一次风机由工频改变频效果分析

曹毅

摘 要：华北地区某热电联产公司（下称公司）建有1台220 MW的抽汽凝汽式供热机组，年发电量约10亿千瓦时，供热面积约为300万m2。自机组投产以来，锅炉所用的2台一次风机作为公司的主要辅机设备始终为工频定速运行，根据负荷需要采用控制风机挡板的开度来调节风量变化，而作为电动机消耗的能量变化则不大，以致于很大一部分能量造成浪费。为达到降低损耗，提高电机效率的目的，公司于2010年10月份对2台一次风机加装了变频器。通过工、变频改造前后不同负荷情况下相关数据和运行参数的对比，在改变电机转速控制风压、实现调整需要、降低启动电流、减少节流损失、节约电能等方面都显现出了明显效果，有效降低了厂用电率，最终提高了公司的综合效益。

关键词：一次风机 工频改变频 效果分析 节能

中图分类号：TK223 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（b）-0092-02

公司1号机组自投产以来，1号锅炉所用的两台一次风机为工频运行，其出力调整只能采用改变一次风挡板开度来实现，根据机组负荷变化调节挡板开度大小。一般情况下两台一次风机经常处于较低的效率工况下运行，即使机组满负荷，一次风挡板开度也不到80%。不论风压需求0大小，风机都要全速运转，电机输出功率基本保持不变，大量的能量消耗在了风机出口挡板的节流损失中。此外异步电动机在启动时启动电流一般达到电机额定电流的6～8倍，不但对厂用电形成较大冲击，强大的电流及冲击转矩也会降低电机和风机的使用寿命。

为了减小启动冲击电流，减少能量损失，降低厂用电率，提高发电厂的综合效益，经反复调研论证，公司决定对两台一次风机电机加装变频装置，通过改变电机频率，进而改变一次风机电动机转速来实现线性调节一次风出力的目的。

1 变频器节能原理

根据流体力学原理，使用三相异步电机驱动的风机，轴功率P与风量Q及风压H的关系，P≈Q×H。当电动机的转速由变化到时P、Q、H的关系如下：

可见风量Q与电机转速N是成正比关系的，而所需的轴功率P与转速N的立方成正比关系。

又根据电机同步转速公式：，这里为供电频率，单位Hz，为电动机极对数，由此可看到，当电机的极对数不变的情况下，所需的轴功率P与供电频率的立方成正比，所以假设当需要80%的风量时，通过调节转机的转速至额定转速的80%，即调节频率至40 Hz即可，这时所耗功率即为原来的51.2%，从而大大降低了电机的功率损耗。

2 改造方案概述

公司在2010年10月利用机组小修机会对两台一次风机电机加装了变频器，完成了一次风机电机变频改造。项目主要增加两台变频器及相关配套的电缆及控制系统，其变频装置由北京某变频科技股份有限公司生产，选用高-高方式、H桥单元串联方案，变频装置额定容量1400 kVA、额定电压6 kV、额定电流135 A。公司的两台一次风机是由江苏某公司生产，单风机额定风量49.9 Nm3/h。所配一次风机电机为国产某电机厂生产的YKK500-4型电机，额定电压6 kV，额定电流130.3 A，额定功率1120 kW，转速1488 r/min。

考虑到6 kV开关室离电机位置较远，工程设计在汽机厂房西侧建设变频器室。为保证变频器正常运行，变频器室装设10 kW空调两台。此变频装置的变频控制方式可本地控制，也可以在远程控制，一次风调节挡板仍保留，变频器提供多种信号接口，一次风控制逻辑在DCS系统内设计编制，增加变频控制站，可在控制室实现对变频器的操作和监控。同时，其自动控制装置做到闭环运行，根据锅炉反馈信号自动调节电机的转速，实现了手、自动控制及无扰切换等功能。

一次风机变频运行时，调节挡板保持全开，一次风出力通过改变一次风机电动机转速来调节；变频器出现故障时，风机跳闸后，手动切换至工频定速运行，调节挡板同时也自动参与一次风压控制。

变频器电源由6 kV工作段高压开关引至变频器后，经变频器输出端接致高压电动机处。两路控制电源取自不同的380 V配电间隔。变频器接入原电气回路如图1所示。一次风机变频装置采用一拖一手动旁路方案，由三个高压隔离开关QS1、QS2、QS3组成，其中QS2和QS3属于单刀双掷刀闸，一个在合位时，另一个必定在分位，实现互锁。变频运行时，QS3断开，QS1和QS2闭合；工频运行时，QS1和QS2断开，QS3闭合。

