YQT液体电阻调速器在吸风机调速改造上的应用

YQT液体电阻调速器在吸风机调速改造上的应用
洛阳豫港电力开发有限公司郭中民———————————————————————————————————【摘要】YQT液体电阻调速器作为目前大型风机最主要的风量调节装置之一，由于它具有投资小，安装调试简单，控制方便，与DCS接口简单，运行可靠性高，维护量小，节能效果明显等优点，近几年来在各行各业的风机风量调节领域有了迅猛的发展，并得到了大量的广泛应用。

洛阳豫港电力开发有限公司于2004年#2机组大修期间对吸风机进行了改造，经过近一年的运行，根据运行的实际情况，本文对风机调速改造中的设备选型、YQT液体电阻调速器的工作原理、改造的具体方案、改造后设备的节能效果和设备的可靠性及防范措施做了较为详细地介绍，以启迪准备进行风机改造或正在进行风机改造的同仁。

【关键词】吸风机液体电阻调速转差功率DCS系统节能
The Application of YQT liquid resistance governor using in the suck air blower rate-adjust transforming Luoyang YuGang Power Development Co.Ltd,LIU Zhan-xun,XU Hui,GUO Zhong-min 【Abstract】YQT liquid resistance governor as the one of the main wind adjusting- devices of the large-scale air blower at present has a rapidly development in the field of air blower wind adjust in all trades and professions in recent years and has got a large amount of wide application, because of the advantages of little investment, easy to installation and adjustment, convenient to control, simple with DCS interface, high operation dependability, small maintenance work, obvious in energy-conserving ,etc. Luoyang YuGang power Development Co.Ltd. remolded the suck air blower wile overhauling the 2 aircrew in 2004. Based on the nearly one-year test- operation and according to the actual conditions, this document makes a particular introduction of the equipment selecting while rate-transforming of the air blower, the operation the principle of YQT liquid resistance governor, the concrete scheme of transform, energy-conserving result and dependability and precautionary measures of equipment after adjustment, in an effort to inspire the colleagues who plan to or now are carrying on the transformation of the air blower. 【Keyword】Suck air blower; liquid resistance adjustment; revolution differential-speed power; DCS system; energy-conservation ————————————————————————————————————————洛阳豫港电力开发有限公司总装机容量4×125MW，四台锅炉所用的八台吸风机，均采用定速运行、入口挡板调节风量的运行方式。

由于设计时的保守，所选吸风机的备用容量都偏大，机组在满负荷运行时，吸风机的挡板开度只有40％～45％，低负荷运行时，挡板开度更小，
系统节流损失大、风机效率低，其耗电量对厂用电的影响非常之大。

另外，由于挡板调节的线性较差，每台吸风机的两个挡板的机械性能不一样，导致挡板调节的可靠性降低，从而既增加了维护的工作量，又影响机组的稳定运行。

为了解决这个问题，我们通过大量的调研之后，决定采用风机调速对其进行改造，即吸风机挡板全开，通过改变风机转速来改变风机风量的改造方法。

1 目前，大型风机常用的几种调节风机风量的方法比较
目前，发电厂大型风机风量调节常用的方法是入口挡板调节、动叶调节、液力耦合器调速调节、液体粘性调速器调速、变频器调速、双速电机配合进口导叶调节、绕线式转子串电阻调速等。

风机入口挡板调节作为最原始、最传统的调速办法，其应用至今仍相当广泛，但随着世界能源的逐渐枯竭，人们的节能意识的不断提高，同时，由于机械挡板调节的精度差，可靠性低等原因，尤其在大型风机上的应用，其应用价值越来越低。

动叶可调式风机控制油系统复杂，故障率高，动叶常常卡涩，给电厂的安全运行带来隐患。

液力耦合器和液体粘性调速器都要用油控制调速，系统复杂庞大，调速效率低，且由于这两种调速方法都要在风机转子与电机转子之间，沿轴向加装设备，对正在运行的风机而言，受其水泥基础的限制，这两种方案都不适合风机的调速改造。

