摘要：超超臨界火力發(fā)電是世界上成熟先進(jìn)的發(fā)電技術(shù)，目前主蒸汽/再熱汽溫度為600℃的超超臨界機(jī)組供電效率可達(dá)44～45％，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家中廣泛應(yīng)用并取得了顯著的節(jié)能和減少污染的效果，并且正進(jìn)一步向更高參數(shù)方向發(fā)展，目前我國(guó)新增火力發(fā)電機(jī)組中60萬(wàn)千瓦及以上超超臨界發(fā)電機(jī)組已占25%以上。本文著重介紹DHVECTOL大功率高壓變頻器在華中地區(qū)首臺(tái)660MW超超臨界機(jī)組引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中的變頻節(jié)能增效情況，結(jié)果表明，采用DHVECTOL大功率高壓變頻器對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造，具有投資省、見(jiàn)效快、可靠性高等特點(diǎn)。

 1 工程概述

      華能?chē)?guó)際電力股份有限公司井岡山電廠位于江西省吉安市青原區(qū)，距離吉安市中心城區(qū)約10公里，距離南昌市約200公里，距井岡山機(jī)場(chǎng)約40公里，京九鐵路、贛粵高速和105國(guó)道從廠區(qū)西面穿過(guò)，交通便利。

      華能井岡山電廠規(guī)劃設(shè)計(jì)容量為192萬(wàn)千瓦，分兩期建設(shè)。一期工程（2×300MW燃煤發(fā)電機(jī)組）于1998年11月17日開(kāi)工建設(shè)，＃1機(jī)組于2000年12月17日投產(chǎn)，＃2機(jī)組于2001年8月3日投產(chǎn)； 2009年12月25日7時(shí)16分，隨著二期工程＃4機(jī)組順利通過(guò)168小時(shí)試運(yùn)行，圓滿實(shí)現(xiàn)了＃3、＃4機(jī)組“年內(nèi)雙投”目標(biāo)，電廠總裝機(jī)容量達(dá)到192萬(wàn)千瓦，成為江西省目前裝機(jī)容量最大的發(fā)電廠。二期工程2×660MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組采用東方電氣股份有限公司的三大主機(jī)設(shè)備，自投運(yùn)以來(lái)，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定， 做到了“一是安全運(yùn)行，二是節(jié)能減排”，完全體現(xiàn)和實(shí)踐了胡錦濤總書(shū)記來(lái)廠視察的指示精神。為了進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能降耗、減少對(duì)設(shè)備的長(zhǎng)期磨損，華能井岡山電廠決定分別對(duì)#3機(jī)組和#4機(jī)組共計(jì)4臺(tái)鍋爐引風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻技術(shù)改造，變頻器選用了東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DHVECTOL-HI04750/06大功率高壓變頻器。

2 引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)介紹

2.1 系統(tǒng)各設(shè)備技術(shù)參數(shù)（見(jiàn)表1）

配套變頻器參數(shù)
型號(hào)	DHVECTOL-HI04750/06
額定電壓（V）	6000
額定電流（A）	0～435
配套電動(dòng)機(jī)參數(shù)
型號(hào)	YKK900-8
額定電壓（V）	6000
額定電流（A）	431
轉(zhuǎn)速（r/min）	747
功率因數(shù)	0.86
制造廠家	上海電機(jī)廠
配套引風(fēng)機(jī)參數(shù)
型號(hào)	YA16648-2F
功率	3700
效率	95.0
轉(zhuǎn)速（r/min）	747
風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)方式	靜葉可調(diào)
制造廠家	成都電力機(jī)械廠

表1：系統(tǒng)參數(shù)表

2.2  DHVECTOL-HI04750/06型高壓變頻器介紹：

2.2.1系統(tǒng)構(gòu)成

       DHVECTOL-HI04750/06高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)，直接6kV輸入，直接6kV輸出。由主控制系統(tǒng)、功率單元、移相變壓器和旁通系統(tǒng)組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示。