3 改造前后运行情况对比

为了探究一次风机改造前后的效益情况，在2010年10月下旬进行了一次风机改造后的效率试验。试验参数主要有一次风机电流、一次风机功率。试验时，一次风机调整门全开，随着机组负荷变化，一次风机通过转速调整一次风压力。本次试验共有五个工况，机组负荷分别为：110 MW、120 MW、140 MW、150 MW、180 MW。为了减小测试中的误差，我们对每一种工况分别进行五次测试，选取五次测试的平均值作为试验数据，测试所用电流表精度为0.1级别，其电机电流、功率数据对比如表1所示。

A、B两台一次风机变频改造前后功率变化直观图如图2。

从试验中一次风机运行功率参数来看，在一次风机改造前，机组负荷越小，一次风系统节流损失越大；改造后，系统阻力损失大幅下降，相应的功率也就节省下来了，所以在低负荷时节电效果明显，一次风机电耗1～9月平均为0.87%，而10月份一次风机电耗降为0.69%，电耗下降了0.18%，变频改造节能效果明显。

4 改造效果分析

4.1 直接经济效益

2010年1～10月份累计发电9.22亿kWh，按1～10月份的发电量统计可以节电165.9万kWh，按上网电价0.385元/kWh计算，可以节约63.9万元。

4.2 间接经济效益

（1）改造前一次风机工频启动时，电动机承受6～8倍的冲击电流，而采用变频启动后，电动机由于软启动，启动电流小，启动过程平稳，对电网和电机没有冲击，对风机也避免了产生很大的启动转矩冲击，可延长设备使用寿命，降低维修费用，减少维修改造量。

（2）采用变频运行后，由于电机轴功率下降，一次风机转速降低，挡板风阻减小，减轻了机械振动和噪声，可延长设备使用寿命，改善了劳动环境。

（3）采用变频运行后，一次风稳定可靠，提高了一次风系统运行稳定性。

5 结论

一次风机变频器投入运行后，运行良好，调节平稳，运行电流明显下降，调节范围宽泛，具有明显的节电效能，达到了预期的收益。改造前后试验数据表明一次风机采用变频调速的运行效率明显比定速运行采用调节阀调节时高，尤其是机组低负荷运行时。一次风机电动机采用变频器调速，调速范围大，电动机转速稳定，动态响应性能好，调节性能平稳，有利于一次风系统运行稳定可靠，改善了机组调节品质。采用变频技术降低电耗效果明显，符合国家节能政策，达到了节约能源，降低厂用电的目的。

参考文献

[1] 张皓纯，顾正皓.浙江省火电机组节能综述[J].浙江电力，2004（2）.

[2] 张晓亮.变频调速技术在风机节能中的应用[J].华北电力技术，2007（3）.

[3] 任艳艳，陈万俭.高压变频器在高炉除尘风机上的应用[J].工矿自动化，2010（4）.endprint

摘 要：华北地区某热电联产公司（下称公司）建有1台220 MW的抽汽凝汽式供热机组，年发电量约10亿千瓦时，供热面积约为300万m2。自机组投产以来，锅炉所用的2台一次风机作为公司的主要辅机设备始终为工频定速运行，根据负荷需要采用控制风机挡板的开度来调节风量变化，而作为电动机消耗的能量变化则不大，以致于很大一部分能量造成浪费。为达到降低损耗，提高电机效率的目的，公司于2010年10月份对2台一次风机加装了变频器。通过工、变频改造前后不同负荷情况下相关数据和运行参数的对比，在改变电机转速控制风压、实现调整需要、降低启动电流、减少节流损失、节约电能等方面都显现出了明显效果，有效降低了厂用电率，最终提高了公司的综合效益。

关键词：一次风机 工频改变频 效果分析 节能

中图分类号：TK223 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（b）-0092-02

公司1号机组自投产以来，1号锅炉所用的两台一次风机为工频运行，其出力调整只能采用改变一次风挡板开度来实现，根据机组负荷变化调节挡板开度大小。一般情况下两台一次风机经常处于较低的效率工况下运行，即使机组满负荷，一次风挡板开度也不到80%。不论风压需求0大小，风机都要全速运转，电机输出功率基本保持不变，大量的能量消耗在了风机出口挡板的节流损失中。此外异步电动机在启动时启动电流一般达到电机额定电流的6～8倍，不但对厂用电形成较大冲击，强大的电流及冲击转矩也会降低电机和风机的使用寿命。