变频调速方法调速效率高，调速范围大，可用于笼型式异步电动机的调速，但由于其技术复杂，维护检修困难，且造价太高，还有一些说不清原因的跳闸故障影响了其应用和推广。

双速电动机驱动离心式风机，配合进口导叶调节风量，可在一定范围内降低功率损耗，但不能无级调速，驱动系统的总体效率仍然较低。

绕线式异步电机转子串入可变电阻调速方法，由于以前的可变电阻采用的是电阻片，经常烧坏，影响了这种调速方法的推广应用。

随着电力电子和微电子技术的发展，以及对国外液体电阻调速起动调速器的消化和吸收，国产化的新一代液体电阻起动调速器已能很好地解决上述问题。

它投资小，安装调试简单，控制方便，与DCS接口简单，更重要的是运行可靠性高，维护量小。

但是，由于转差功率，以发热的形式消耗在可变电阻上，调速效率虽然比液力耦合器高，但却低于变频器的调速效率。

图1给出了几种调节方法消耗功率Array的比较：
综上所述，绕线式异步电机转子串
入可变电阻调速和变频调速两个调速方
案无疑是风机调速改造的优先考虑方
案。

同时，绕线式异步电机转子串入可
变电阻调速和变频调速比较，绕线式异
步电机转子串入可变电阻调速又比变频调速、可控硅串级调速经济、可靠。

所以，绕线式异步
电机转子串入可变电阻调速是最经济、最可靠、最实用的一种调速方法。

因此，我们选用了襄
樊大力工业控制有限责任公司的YTQ绕线式异步电机转子串入可变电阻调速器（以下简称液体
电阻调速器）作为我们公司吸风机调速改造的首选产品。

2 液体电阻调速器的产品特点
2.1 可对大型绕线异步电动机进行无级调速，调速比可达2:1；如果需要，也可提供更大
调速比的调速器。

2.2 兼作电动机起动之用途，不必另外安装起动装置，起动电流小（<1.3 Ie），起动平稳；
2.3 降低风机蜗壳振动；
2.4 减少轴承磨损，延长电机使用寿命；
2.5 防止叶片磨损断裂。

叶片的磨损量是叶片外缘速度的
3.8次方，可见降低转速能极大
地延长叶片寿命，从而减少维护费用；
2.6 对动叶可调风机，可避免动叶卡死、管道漏油等故障隐患，提高运行可靠性。

2.7 节能显著，仅次于变频，比液力耦合器高3～8％，风量的利用率在85～60％，其节
电效果可达25～50％。

2.8 与液力耦合器相比，布置灵活、使用方便；冷却水量少40％左右，基本免维护，且
风量的线性度较好；比变频调速、可控硅串级调速经济、可靠；
2.9 模块化结构设计便于同DCS等系统的连接。

3 YQT调速器的结构和基本工作原理
众所周知，三相异步电动机的同步转速为：Array n=(1-s)n0=(1-s)60f/p
式中n为电机转速，s为转差率，n0为旋转磁
场的转速，f为电源频率，p为电机定子绕组
的极对数。

从此式可见，要想改变电动机的转速，只
要改变电动机电源频率f、电机转差率s、电
机极对数p三者任何一个均可改变电机的转
速。

而液体电阻的工作原理正是通过改变转差
率s达到改变电机转速的目的。

由于绕线式电
机转子线圈串入电阻后，不同的电阻，对应的
转差率不同，电阻越大，转差率越大，电机转
速越低；电阻越大，转差率越小，电机转速越
高。

所以改变绕线式电机转子线圈的电阻可以
改变电机的转速，这就是液体电阻起动调速器调速的基本原理。

其结构原理图如图2所示。

通过伺服电机带动传动装置，改变液体电阻调速器动极板（上极板）的位置以改变动、静极板间的距离，从而改变两极板之间的电阻大小以达到改变电机的转差率s ，从而改变电机转速的目的。

电机在调速运行状态下，电阻通电所产生的焦耳热，由循环装置将液体强制泵入热交换器进行散热。

液体电阻器采用模块化结构设计，它既可在就地通过开关量进行转速的增减，也可通过来自DCS 系统的开关量进行转速的增减，同时，还可接受来自DCS 系统的模拟量通过和现场测得的转速信号进行比较，来进行转速的增减。