      該系統(tǒng)由24個(gè)功率模塊組成，每8個(gè)功率模塊串聯(lián)構(gòu)成一相，三相Y連接，直接輸出6kV到電機(jī)。

2.2.2主控制系統(tǒng)

      DHVECTOL-HI04750/06變頻器控制系統(tǒng)采用魯棒型無(wú)速度傳感器矢量控制，對(duì)24個(gè)大功率模塊進(jìn)行頻率精確智能控制，使變頻器提供精確穩(wěn)定的電壓和頻率輸出，控制系統(tǒng)還對(duì)變頻器各級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)故障的及時(shí)報(bào)警和保護(hù)。

      由于控制系統(tǒng)是采用日立專用智能變頻控制芯片，變頻器具有極高的可靠性和安全性，同時(shí)具有良好的抗干擾性能，高精度控制性能。

2.2.3輸入側(cè)變壓器

     移相變壓器將網(wǎng)側(cè)高壓變換為副邊的多組低壓，各副邊繞組在繞制時(shí)采用延邊三角接法，相互之間有一定的相位差。

      系統(tǒng)變壓器副邊繞組分為8級(jí),每級(jí)電壓460V，相互間移相15°，構(gòu)成48脈沖整流方式。這種多級(jí)移相疊加的整流方式，消除了大部分由獨(dú)立功率模塊引起的諧波電流，可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使變頻器網(wǎng)側(cè)電流近似為正弦波，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)達(dá)到0.95以上，有效的阻止了向輸入側(cè)電網(wǎng)污染。

      另外，由于變壓器副邊繞組的獨(dú)立性，使每個(gè)功率模塊的主回路相對(duì)獨(dú)立，其工作電壓由各個(gè)低壓繞組的輸出電壓來(lái)決定，工作在相對(duì)的低壓狀態(tài)，類似常規(guī)低壓變頻器，便于采用現(xiàn)有的成熟技術(shù)。各模塊間的相對(duì)電壓，由變壓器副邊繞組的絕緣承擔(dān)，避免了串聯(lián)均壓?jiǎn)栴}。

2.2.4  逆變模塊

      移相變壓器的每級(jí)副邊繞組的輸出作為每個(gè)功率模塊的三相輸入。逆變模塊是整臺(tái)變頻器實(shí)現(xiàn)變壓變頻輸出的基本單元，整臺(tái)變頻器的變壓變頻功能是通過(guò)單個(gè)功率模塊實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)功率模塊都相當(dāng)于一臺(tái)交-直-交電壓型單相低壓變頻器。

      功率模塊整流輸入側(cè)用二極管三相全橋不控整流，中間采用電解電容儲(chǔ)能和濾波，逆變輸出側(cè)為4只IGBT組成的H橋，電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。

2.2.5輸出側(cè)結(jié)構(gòu)

輸出側(cè)由每個(gè)單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過(guò)對(duì)每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行疊加，可得到階梯正弦PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，對(duì)電纜和電機(jī)的絕緣無(wú)損壞，無(wú)須輸出濾波器，就可以延長(zhǎng)輸出電纜長(zhǎng)度，可直接用于普通電機(jī)。同時(shí)對(duì)電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除負(fù)載機(jī)械軸承和葉片的振動(dòng)。

2.3變頻器的旁通柜：

2.3.1 每一套引風(fēng)機(jī)變頻器配置一套手動(dòng)旁路柜，直接控制變頻器的輸入輸出，通過(guò)旁路柜的切換操作來(lái)實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)的工頻、變頻運(yùn)行方式的切換。工頻、變頻側(cè)隔離開(kāi)關(guān)之間采用電氣互鎖和機(jī)械互鎖相結(jié)合方式，操作方便、安全可靠。

2.3.2機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，A、B兩側(cè)引風(fēng)機(jī)同時(shí)采用變頻方式運(yùn)行。當(dāng)引風(fēng)機(jī)變頻器出現(xiàn)重故障時(shí)可手動(dòng)旁路柜切換成工頻方式運(yùn)行，旁路柜具有明顯斷點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)變頻器主回路高壓完全隔離，為變頻器的檢修提供了安全保障。

