的產(chǎn)品。一般200KW以上的電機均采用6KV、10KV電壓等級，所以應(yīng)從6KV、10KV電壓等級這個現(xiàn)實來考慮問題。 由于功率器件技術(shù)，變頻器主電路拓撲結(jié)構(gòu)技術(shù)和制造工藝的進一步完善，目前800KW以上功率的高壓變頻器無論是其可靠性還是其經(jīng)濟性都已經(jīng)為用戶所接受，所以火電廠風(fēng)機水泵變頻調(diào)速節(jié)能改造的實施方案也變得簡單了。 4.1、對于800～1000KW以上功率的風(fēng)機水泵，可采用6KW或10KW的直接高－高方式的變頻器。為提高可靠性，可設(shè)計工頻旁路系統(tǒng)。 4.2、對于400KW以下功率等級，考慮到直接采用高－高方式的變頻器不大經(jīng)濟，可采用高－低－低方式；即采用6KV/380V進線變壓器，380V變頻器，380V電動機的方案。當變頻器故障時，為了保證機組的正常運行，還要考慮工頻旁路功能，即將電動機投到進線變壓器付邊運行，這樣就要考慮電動機直接起到時的變壓器容量問題，一般變壓器容量應(yīng)為電機容量的10倍，變壓器容量相對較大，影響經(jīng)濟性。若有多臺設(shè)備采用同一臺進線變壓器的話，則可在變壓器的容量選擇時提高其經(jīng)濟性。 4.3、對于400～800KW功率等級的改造項目，則宜采用660V變頻器和660V電機的高－低－低方案，因為這個功率等級的設(shè)備采用380V方案其電流及體積都會太大。 4.4、高－低－高方案因為其體積以及升壓變壓器的技術(shù)要求太高而已很少采用。 5、不同拓撲結(jié)構(gòu)變頻器的性能比較 目前世界上的高壓變頻器不象低壓變頻器一樣具有成熟的一致性的拓撲結(jié)構(gòu)，而是限于采用目前電壓耐量的功率器件，如何面對高壓使用條件的要求，國內(nèi)外各變頻器生產(chǎn)廠商八仙過海，各有高招，因此其主電路結(jié)構(gòu)不盡一致，但都較為成功地解決了高電壓大容量這一難題, 當然在性能指標及價格上也各有差異。如美國羅賓康（ROBICON）公司生產(chǎn)的完美無諧波變頻器；洛克韋爾（A-B）公司生產(chǎn)的Bulletin1557和Power Flex 7000系列電流型變頻器，德國西門子公司生產(chǎn)的SIMOVERT MV中壓變頻器;瑞典ABB公司生產(chǎn)的ACSl000系列變頻器；意大利ANSALDO公司生產(chǎn)的SILCOVERT-TH變頻器以及日本三菱、富士公司生產(chǎn)的完美無諧波變頻器和國內(nèi)北京的凱奇、先行、利德華福、合康億盛公司和成都佳靈、東方日立以及深圳微能科技公司、中山明陽、山東風(fēng)光公司生產(chǎn)的高壓變頻器等。雖然高壓變頻器的品種繁多，但是歸納起來可分為三類： （1）兩電平變頻器 美國洛克韋爾（A-B）公司的Bulletin1557系列，是采用功率器件GTO直接串聯(lián)的兩電平交－直－交電流源型變頻器；power flex7000系列是采用功率器件SGCT直接串聯(lián)的兩電平交－直－交電流源型變頻器。 成都佳靈公司則生產(chǎn)采用低壓IGBT模塊直接串聯(lián)的交－直－交電壓源型兩電平變頻器。 由于兩電平變頻器輸入輸出諧波大及輸出dv/dt大，必須采用進線電抗器和輸出濾波器，才能將諧波水平降低到有關(guān)標準的允許范圍之內(nèi)。就是這樣也還是會對普通的異步電機造成附加發(fā)熱和震動以及對電機的絕緣產(chǎn)生不利的影響。 （2）多電平變頻器 a.中性點鉗位三電平變頻器，ABB公司的ACS1000系列； b.