为了减小启动冲击电流，减少能量损失，降低厂用电率，提高发电厂的综合效益，经反复调研论证，公司决定对两台一次风机电机加装变频装置，通过改变电机频率，进而改变一次风机电动机转速来实现线性调节一次风出力的目的。

1 变频器节能原理

根据流体力学原理，使用三相异步电机驱动的风机，轴功率P与风量Q及风压H的关系，P≈Q×H。当电动机的转速由变化到时P、Q、H的关系如下：

可见风量Q与电机转速N是成正比关系的，而所需的轴功率P与转速N的立方成正比关系。

又根据电机同步转速公式：，这里为供电频率，单位Hz，为电动机极对数，由此可看到，当电机的极对数不变的情况下，所需的轴功率P与供电频率的立方成正比，所以假设当需要80%的风量时，通过调节转机的转速至额定转速的80%，即调节频率至40 Hz即可，这时所耗功率即为原来的51.2%，从而大大降低了电机的功率损耗。

2 改造方案概述

公司在2010年10月利用机组小修机会对两台一次风机电机加装了变频器，完成了一次风机电机变频改造。项目主要增加两台变频器及相关配套的电缆及控制系统，其变频装置由北京某变频科技股份有限公司生产，选用高-高方式、H桥单元串联方案，变频装置额定容量1400 kVA、额定电压6 kV、额定电流135 A。公司的两台一次风机是由江苏某公司生产，单风机额定风量49.9 Nm3/h。所配一次风机电机为国产某电机厂生产的YKK500-4型电机，额定电压6 kV，额定电流130.3 A，额定功率1120 kW，转速1488 r/min。

考虑到6 kV开关室离电机位置较远，工程设计在汽机厂房西侧建设变频器室。为保证变频器正常运行，变频器室装设10 kW空调两台。此变频装置的变频控制方式可本地控制，也可以在远程控制，一次风调节挡板仍保留，变频器提供多种信号接口，一次风控制逻辑在DCS系统内设计编制，增加变频控制站，可在控制室实现对变频器的操作和监控。同时，其自动控制装置做到闭环运行，根据锅炉反馈信号自动调节电机的转速，实现了手、自动控制及无扰切换等功能。

一次风机变频运行时，调节挡板保持全开，一次风出力通过改变一次风机电动机转速来调节；变频器出现故障时，风机跳闸后，手动切换至工频定速运行，调节挡板同时也自动参与一次风压控制。

变频器电源由6 kV工作段高压开关引至变频器后，经变频器输出端接致高压电动机处。两路控制电源取自不同的380 V配电间隔。变频器接入原电气回路如图1所示。一次风机变频装置采用一拖一手动旁路方案，由三个高压隔离开关QS1、QS2、QS3组成，其中QS2和QS3属于单刀双掷刀闸，一个在合位时，另一个必定在分位，实现互锁。变频运行时，QS3断开，QS1和QS2闭合；工频运行时，QS1和QS2断开，QS3闭合。

3 改造前后运行情况对比

为了探究一次风机改造前后的效益情况，在2010年10月下旬进行了一次风机改造后的效率试验。试验参数主要有一次风机电流、一次风机功率。试验时，一次风机调整门全开，随着机组负荷变化，一次风机通过转速调整一次风压力。本次试验共有五个工况，机组负荷分别为：110 MW、120 MW、140 MW、150 MW、180 MW。为了减小测试中的误差，我们对每一种工况分别进行五次测试，选取五次测试的平均值作为试验数据，测试所用电流表精度为0.1级别，其电机电流、功率数据对比如表1所示。

A、B两台一次风机变频改造前后功率变化直观图如图2。

从试验中一次风机运行功率参数来看，在一次风机改造前，机组负荷越小，一次风系统节流损失越大；改造后，系统阻力损失大幅下降，相应的功率也就节省下来了，所以在低负荷时节电效果明显，一次风机电耗1～9月平均为0.87%，而10月份一次风机电耗降为0.69%，电耗下降了0.18%，变频改造节能效果明显。

4 改造效果分析

4.1 直接经济效益

2010年1～10月份累计发电9.22亿kWh，按1～10月份的发电量统计可以节电165.9万kWh，按上网电价0.385元/kWh计算，可以节约63.9万元。

4.2 间接经济效益

（1）改造前一次风机工频启动时，电动机承受6～8倍的冲击电流，而采用变频启动后，电动机由于软启动，启动电流小，启动过程平稳，对电网和电机没有冲击，对风机也避免了产生很大的启动转矩冲击，可延长设备使用寿命，降低维修费用，减少维修改造量。