另外，液体电阻调速器就地检测、报警回路也比较完善，可以通过事先设计与DCS 系统的接
口回路把测量和报警信号送至集控室进行
远程监视并接受DCS 系统的控制。

其控制系统
框图如图3所示。

3 吸风机调速的改造方案
由于YQT 液体电阻调速器是具有模块化
的装置，所以对现场的改造就相当简单，总体
来说，改造可分为以下几个部分。

3.1 原吸风机电机的改造 由于YQT 液体电阻调速器是通过调整液
体电阻中两极板间的距离，的电阻，达到调整电机转速的目的。

所以，必须改造原来的鼠笼式电机的转子，将它改为绕线式电机转子，以便改变转子的回路电阻。

此部分工作由于涉及电机的一些特性，在现场无法进行，所以，整个工作由承包方委托江西电机厂对电机转子进行了改造。

改造后电机的转速调整范围为370～740 r/min ，电机的其它性能不便，能够满足GB755-87《旋转电机基本技术要求》。

3.2 YQT 液体电阻调速器的安装
YQT 液体电阻调速器的安装非常简单，主要工作是两个控制柜的就位、循环水管道的连接、就地转速测量装置的安装、电机到控制柜电缆的敷设，电解液的配制。

3.3 YQT 液体电阻调速器和其它系统的连接
3.3.1 YQT 液体电阻调速器和电气系统的连接
和电气系统的连接主要是电气控制回路送至YQT 液体电阻调速器的吸风机开关允许合闸信号、吸风机电机的状态信号等。

3.3.2 YQT 液体电阻调速器和热控DCS 系统连接
3.3.2.1 DCS 系统向YQT 液体电阻调速器提供的转速控制信号。

这个信号可以是原来炉膛压力调节系统PID 的输出植，也可是手动时吸风机转速的给定值，手、自动控制选择由运行人
员在DCS系统操作站上自由选择。

3.3.2.2 YQT液体电阻调速器提供给DCS系统的转速反馈信号。

3.3.2.3 YQT液体电阻调速器提供给DCS系统的主要参数和有关报警（综合报警）。

YQT液体电阻调速器提供的主要报警包括内外循环的流量报警、电解液的温度报警、电解液的液位报警、极板上下移动的超程报警等。

考虑到改造的工作量，我们通过YQT液体电阻调速器PLC的软件，将上述报警进行“或运算”，而送至DCS系统只有“或运算”的结果一个信号，即只要其中的任何一个报警，DCS系统就发出综合报警，以提示集控室值班人员及时做出相应操作。

3.3.2.4 YQT液体电阻调速器提供给DCS系统的电气允许合闸信号，表示具备吸风机送电条件。

3.4 原来DCS控制系统此部分的改造
3.4.1 原来采用的吸风机挡板对炉膛压力调节继续保留，由原来的硬手操直接控制，不再和DCS进行连接。

保留的目的是在液体电阻调速器出现故障时仍然能够维持对负压的调节。

3.4.2 原来DCS中炉膛压力的自动调节组态基本保持不变，只把原来的挡板刻度改为转速，输出的挡板控制信号改为转速控制信号，挡板的高低限改为转速的高低限，根据需要重新对操作画面进行组态以满足运行人员的需要。

3.5 联锁的实现。

当一台吸风机故障跳闸时，另一台风机自动变为全速。

4 调速改造后的效果分析
4.1 改造后的节能效果分析
为了检验YQT液体电阻调速器的运行节能情况，我们对#2炉两台吸风机调速改造后的运行状况进行了连续10天的认真观察分析，并对两台吸风机电流和耗电量进行了纵向和横向比较。

4.1.1 横向比较
通过在相同运行方式和相同工况（125MW负荷）下，对#1炉吸风机与#2炉吸风机电流情况进行统计，可以看出，十天内#1炉#1吸风机的平均电流是69.3A，#1炉#2吸风机平均电流68.8A；#2炉#1吸风机平均电流53.85A，#2炉#2吸风机平均电流55A左右。