圖5中 QS1、QS2為隔離刀閘開(kāi)關(guān),其中QS2單刀雙擲開(kāi)關(guān)。當(dāng)變頻運(yùn)行狀態(tài)：合隔離刀閘QS1，QS2置于a點(diǎn)，按變頻啟動(dòng)規(guī)程啟動(dòng)變頻器。

當(dāng)工頻運(yùn)行狀態(tài)：QS2置于b點(diǎn)，隔離刀閘QS1分?jǐn)?，按工頻啟動(dòng)規(guī)程啟動(dòng)電機(jī)。

檢修變頻器時(shí)，斷QS1，QS2置于b點(diǎn)。

檢修電機(jī)時(shí)，斷QS1，QS2置于a點(diǎn)。

該系統(tǒng)由24個(gè)功率模塊組成，每8個(gè)功率模塊串聯(lián)構(gòu)成一相，三相Y連接，直接輸出6kV到電機(jī)。

2.2.2主控制系統(tǒng)

DHVECTOL-HI04750/06變頻器控制系統(tǒng)采用魯棒型無(wú)速度傳感器矢量控制，對(duì)24個(gè)大功率模塊進(jìn)行頻率精確智能控制，使變頻器提供精確穩(wěn)定的電壓和頻率輸出，控制系統(tǒng)還對(duì)變頻器各級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)故障的及時(shí)報(bào)警和保護(hù)。

由于控制系統(tǒng)是采用日立專用智能變頻控制芯片，變頻器具有極高的可靠性和安全性，同時(shí)具有良好的抗干擾性能，高精度控制性能。

2.2.3輸入側(cè)變壓器

移相變壓器將網(wǎng)側(cè)高壓變換為副邊的多組低壓，各副邊繞組在繞制時(shí)采用延邊三角接法，相互之間有一定的相位差。

系統(tǒng)變壓器副邊繞組分為8級(jí),每級(jí)電壓460V，相互間移相15°，構(gòu)成48脈沖整流方式。這種多級(jí)移相疊加的整流方式，消除了大部分由獨(dú)立功率模塊引起的諧波電流，可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使變頻器網(wǎng)側(cè)電流近似為正弦波，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)達(dá)到0.95以上，有效的阻止了向輸入側(cè)電網(wǎng)污染。

另外，由于變壓器副邊繞組的獨(dú)立性，使每個(gè)功率模塊的主回路相對(duì)獨(dú)立，其工作電壓由各個(gè)低壓繞組的輸出電壓來(lái)決定，工作在相對(duì)的低壓狀態(tài)，類似常規(guī)低壓變頻器，便于采用現(xiàn)有的成熟技術(shù)。各模塊間的相對(duì)電壓，由變壓器副邊繞組的絕緣承擔(dān)，避免了串聯(lián)均壓?jiǎn)栴}。

2.2.4  逆變模塊

移相變壓器的每級(jí)副邊繞組的輸出作為每個(gè)功率模塊的三相輸入。逆變模塊是整臺(tái)變頻器實(shí)現(xiàn)變壓變頻輸出的基本單元，整臺(tái)變頻器的變壓變頻功能是通過(guò)單個(gè)功率模塊實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)功率模塊都相當(dāng)于一臺(tái)交-直-交電壓型單相低壓變頻器。

     功率模塊整流輸入側(cè)用二極管三相全橋不控整流，中間采用電解電容儲(chǔ)能和濾波，逆變輸出側(cè)為4只IGBT組成的H橋，電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。

2.2.5輸出側(cè)結(jié)構(gòu)

      輸出側(cè)由每個(gè)單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過(guò)對(duì)每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行疊加，可得到階梯正弦PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，對(duì)電纜和電機(jī)的絕緣無(wú)損壞，無(wú)須輸出濾波器，就可以延長(zhǎng)輸出電纜長(zhǎng)度，可直接用于普通電機(jī)。同時(shí)對(duì)電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除負(fù)載機(jī)械軸承和葉片的振動(dòng)。

