引风机变频分析

引风机电机改变频调速的分析
（平电公司引风机电机改变频调速的可行性）
一、前言
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。

2000年9月#1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/低速切换，但未能成功。

主要原因有两个，一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300MW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600MW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。

二、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（496 rpm或594 rpm），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—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0—600rpm。

变极调速、变频调速的区别：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=60f/p 其中n-电机的同步转速，f-电源频率，p-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是电机的极对数p ，高/低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600/500rpm，实际转速是594/496 rpm
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
变频器可以在工频0-50Hz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。

三、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0—n（50HZ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DCS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0——50HZ
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10KV，电机的启动电流达到正常额定电流的8-10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。

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N1/N2=（n1/n2）3，转速降低时，风机消耗的功率按3次方比例关系降低，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。

四、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：
1.1 节约厂用电：#1炉目前机组满负荷时的挡板开度约为50-60%，若改为变频调速，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40安培，每小时可节电约590度，机组年运行约7500小时，全年累计
可节电440.5万度，按2002年平均上网电价0.22/KWH 计算，每年可节省费用98万元/台。

此只为保守计算，若按照目前已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120-150万元/台。

表：引风机电机不同负荷时电流（运行中统计）：
1.2 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50万。

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10KV 、3AC/50HZ ，变频器输出
0-7.2KV 范围内可调，选用自耦变
7.2/10KV 升压至10KV ，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GL1/GL2，并
且在两隔离开关的前端、后端并联一
备用隔离开关GL0，目的是当变频系
统故障时，断开隔离开关GL1/GL2，
整个变频系统退出运行，合上GL0开
关，保证电机仍然能够正常运行。

详
见原理图：
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。

2.1 改造费用高：因为该风机的容量很大（4000KW）、电压较高（10KV），所以变频改造的费用大约550万元/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4000KW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。

2.2 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，所以需在引风机就地处新建一个室内面积5×12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。

2.3 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6KV较多，为解决电压为10KV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10KV，变频后输出7.2KV，再采用自偶调压变升到10KV（见上面原理图），这样即可满足改造要求。

2.4 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。

四、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2003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，2004度上半年完成招投标及设备订购，下半年进行实施改造。

生技部电气专业方险峰
二00三年八月十五日。