计算可知，#2炉两台吸风机电流比#1炉两台吸风机电流小29.25A。

一天可节约用电量：W=Pt=√3UICOSфt=1.732×6×29.25×0.85×24=6200.9度
一度电按0.3元计算，一天可节约人民币：1860.27元
每发百万度电节约人民币：1860.27÷3=620.1元（一天一台机组的发电量为300万度电）通过在相同运行方式和相同工况（125MW负荷）下，对#1炉吸风机与#2炉吸风机耗电量情况进行统计，可以看出，十天内#1炉两台吸风机的总电耗是：251504KWh，#2炉两台吸风机总电耗是：188981KWh。

计算可知：两台吸风机十天节约电耗：62523KWh。

一天节约电耗：W=Pt=62523KWh÷10=6252.3
一度电按0.3元计算，一天可节约人民币：1875.69元
每发百万度电节约人民币：1875.69÷3=625.23元（一天一台机组的发电量为300万度电）
4.2.2 纵向比较
通过在相同运行方式和相同工况（125MW负荷）下对#2炉吸风机改造前后耗电量进行比较，可以看出，改造前十天内#2炉两台吸风机的总电耗是：257200KWh；改造后#2炉两台吸风机总电耗是：188981KWh。

两台吸风机十天节约的电耗：68219KWh
一天节约电耗：68219÷10=6821.9 KWh
一度电按0.3元计算，一天可节约人民币：2046.57元
每发百万度电节约人民币：2046.57÷3=682.19元（一天一台机组的发电量为300万度电）从以上的数据可以看出，改造后的节能效果非常显著。

值得一提的是，我们公司是自备电厂，机组节能效果的统计是在满负荷状态下进行的，如果是调峰机组，其节能效果会更加显著。

4.2 系统的可靠性存在的问题及防范措施
4.2.1 由于调速方式导致的吸风机对轮销子的断裂。

过去由于吸风机采用定速运行不存在这个问题，采用YQT液体电阻调速器后，由于调试阶段和运行人员调整幅度的过大导致吸风机对轮销子断裂一年内出现过两次。

对此防范的措施主要是通过改变运行人员操作的幅度，尽可能不要过大幅度改变吸风机的转速，同时，加强维护，尽可能不要使吸风机切全速运行。

4.2.2 由于没有断线保护可能导致的问题。

此类问题主要包括，转速信号断信号和转速控制信号断信号。

这个问题对自动调节来说是个老问题，它所造成的问题很明显，导致运行工况的大幅度变化，在此不进行祥述。

目前，此设备没有发生过类似的问题，但潜在的隐患仍然存在，考虑有机会在软件中增加断线保护。

4.2.3 电解液液位报警设备选型和安装存在的问题。

这个问题是发生最为频繁的问题，主要原因是液位开关的安装位置导致液位改变时液位计的不复位，从而产生误报警。

对于这个问题，我们采用的办法是瞬间停止循环泵，使液位计复位，消除报警，将来有机会进行重新选位或液位开关改型。

4.2.4 温度报警设备的选型和安装位置存在的问题。

这个问题的主要原因是设计时没有考虑两极板之间的电势，导致双金属温度计腐蚀加速，解决的办法一是选用耐腐蚀的双金属温度计；二是重新选型，选择尾长较短的双金属温度计，虽然不能准确反映电解液温度（反映的是经过冷却器后的电解液温度），但可降低腐蚀速度。

三是改变安装位置，在箱体上下各装一个温度测量元件，分别监测进出冷却器电解液的温度，或取其平均值作为电解液的温度。

5 结束语
YQT液体电阻调速器在我厂通过一年的运行，尽管出现了一些小问题，但其良好的性能和非常理想的节能效果得到了验证，其较高的性价比，不仅可以使投入的资金在15个月内可以完全收回，而且基本实现了电机的软启动（启动电流1.3Ie），延长了电机的使用寿命，同时，由于吸风机挡板的全开，减少了风道的振动与磨损，也减轻了检修人员的维护量，尤其是对于
经常调峰的机组，具有很好的推广和应用价值。