2.3變頻器的旁通柜：

2.3.1 每一套引風(fēng)機(jī)變頻器配置一套手動(dòng)旁路柜，直接控制變頻器的輸入輸出，通過(guò)旁路柜的切換操作來(lái)實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)的工頻、變頻運(yùn)行方式的切換。工頻、變頻側(cè)隔離開(kāi)關(guān)之間采用電氣互鎖和機(jī)械互鎖相結(jié)合方式，操作方便、安全可靠。

2.3.2機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，A、B兩側(cè)引風(fēng)機(jī)同時(shí)采用變頻方式運(yùn)行。當(dāng)引風(fēng)機(jī)變頻器出現(xiàn)重故障時(shí)可手動(dòng)旁路柜切換成工頻方式運(yùn)行，旁路柜具有明顯斷點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)變頻器主回路高壓完全隔離，為變頻器的檢修提供了安全保障。

圖5中 QS1、QS2為隔離刀閘開(kāi)關(guān),其中QS2單刀雙擲開(kāi)關(guān)。當(dāng)變頻運(yùn)行狀態(tài)：合隔離刀閘QS1，QS2置于a點(diǎn)，按變頻啟動(dòng)規(guī)程啟動(dòng)變頻器。

當(dāng)工頻運(yùn)行狀態(tài)：QS2置于b點(diǎn)，隔離刀閘QS1分?jǐn)?，按工頻啟動(dòng)規(guī)程啟動(dòng)電機(jī)。

檢修變頻器時(shí)，斷QS1，QS2置于b點(diǎn)。

檢修電機(jī)時(shí)，斷QS1，QS2置于a點(diǎn)。

3變頻節(jié)能改造效果分析：

3.1  變頻調(diào)速節(jié)能理論：

過(guò)去，我們對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵采用擋板 、閥門(mén)進(jìn)行流量控制、造成了大量的能源浪費(fèi)?，F(xiàn)在國(guó)際上普遍采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式進(jìn)行節(jié)能，雖然有多種方式，但是其中應(yīng)用得最為大量的為變頻調(diào)速方式。

采用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)水泵等機(jī)械裝置進(jìn)行調(diào)速控制來(lái)控制風(fēng)量、流量的方法是現(xiàn)在應(yīng)用得非常廣泛的且非常有效的節(jié)能方法，對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的意義。

風(fēng)機(jī)和水泵雖然是兩類不同的機(jī)械裝置，但是就其基本結(jié)構(gòu)和工作原理而言卻是基本一致的，分析的方法也基本相同。下面就以風(fēng)機(jī)為例進(jìn)行說(shuō)明。

3.1.1風(fēng)機(jī)的參數(shù)和特征

3.1.1.1風(fēng)機(jī)的基本參數(shù)

風(fēng)量Q：單位時(shí)間流過(guò)風(fēng)機(jī)的空氣量（m³/s）；

風(fēng)壓H：空氣流過(guò)時(shí)產(chǎn)生的壓力。其中風(fēng)機(jī)給予每立方米空氣的總能量稱為風(fēng)機(jī)的全壓H_t（Pa），它是由靜壓H_g和動(dòng)壓H_d組成，即H_t＝H_g+H_d；

功率P：風(fēng)機(jī)工作有效總功率P_t＝QH_t（W）。如風(fēng)機(jī)用有效靜壓H_g，則Pg＝QH_g；

效率η：風(fēng)機(jī)的軸功率因有部分損耗而不能全部傳給空氣，因此可以用風(fēng)機(jī)效率這一參數(shù)衡量風(fēng)機(jī)工作的優(yōu)劣，按照風(fēng)機(jī)的工作方式及參數(shù)的不同，效率分別有：

全壓效率η_t＝QH_t/P

靜壓效率η_g＝QH_g/P

3.1.1.2風(fēng)機(jī)的特性曲線

表示風(fēng)機(jī)性能的特性曲線有：

H-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，風(fēng)壓與風(fēng)量間的關(guān)系特性