電容分壓四電平變頻器，法國ALSTOM公司的ALSPA VDM600系列；多電平變頻器的諧波含量和dv/dt指標都比二電平變頻器好，但還是不能滿足普通異步電動機的要求，還必須要加輸出濾波器方能使用到普通異步電動機上。 （3）單元串聯(lián)多重化電壓源型變頻器 美國羅賓康（ROBICON）公司利用單元串聯(lián)多重化技術(shù)，生產(chǎn)出功率為315KW－10000KW的完美無諧波（Perfect Harmony ）高壓變頻器，無須輸出變壓器實現(xiàn)了直接6KV或10KV高壓輸出，首家在高壓變頻器中采用了先進的IGBT功率開關(guān)器件，達到了完美無諧波的輸出波形，無須外加濾波器即可滿足各國供電部門對諧波的嚴格要求；輸入功率因數(shù)可達0.95以上，THD<1％，總體效率（包括輸入隔離變壓器在內(nèi)）高達97％。達到這么高指標的原因是采用了三項新的高壓變頻技術(shù)：一是在輸出逆變部分采用了具有獨立電源的單相橋式SPWM逆變器的直接串聯(lián)疊加：二是在輸入整流部分采用了多相多重疊加整流技術(shù)；三是在結(jié)構(gòu)上采用了功率單元模塊化技術(shù)。總的電壓和電流失真率可分別低于1.2％和0.8％，堪稱完美無諧波（Perfect Harmony）變頻器。它的輸入功率因數(shù)可達0.95以上，不必設(shè)置輸出濾波器和功率因數(shù)補償裝置。變頻器同一相的功率單元輸出相同的基波電壓，串聯(lián)各單元之間的載波錯開一定的相位，每個功率單元的IGBT開關(guān)頻率若為600Hｚ，則當5個功率單元串聯(lián)時，等效的輸出相電壓開關(guān)頻率為6ｋHｚ。功率單元采用低的開關(guān)頻率可以降低開關(guān)損耗，而高的等效輸出開關(guān)頻率和多電平可以大大改善輸出波形。波形的改善除減小輸出諧波外，還可以降低噪聲、dv／dt值和電機的轉(zhuǎn)矩脈動。所以這種變頻器對電機無特殊要求，可用于普遍籠型電機，且不必降額使用，對輸出電纜長度也無特殊限制。由于功率單元有足夠的濾波電容，變頻器可承受-30％電源電壓下降和5個周期的電源喪失。這種主電路拓撲結(jié)構(gòu)雖然使用器件數(shù)量增加，但由于IGBT驅(qū)動功率很低，且不必采用均壓電路、吸收電路和輸出濾波器，可使變頻器的效率高達96％以上。 單元串聯(lián)多重化變頻器的優(yōu)點是：①由于采用功率單元串聯(lián)，可采用技術(shù)成熟，價格低廉的低壓IGBT組成逆變單元，通過串聯(lián)單元的個數(shù)適應(yīng)不同的輸出電壓要求：②完美的輸入輸出波形，使其能適應(yīng)任何場合及電機使用；③由于多功率單元具有相同的結(jié)構(gòu)及參數(shù)，便于將功率單元做成模塊化，實現(xiàn)冗余設(shè)計，即使在個別單元故障時也可通過單元旁路功能將該單元短路，系統(tǒng)仍能正?；蚪殿~運行。 其缺點是：①使用的功率單元及功率器件數(shù)量太多，6KV系統(tǒng)要使用150只功率器件（90只二極管，60只IGBT），裝置的體積太大，重量大，安裝位置成問題：②無法實現(xiàn)能量回饋及四象限運行，且無法實現(xiàn)制動；③當電網(wǎng)電壓和電機電壓不同時無法實現(xiàn)旁路切換控制。 國內(nèi)的利德華福、東方日立、合康億盛以及微能科技等公司均采用這種主電路結(jié)構(gòu)。由于它輸入輸出諧波含量低，適用于普通異步電動機，對輸出電纜的長度無特殊限制等優(yōu)點，因此在火電廠風(fēng)機水泵變頻調(diào)速節(jié)能改造領(lǐng)域，占據(jù)著統(tǒng)治的地位。 6、節(jié)能改造工程變頻器容量的合理選型 風(fēng)機水泵變頻調(diào)速節(jié)能改造，要求低投入、高回報，也即要求在盡可能短的時間內(nèi)由節(jié)電效益收回投資成本。