（2）采用变频运行后，由于电机轴功率下降，一次风机转速降低，挡板风阻减小，减轻了机械振动和噪声，可延长设备使用寿命，改善了劳动环境。

（3）采用变频运行后，一次风稳定可靠，提高了一次风系统运行稳定性。

5 结论

一次风机变频器投入运行后，运行良好，调节平稳，运行电流明显下降，调节范围宽泛，具有明显的节电效能，达到了预期的收益。改造前后试验数据表明一次风机采用变频调速的运行效率明显比定速运行采用调节阀调节时高，尤其是机组低负荷运行时。一次风机电动机采用变频器调速，调速范围大，电动机转速稳定，动态响应性能好，调节性能平稳，有利于一次风系统运行稳定可靠，改善了机组调节品质。采用变频技术降低电耗效果明显，符合国家节能政策，达到了节约能源，降低厂用电的目的。

参考文献

[1] 张皓纯，顾正皓.浙江省火电机组节能综述[J].浙江电力，2004（2）.

[2] 张晓亮.变频调速技术在风机节能中的应用[J].华北电力技术，2007（3）.

[3] 任艳艳，陈万俭.高压变频器在高炉除尘风机上的应用[J].工矿自动化，2010（4）.endprint

摘 要：华北地区某热电联产公司（下称公司）建有1台220 MW的抽汽凝汽式供热机组，年发电量约10亿千瓦时，供热面积约为300万m2。自机组投产以来，锅炉所用的2台一次风机作为公司的主要辅机设备始终为工频定速运行，根据负荷需要采用控制风机挡板的开度来调节风量变化，而作为电动机消耗的能量变化则不大，以致于很大一部分能量造成浪费。为达到降低损耗，提高电机效率的目的，公司于2010年10月份对2台一次风机加装了变频器。通过工、变频改造前后不同负荷情况下相关数据和运行参数的对比，在改变电机转速控制风压、实现调整需要、降低启动电流、减少节流损失、节约电能等方面都显现出了明显效果，有效降低了厂用电率，最终提高了公司的综合效益。

关键词：一次风机 工频改变频 效果分析 节能

中图分类号：TK223 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（b）-0092-02

公司1号机组自投产以来，1号锅炉所用的两台一次风机为工频运行，其出力调整只能采用改变一次风挡板开度来实现，根据机组负荷变化调节挡板开度大小。一般情况下两台一次风机经常处于较低的效率工况下运行，即使机组满负荷，一次风挡板开度也不到80%。不论风压需求0大小，风机都要全速运转，电机输出功率基本保持不变，大量的能量消耗在了风机出口挡板的节流损失中。此外异步电动机在启动时启动电流一般达到电机额定电流的6～8倍，不但对厂用电形成较大冲击，强大的电流及冲击转矩也会降低电机和风机的使用寿命。

为了减小启动冲击电流，减少能量损失，降低厂用电率，提高发电厂的综合效益，经反复调研论证，公司决定对两台一次风机电机加装变频装置，通过改变电机频率，进而改变一次风机电动机转速来实现线性调节一次风出力的目的。

1 变频器节能原理

根据流体力学原理，使用三相异步电机驱动的风机，轴功率P与风量Q及风压H的关系，P≈Q×H。当电动机的转速由变化到时P、Q、H的关系如下：

可见风量Q与电机转速N是成正比关系的，而所需的轴功率P与转速N的立方成正比关系。

又根据电机同步转速公式：，这里为供电频率，单位Hz，为电动机极对数，由此可看到，当电机的极对数不变的情况下，所需的轴功率P与供电频率的立方成正比，所以假设当需要80%的风量时，通过调节转机的转速至额定转速的80%，即调节频率至40 Hz即可，这时所耗功率即为原来的51.2%，从而大大降低了电机的功率损耗。

2 改造方案概述

公司在2010年10月利用机组小修机会对两台一次风机电机加装了变频器，完成了一次风机电机变频改造。项目主要增加两台变频器及相关配套的电缆及控制系统，其变频装置由北京某变频科技股份有限公司生产，选用高-高方式、H桥单元串联方案，变频装置额定容量1400 kVA、额定电压6 kV、额定电流135 A。公司的两台一次风机是由江苏某公司生产，单风机额定风量49.9 Nm3/h。所配一次风机电机为国产某电机厂生产的YKK500-4型电机，额定电压6 kV，额定电流130.3 A，额定功率1120 kW，转速1488 r/min。

