唐山开滦东方发电有限责任公司建设有两台南汽135MW抽凝式汽轮发电机组，配以上海锅炉厂有限公司出品的2×490t/h超高压循环流化床锅炉。
随着公司超低排放系统的投入运行，公司综合厂用电率大大提高，有效降低厂用电势在必行。其次电量交易市场化的深入，使得东方公司机组基本成为了调峰机组，在运行中经常调整发电出力，且根据电网调度负荷分配，机组在满负荷运行时间较少，所以在运行中一次风机也不需要满载运行，只能调整挡板来控制风量，致使电机大马拉小车，同时风门挡板阻力加大，造成风门调节造成风量的大小与电机实际输出功率不匹配，传动效率较低。因此研讨采用新的技术改造方案，有效降低厂用电成为东方发电公司改变运营状况的有效手段。
一、变频节能理论技术分析
改变异步电动机的电源频率就可以改变电动机的转速，这是目前最简单、最有效的交流异步电动机调速方法，可以很容易做到无极变速。变频调速装置以系统效率高、节能效果显著、调速精度高、调速范围宽、机械特性硬、起制动能耗小、电力电子保护功能完善、易于实现自动控制及通信功能，得到了越来越广泛的应用；
对设备变频改造可行性分析，风机属于典型的平方减转矩负载，
现场工艺流程图
如图1所示，为风机的风压与流量的关系曲线，图2表示了电动机转矩与转速的关系曲线。风机的电动机轴功率P与其流量Q，风压p之间的关系为P∝Qxp。
当电动机分别在转速为n1、n2下运行时，流量由Q1变化到Q2，此时Q、H、P相对于转速的关系如式(2)～式(4)所列。
Q2= Q1x(n2/ n1) (2)
H2= H1x(n2/ n1)2 (3)
P2= P1x(n2/ n1)3 (4)
从以上分析我们可以得出结论知道，风机风量与转速及电机功率的关系：
当改变风机转速时，流量与转速成正比：Q1/Q2= (n2/ n1)
风机的压头与转速的平方成正比：H1/H2=(n2/ n1)2
风机的电机轴功率与转速立方成正比：P1/P2=(n2/ n1)3
基于变频节能理论技术分析，一次风机电机变频改造后有三大优点：1、通过改变电机频率能连续平滑的调整一次风机电机达到所需风量的输出功率；2、风门挡板全开减少阻力，提高传动效率；3、变频驱动可以提高电机功率因素。
二、一次风机电机变频改造节能分析
风机长期在额定转速下运行,根据运行电流可求出电动机工频运行时，实际消耗有功功率：P1 = 1.732 I2 U2 cosφ×94%= 1.732×140×6×0.85=1236 (KW)
安装变频器后，我们将风门开度调整为100%.风机原先调节方式为通过调节入口风门开度的方式，现改为调节风机的电机运行频率，改变电机的速度来达到调节的目的。根据现阀门实际开度值和风机特性，风机实际风量约为额定风量的85%左右，以此作为节能计算标准。
根据压力、风量和转速的关系，可以求出低速下的实际消耗的有功功率：
P2=Pe×(n2 /n1)3=Pe×(Q2 /Q1)3=1400×（0.85）3=1400×0.614=
859(KW)
变频时合计消耗电能：
P3 = P2 /λ1/λ2= P2 /96%/95% =942（kw.h）
λ1为变频效率；λ2为传动效率
根据上述关系可以求出理论节电率：
η理论=( P1－P3 )/ P1＝(1236-942)/1236=23%
考虑到生产工况以及用于变频器冷却用空调耗电量等其他因素，实际节电率比理论节电率略低，实际节电率为20%左右。
三、一次风机电机变频改造投资分析
参考大型变频器厂家设备市场价格，东方发电公司一次风机电机变频器一次性投资在115万元/台套左右。按一般高压电机变频改造后节能效益可达到工频时的20%（除去变频器本身4%~5%热量损失）计算，变频改造后运行数据如下：
工频平均运行功率：P1=1280kW
变频运行功率：P2=1280*80%=1024kW
节电量： P1－P2=1280-1024=256kW
机组年运行小时数按4500小时计算，年节电量约：256kW*4500h=115.2万kWh,(按我公司上网电价0.372元/ kWh)，年节电费：115.2万kWh *0.372元/ kWh =42.85万元•台。
即：投资回收期=115÷42.85=2.7年。
四、具体改造方案
一次设备部分：利用原有高压开关和电机设备，在高压开关和电机中间加装一台1600kVA变频器，重新敷设高压开关至变频器和变频器至电机的高压电缆。
二次控制部分：增加变频器至高压开关和DCS系统控制信号，在DCS控制系统里重新组态一次风机的控制逻辑关系；加装0.5级电能量计量表计用于核算节电量。
五、改造实施效果
改造完成后，从实际运行数据来看，一次风机变频运行节电量与理论计算数据基本一致，电机一般运行于35HZ~45HZ之间，节电率依据负荷的不同基本维持在20%~30%之间，可按投资分析考虑成本回收年限。
东方发电公司一次风机电机变频改造项目取得完满成功，不仅改善了风机调节的连续性和可靠性，而且取得了相当可观经济效益，大大改善了公司整体经济效益。
论文作者:李永利,张金涛
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/11
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