P-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，功率與風(fēng)量間的關(guān)系特性

η-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，風(fēng)機(jī)的效率特性

對(duì)于同類型的風(fēng)機(jī)，根據(jù)風(fēng)機(jī)參數(shù)的比例定律，在不同轉(zhuǎn)速時(shí)的H-Q曲線如圖6-1

根據(jù)風(fēng)機(jī)相似方程：

當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)膎變到n’，風(fēng)量Q、風(fēng)壓H及軸功率P的變化關(guān)系：

 Q’=Q（n’/ n）              (1)

   H’=H（n’/ n）²              (2)

   P’=P（n’/ n）³              (3)

上面的公式說(shuō)明，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比。風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的二次方成正比。

3.1.2管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線  

當(dāng)管網(wǎng)的風(fēng)阻R保持不變時(shí)，風(fēng)量與通風(fēng)阻力之間的關(guān)系是確定不變的，即風(fēng)量與通風(fēng)阻力K按阻力定律變化，即

   K=RQ²

式中： K－通風(fēng)阻力，Pa；

          R－風(fēng)阻，（kg/m²）

          Q－風(fēng)量，（m³/s）

K－Q的拋物線關(guān)系稱為風(fēng)阻特性曲線，如圖6-1所示。顯然，風(fēng)阻越大曲線越陡。

風(fēng)阻的K－Q曲線與管網(wǎng)阻力曲線相交的工作點(diǎn)成為工況點(diǎn)M。統(tǒng)同一風(fēng)機(jī)兩種不同轉(zhuǎn)速n、n’時(shí)的K－Q曲線與R風(fēng)阻特性曲線相交的工況點(diǎn)分別為M及M’，與R1風(fēng)阻曲線相交的工況點(diǎn)為M1及M1’。

3.1.3電動(dòng)機(jī)容量計(jì)算  

風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)所需的輸出軸功率為：

  P=QP/(η_Tη_F)

式中：η_T－風(fēng)機(jī)的效率

        η_F－傳動(dòng)裝置的效率。

3.1.4風(fēng)機(jī)的節(jié)電方法及節(jié)能原理

從以上的介紹可知，風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，因此我們可以通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)（或水泵）的轉(zhuǎn)速來(lái)節(jié)電。

3.1.4.1采用擋板控制風(fēng)量和變頻調(diào)速控制風(fēng)量的對(duì)比圖

下面我們對(duì)采用擋板閥門(mén)及變頻調(diào)速方式調(diào)節(jié)流量的能量消耗進(jìn)行分析，以便對(duì)變頻調(diào)速方式下的節(jié)能原理有一個(gè)理論上的了解。

如果設(shè)備的配置都滿足設(shè)備的最佳運(yùn)行狀態(tài)，從圖上看到：

當(dāng)流量Q＝1時(shí)，采用風(fēng)機(jī)擋板和采用變頻器時(shí)使用的功率將會(huì)一致，這是因?yàn)樗鼈兊妮斎牍β识紴锳H0K所包圍的面積。

當(dāng)流量從Q=1下降到Q=0.7時(shí)，采用風(fēng)機(jī)擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)的輸入功率為BI0L所包圍的面積，而采用變頻調(diào)速后，其功率下降為DG0L包圍的面積，從圖上看，這個(gè)面積比BI0L包圍的面積小很多。

當(dāng)流量進(jìn)一步下降到Q=0.5時(shí)，采用風(fēng)機(jī)擋板調(diào)節(jié)時(shí)的輸入功率為CJ0P包圍的面積，而采用變頻調(diào)速時(shí)的輸入功率為EF0P包圍的面積，從圖上看到，這個(gè)面積與CJ0P相比，其值更小。

所以我們可以從直觀的圖形上看到采用變頻調(diào)速技術(shù)時(shí)比采用風(fēng)門(mén)擋板時(shí)會(huì)節(jié)約大量的能量，也就是說(shuō)：采用變頻調(diào)速是一種節(jié)能的好辦法。

3.1.4.2那么，其計(jì)算方法怎么得到？

根據(jù)風(fēng)機(jī)理論，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)在需要流量變化時(shí)，可以采用閥門(mén)或者擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)，其輸入功率的計(jì)算公式為：