考虑到6 kV开关室离电机位置较远，工程设计在汽机厂房西侧建设变频器室。为保证变频器正常运行，变频器室装设10 kW空调两台。此变频装置的变频控制方式可本地控制，也可以在远程控制，一次风调节挡板仍保留，变频器提供多种信号接口，一次风控制逻辑在DCS系统内设计编制，增加变频控制站，可在控制室实现对变频器的操作和监控。同时，其自动控制装置做到闭环运行，根据锅炉反馈信号自动调节电机的转速，实现了手、自动控制及无扰切换等功能。

一次风机变频运行时，调节挡板保持全开，一次风出力通过改变一次风机电动机转速来调节；变频器出现故障时，风机跳闸后，手动切换至工频定速运行，调节挡板同时也自动参与一次风压控制。

变频器电源由6 kV工作段高压开关引至变频器后，经变频器输出端接致高压电动机处。两路控制电源取自不同的380 V配电间隔。变频器接入原电气回路如图1所示。一次风机变频装置采用一拖一手动旁路方案，由三个高压隔离开关QS1、QS2、QS3组成，其中QS2和QS3属于单刀双掷刀闸，一个在合位时，另一个必定在分位，实现互锁。变频运行时，QS3断开，QS1和QS2闭合；工频运行时，QS1和QS2断开，QS3闭合。

3 改造前后运行情况对比

为了探究一次风机改造前后的效益情况，在2010年10月下旬进行了一次风机改造后的效率试验。试验参数主要有一次风机电流、一次风机功率。试验时，一次风机调整门全开，随着机组负荷变化，一次风机通过转速调整一次风压力。本次试验共有五个工况，机组负荷分别为：110 MW、120 MW、140 MW、150 MW、180 MW。为了减小测试中的误差，我们对每一种工况分别进行五次测试，选取五次测试的平均值作为试验数据，测试所用电流表精度为0.1级别，其电机电流、功率数据对比如表1所示。

A、B两台一次风机变频改造前后功率变化直观图如图2。

从试验中一次风机运行功率参数来看，在一次风机改造前，机组负荷越小，一次风系统节流损失越大；改造后，系统阻力损失大幅下降，相应的功率也就节省下来了，所以在低负荷时节电效果明显，一次风机电耗1～9月平均为0.87%，而10月份一次风机电耗降为0.69%，电耗下降了0.18%，变频改造节能效果明显。

4 改造效果分析

4.1 直接经济效益

2010年1～10月份累计发电9.22亿kWh，按1～10月份的发电量统计可以节电165.9万kWh，按上网电价0.385元/kWh计算，可以节约63.9万元。

4.2 间接经济效益

（1）改造前一次风机工频启动时，电动机承受6～8倍的冲击电流，而采用变频启动后，电动机由于软启动，启动电流小，启动过程平稳，对电网和电机没有冲击，对风机也避免了产生很大的启动转矩冲击，可延长设备使用寿命，降低维修费用，减少维修改造量。

（2）采用变频运行后，由于电机轴功率下降，一次风机转速降低，挡板风阻减小，减轻了机械振动和噪声，可延长设备使用寿命，改善了劳动环境。

（3）采用变频运行后，一次风稳定可靠，提高了一次风系统运行稳定性。

5 结论

一次风机变频器投入运行后，运行良好，调节平稳，运行电流明显下降，调节范围宽泛，具有明显的节电效能，达到了预期的收益。改造前后试验数据表明一次风机采用变频调速的运行效率明显比定速运行采用调节阀调节时高，尤其是机组低负荷运行时。一次风机电动机采用变频器调速，调速范围大，电动机转速稳定，动态响应性能好，调节性能平稳，有利于一次风系统运行稳定可靠，改善了机组调节品质。采用变频技术降低电耗效果明显，符合国家节能政策，达到了节约能源，降低厂用电的目的。

参考文献

[1] 张皓纯，顾正皓.浙江省火电机组节能综述[J].浙江电力，2004（2）.

[2] 张晓亮.变频调速技术在风机节能中的应用[J].华北电力技术，2007（3）.

[3] 任艳艳，陈万俭.高压变频器在高炉除尘风机上的应用[J].工矿自动化，2010（4）.endprint