因此除了最大限度的獲得節(jié)電效益外，還要盡可能減少投入的資金。所以在變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計和變頻器功率容量的確定時，一定要做到經(jīng)濟合理，避免再次出現(xiàn)大馬拉小車的現(xiàn)象。 一般情況下，對于在工作過程中經(jīng)?；蛴袝r電動機的負載達到或接近其額定容量時，變頻器容量應(yīng)為電動機額定容量的110％，以保證電動機的額定出力。但是在實際生產(chǎn)中，由于設(shè)計中的層層加碼，普遍存在著大馬拉小車的現(xiàn)象，即使在拖動負載額定出力時，電動機的負載率依然不足，在這種情況下就應(yīng)根據(jù)實際運行工況來選擇合適的變頻器容量，既能滿足生產(chǎn)的需要，又能節(jié)省變頻器和相應(yīng)配套設(shè)施的投資。例如：某電廠200MW機組的引風(fēng)機，由于空氣預(yù)熱器漏風(fēng)，引風(fēng)量不足，所以將風(fēng)機葉片加長5cm同時將電動機功率由1600KW增加到1850KW。后來在空氣預(yù)熱器漏風(fēng)問題解決以后，將風(fēng)機改為了原樣，但電動機功率未改，目前的風(fēng)門開度僅為55％左右，即可滿足機組帶滿負荷運行的需要，此時的電動機功率僅為1300KW。如果采用變頻調(diào)速，風(fēng)門全開，節(jié)流損失會大大減少，且變頻器從50Hz向下調(diào)速，風(fēng)機的功率將更不會大于1300KW，為此完全沒有必要按電動機的額定容量來選擇變頻器。同時考慮到風(fēng)機的轉(zhuǎn)動慣性較大，起動時間較長等因素，選擇容量為1400KW的變頻器應(yīng)能滿足上述風(fēng)機在各種工況下不同轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的要求，可節(jié)約投資20％以上．為進一步降低變頻器的容量和投資，還可以考慮采用變頻器和入口導(dǎo)葉聯(lián)合調(diào)節(jié)方式，即在30～80％額定風(fēng)量范圍內(nèi)采用變頻調(diào)速，在80～100％額定風(fēng)量范圍內(nèi)則采用入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)。采用聯(lián)合調(diào)節(jié)方式后，變頻器的容量僅為800KW，使變頻容量和投資降低了近一半，大大降低了改造成本。但這種聯(lián)合調(diào)節(jié)方式存在變頻／工頻動態(tài)切換問題，會影響機組運行的可靠性，所以在設(shè)計時應(yīng)慎重考慮。 7、結(jié)論 鑒于發(fā)電廠輔機電動機調(diào)速節(jié)能的巨大經(jīng)濟潛力，和面對廠網(wǎng)分家，競價上網(wǎng)的嚴峻形勢，發(fā)電廠輔機調(diào)速節(jié)能改造勢在必行。各種調(diào)速方式在性能指標、節(jié)能效果、資金投入等方面各有其優(yōu)缺點，因此在采用何種調(diào)速方案進行節(jié)能改造方面，也沒有一個統(tǒng)一的章法。本文提出的一些改造方案，是根據(jù)一般電廠的情況提出的，僅供參考。各電廠應(yīng)根據(jù)本廠機組的具體情況，如負荷情況（是否調(diào)峰），輔機電動機設(shè)計余量，場地位置，資金投入等情況全面考量，選擇適合本廠具體情況的節(jié)能改造方案。 