P_nn=P×H_nn×Q_nn

其中：H_nn＝U-(U-1) Q²_nn     U為系統(tǒng)流量為零時(shí)壓力極值

所以，采用風(fēng)門(mén)擋板時(shí)的風(fēng)機(jī)輸入功率為：

P_nn=P×H_nn×Q_nn＝P×[U-(U-1) Q²_nn]×Q_nn

式中：P_nn為某個(gè)狀態(tài)下的輸入功率標(biāo)么值；H_nn為某個(gè)狀態(tài)下的壓力標(biāo)么值；Q_nn為某個(gè)狀態(tài)下的流量標(biāo)么值；P為額定狀態(tài)下的輸入功率。

3.1.5采用變頻調(diào)速時(shí)的功率計(jì)算：

3.1.5.1異步電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)為：

轉(zhuǎn)數(shù)n=60f(1-s)/p

3.1.5.2 風(fēng)機(jī)泵類流量、壓力、功率與轉(zhuǎn)速n關(guān)系為： 

流量  Q∝n；

壓力  H∝n²

功率  P∝n³

假設(shè)：額定流量為Q₀，額定功耗為P₀；所需流量為Q₁，功耗為P_g.in；由上述正比關(guān)系得出下式：

P₀：n₀³ =P_g.in：n₁³          

所以采用變頻器調(diào)速后，變頻器的輸入功率為

3變頻節(jié)能改造效果分析：

3.1  變頻調(diào)速節(jié)能理論：

過(guò)去，我們對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵采用擋板 、閥門(mén)進(jìn)行流量控制、造成了大量的能源浪費(fèi)?，F(xiàn)在國(guó)際上普遍采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式進(jìn)行節(jié)能，雖然有多種方式，但是其中應(yīng)用得最為大量的為變頻調(diào)速方式。

采用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)水泵等機(jī)械裝置進(jìn)行調(diào)速控制來(lái)控制風(fēng)量、流量的方法是現(xiàn)在應(yīng)用得非常廣泛的且非常有效的節(jié)能方法，對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的意義。

風(fēng)機(jī)和水泵雖然是兩類不同的機(jī)械裝置，但是就其基本結(jié)構(gòu)和工作原理而言卻是基本一致的，分析的方法也基本相同。下面就以風(fēng)機(jī)為例進(jìn)行說(shuō)明。

3.1.1風(fēng)機(jī)的參數(shù)和特征

3.1.1.1風(fēng)機(jī)的基本參數(shù)

風(fēng)量Q：單位時(shí)間流過(guò)風(fēng)機(jī)的空氣量（m³/s）；

風(fēng)壓H：空氣流過(guò)時(shí)產(chǎn)生的壓力。其中風(fēng)機(jī)給予每立方米空氣的總能量稱為風(fēng)機(jī)的全壓H_t（Pa），它是由靜壓H_g和動(dòng)壓H_d組成，即H_t＝H_g+H_d；

功率P：風(fēng)機(jī)工作有效總功率P_t＝QH_t（W）。如風(fēng)機(jī)用有效靜壓H_g，則Pg＝QH_g；

效率η：風(fēng)機(jī)的軸功率因有部分損耗而不能全部傳給空氣，因此可以用風(fēng)機(jī)效率這一參數(shù)衡量風(fēng)機(jī)工作的優(yōu)劣，按照風(fēng)機(jī)的工作方式及參數(shù)的不同，效率分別有：

全壓效率η_t＝QH_t/P

靜壓效率η_g＝QH_g/P

3.1.1.2風(fēng)機(jī)的特性曲線

表示風(fēng)機(jī)性能的特性曲線有：

H-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，風(fēng)壓與風(fēng)量間的關(guān)系特性

P-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，功率與風(fēng)量間的關(guān)系特性

η-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，風(fēng)機(jī)的效率特性

對(duì)于同類型的風(fēng)機(jī)，根據(jù)風(fēng)機(jī)參數(shù)的比例定律，在不同轉(zhuǎn)速時(shí)的H-Q曲線如圖6-1

根據(jù)風(fēng)機(jī)相似方程：

當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?span lang="EN-US">n變到n’，風(fēng)量Q、風(fēng)壓H及軸功率P的變化關(guān)系：

 Q’=Q（n’/ n）              (1)

   H’=H（n’/ n）²              (2)

   P’=P（n’/ n）³              (3)

上面的公式說(shuō)明，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比。風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的二次方成正比。

3.1.2管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線  

當(dāng)管網(wǎng)的風(fēng)阻R保持不變時(shí)，風(fēng)量與通風(fēng)阻力之間的關(guān)系是確定不變的，即風(fēng)量與通風(fēng)阻力K按阻力定律變化，即

   K=RQ²

式中： K－通風(fēng)阻力，Pa；

          R－風(fēng)阻，（kg/m²）

          Q－風(fēng)量，（m³/s）

K－Q的拋物線關(guān)系稱為風(fēng)阻特性曲線，如圖6-1所示。顯然，風(fēng)阻越大曲線越陡。

風(fēng)阻的K－Q曲線與管網(wǎng)阻力曲線相交的工作點(diǎn)成為工況點(diǎn)M。統(tǒng)同一風(fēng)機(jī)兩種不同轉(zhuǎn)速n、n’時(shí)的K－Q曲線與R風(fēng)阻特性曲線相交的工況點(diǎn)分別為M及M’，與R1風(fēng)阻曲線相交的工況點(diǎn)為M1及M1’。

3.1.3電動(dòng)機(jī)容量計(jì)算  

風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)所需的輸出軸功率為：

  P=QP/(η_Tη_F)

式中：η_T－風(fēng)機(jī)的效率

        η_F－傳動(dòng)裝置的效率。

3.1.4風(fēng)機(jī)的節(jié)電方法及節(jié)能原理

從以上的介紹可知，風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，因此我們可以通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)（或水泵）的轉(zhuǎn)速來(lái)節(jié)電。

3.1.4.1采用擋板控制風(fēng)量和變頻調(diào)速控制風(fēng)量的對(duì)比圖

     下面我們對(duì)采用擋板閥門(mén)及變頻調(diào)速方式調(diào)節(jié)流量的能量消耗進(jìn)行分析，以便對(duì)變頻調(diào)速方式下的節(jié)能原理有一個(gè)理論上的了解。

     如果設(shè)備的配置都滿足設(shè)備的最佳運(yùn)行狀態(tài)，從圖上看到：

    當(dāng)流量Q＝1時(shí)，采用風(fēng)機(jī)擋板和采用變頻器時(shí)使用的功率將會(huì)一致，這是因?yàn)樗鼈兊妮斎牍β识紴?span lang="EN-US">AH0K所包圍的面積。

    當(dāng)流量從Q=1下降到Q=0.7時(shí)，采用風(fēng)機(jī)擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)的輸入功率為BI0L所包圍的面積，而采用變頻調(diào)速后，其功率下降為DG0L包圍的面積，從圖上看，這個(gè)面積比BI0L包圍的面積小很多。

    當(dāng)流量進(jìn)一步下降到Q=0.5時(shí)，采用風(fēng)機(jī)擋板調(diào)節(jié)時(shí)的輸入功率為CJ0P包圍的面積，而采用變頻調(diào)速時(shí)的輸入功率為EF0P包圍的面積，從圖上看到，這個(gè)面積與CJ0P相比，其值更小。

    所以我們可以從直觀的圖形上看到采用變頻調(diào)速技術(shù)時(shí)比采用風(fēng)門(mén)擋板時(shí)會(huì)節(jié)約大量的能量，也就是說(shuō)：采用變頻調(diào)速是一種節(jié)能的好辦法。

3.1.4.2那么，其計(jì)算方法怎么得到？

    根據(jù)風(fēng)機(jī)理論，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)在需要流量變化時(shí)，可以采用閥門(mén)或者擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)，其輸入功率的計(jì)算公式為：