考慮到發(fā)電廠生產(chǎn)的具體情況，在進行節(jié)能改造時應(yīng)遵循以下幾個原則： ① 最高可靠性原則：發(fā)電機組的輔機電動機作為發(fā)電廠的主要動力源，在采用變頻調(diào)速技術(shù)進行節(jié)能改造時，首先必須考慮系統(tǒng)的可靠性，設(shè)備可靠穩(wěn)定運行是最基本的。如果因為變頻裝置故障造成輔機跳閘甚至鍋爐滅火，給電廠帶來的損失是無法簡單地用節(jié)約電能的消耗折算的。 ②最優(yōu)經(jīng)濟性原則：調(diào)速改造的目的是為了節(jié)能降耗，系統(tǒng)節(jié)能率越高越好，至少達到30%。其次是改善控制性能，提高機組的整體效益。同時，節(jié)能改造要求低投入，高回報，要求改造工程的投資回收期盡可能的短，一般不超過三年。這對發(fā)電廠的節(jié)能改造來說是個苛刻的要求，因為發(fā)電廠的上網(wǎng)電價要比一般工礦企業(yè)的用電價低許多，一般為50%左右，因此在發(fā)電廠進行節(jié)能改造時更要講求經(jīng)濟性。 ③系統(tǒng)改動最小和空間允許的原則：改造工程應(yīng)盡可能 避免更換原有電機、配電裝置和供電電纜等，使系統(tǒng)的改動最小。這一方面是為了減少投資，同時也為了減小改造工程的工作量，縮短改造工期。改造工程還應(yīng)根據(jù)原系統(tǒng)安裝空間允許的原則考慮，既要滿足設(shè)備對環(huán)境的要求，又要盡可能安裝在現(xiàn)有的廠房、機房或控制室等建筑物內(nèi)，避免增加土建工程。 對于隨機組長期連續(xù)運行的重要設(shè)備，如送、引風(fēng)機，進行變頻調(diào)速節(jié)能改造時，都要采用一施一方案，即一臺設(shè)備配置一臺110％容量的變頻器，并且要設(shè)計工頻旁路系統(tǒng)，當變頻器故障時將設(shè)備切換到電網(wǎng)運行。為了避免因設(shè)備的切換影響機組安全運行，還要設(shè)計同步切換（Bypass）控制功能，實現(xiàn)真正的平穩(wěn)無擾動切換。對于可以間歇工作的設(shè)備，如灰漿（渣）泵等，為了降低改造成本，可以采用“一拖N”方案，但必須采用“冷”切換方式，以保證變頻器和拖動設(shè)備的安全。 參考文獻： 1、徐甫榮、崔力： 發(fā)電廠輔機電動機調(diào)速節(jié)能方案探討 　　　　　　　　　　　　　 《變頻器世界》2001.7 2、吳小洪等 ：發(fā)電廠電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)綜述 　　　　　　　　　　　　　《變頻器世界》2001.9 3、徐甫榮： 發(fā)電廠風(fēng)機水泵調(diào)速節(jié)能運行的技術(shù)經(jīng)濟分析 　　　　　 《電源技術(shù)應(yīng)用》2001.12～2002.4連載 4、崔力： 變頻器在火電廠輔機傳動系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)研 　　　　　　　　　　　　　《變頻器世界》2002.7 5、程金、陸勇： 火電廠循環(huán)水泵變頻驅(qū)動控制系統(tǒng) 　　　　　　　　　　　　　《變頻器世界》2003.7 作者簡介： 陳輝明 （1963- ） 男 高級工程師 1989年畢業(yè)于東北大學(xué)研究生院自動控制專業(yè)，現(xiàn)在深圳市微能科技有限公司從事高壓變頻器的開發(fā)、研制和管理、銷售工作。 徐甫榮（1946- ）男 1970年畢業(yè)于西安交通大學(xué)電機工程系 發(fā)電廠電力網(wǎng)及電力系統(tǒng)專業(yè)，現(xiàn)為國家電力公司熱工研究院自動化所教授級高工，主要從事火電廠熱工自動化及交直流調(diào)速拖動技術(shù)的研究工作。