P_nn=P×H_nn×Q_nn

其中：H_nn＝U-(U-1) Q²_nn     U為系統(tǒng)流量為零時(shí)壓力極值

所以，采用風(fēng)門(mén)擋板時(shí)的風(fēng)機(jī)輸入功率為：

P_nn=P×H_nn×Q_nn＝P×[U-(U-1) Q²_nn]×Q_nn

式中：P_nn為某個(gè)狀態(tài)下的輸入功率標(biāo)么值；H_nn為某個(gè)狀態(tài)下的壓力標(biāo)么值；Q_nn為某個(gè)狀態(tài)下的流量標(biāo)么值；P為額定狀態(tài)下的輸入功率。

3.1.5采用變頻調(diào)速時(shí)的功率計(jì)算：

3.1.5.1異步電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)為：

轉(zhuǎn)數(shù)n=60f(1-s)/p

3.1.5.2 風(fēng)機(jī)泵類流量、壓力、功率與轉(zhuǎn)速n關(guān)系為： 

流量  Q∝n；

壓力  H∝n²

功率  P∝n³

假設(shè)：額定流量為Q₀，額定功耗為P₀；所需流量為Q₁，功耗為P_g.in；由上述正比關(guān)系得出下式：

P₀：n₀³ =P_g.in：n₁³          

所以采用變頻器調(diào)速后，變頻器的輸入功率為

 

       考慮變頻器和電機(jī)效率后，輸入功率為：

 式中：

P₀－被拖動(dòng)的電機(jī)的軸功率

η₁－被拖動(dòng)的電機(jī)效率

η₂－變頻器效率
3.2  結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)分析：   

3.2.1 在不同負(fù)荷工況下，引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)（見(jiàn)表2）

#3機(jī)組 （A側(cè)）	機(jī)組負(fù)荷MW	引風(fēng)機(jī)輸入側(cè)電流A	引風(fēng)機(jī)輸出側(cè)電流A	引風(fēng)機(jī)入口壓力	引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速
	660	315.8	375.5	-3.3	709
	580	225.63	314.04	-3.01	628
	500	157.87	260.68	-2.79	557
	450	123.44	235.51	-2.16	528
	400	125.85	234.54	-2.50	517
	330	112.3	218.3	-2.46	515

 

#4機(jī)組 （A側(cè)）	機(jī)組負(fù)荷MW	引風(fēng)機(jī)輸入側(cè)電流A	引風(fēng)機(jī)輸出側(cè)電流A	引風(fēng)機(jī)入口壓力	引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速
	660	320.1	379.21	-3.48	707
	580	292.47	359.45	-4.21	696
	500	185.32	280.41	-3.37	600
	450	145.6	269.9	-3.24	597
	400	101.02	210.2	-2.19	481
	330	109	216.5	-2.50	512.4

表2：現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)表

 根據(jù)最近負(fù)荷率 60-80%，結(jié)合上表初步估算到每臺(tái)引風(fēng)機(jī)每小時(shí)平均可節(jié)約電流130A左右，兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)每小時(shí)平均可節(jié)約電流260A左右。

大概折合電量為: P=√3 UICOS∮=√3×6×130×0.9 = 1215.864kW/h   

該公司平均上網(wǎng)電價(jià)約0.4元/ kW/h，每小時(shí)節(jié)電約合人民幣486.3456元。按全年火電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)5000小時(shí)計(jì)算約243.1728萬(wàn)元/臺(tái)，兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)節(jié)電價(jià)值約486.3456萬(wàn)元。

 

4 結(jié)束語(yǔ)  

 

    近年來(lái)，國(guó)內(nèi)超超臨界發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量快速增長(zhǎng)，代表著國(guó)內(nèi)火力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展方向，目前大功率高壓變頻器在660MW以上超超臨界發(fā)電機(jī)組引風(fēng)機(jī)上的節(jié)能改造應(yīng)用國(guó)內(nèi)尚無(wú)成功先例，東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司大功率高壓變頻器在華能井岡山電廠的應(yīng)用案例，預(yù)示大功率高壓變頻器在大型火力發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用前景越來(lái)越廣。