1 引言
近兩年中國出現(xiàn)大面積的缺電，由于發(fā)電廠建設(shè)周期問題，不可能在短時間內(nèi)解決，而采用各種節(jié)能降耗措施，降低現(xiàn)役機(jī)組的廠用電率，提高現(xiàn)役機(jī)組的出力，可以部分緩解用電緊張的“電荒”局面，進(jìn)而有效緩解火電廠燃料運(yùn)力緊張的局面。而節(jié)能降耗是國家的基本國策。在火力發(fā)電廠使用著大量6kv高壓等級的電動機(jī)，是發(fā)電廠重要的動力設(shè)備。隨著高壓變頻技術(shù)的發(fā)展和日臻完善，以及良好的節(jié)能效果，采用高壓電動機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)來降低廠用電量，成為電廠首選的節(jié)能技術(shù)措施。

2 高壓變頻節(jié)能原理
根據(jù)風(fēng)機(jī)、水泵的流量與功率的關(guān)系:
q∝kn(流量正比于速度)
h∝kn2(壓力正比于速度平方)
p∝kn3(功率正比于速度立方)
式中:ｑ—流量; ｈ—水壓;
ｐ—電機(jī)消耗功率; ｋ-比例系數(shù)。
由此可知，只要調(diào)節(jié)泵的速度就可得到用戶期望的流量，并可以節(jié)約電能。
根據(jù)異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為:
n1=60f1/np
式中:n1—同步轉(zhuǎn)速;
f1—定子頻率;
np—磁極對數(shù)。
而異步電機(jī)的軸轉(zhuǎn)速為:n=n1(1-s)=60f1(1-s)/np
式中:s—異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，s=(n1-n)/n1。由上可知，改變電機(jī)的供電頻率，可以實現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速運(yùn)行。

3 6kv高壓變頻調(diào)速方案介紹
由于電機(jī)功率不同，投資費(fèi)用、回收期不同，高壓電機(jī)變頻調(diào)速有如圖1所示的三方案。

圖1 高壓電機(jī)變頻調(diào)速的三種方案

4 火力發(fā)電廠6kv電壓等級輔機(jī)變頻調(diào)速狀況介紹
電氣一次接線一般采用圖1的方案三，并帶工頻旁路,少數(shù)也采用方案一，如華能淮陰電廠200mw機(jī)組的凝結(jié)水泵變頻改造。
(1) 送、引風(fēng)機(jī)變頻改造
送、吸風(fēng)機(jī)，若采用變頻改造，將完全消除葉片的截流損失，節(jié)能將達(dá)到30%以上，節(jié)能效果顯著。有以下電廠進(jìn)行了送引風(fēng)機(jī)變頻改造，如表1所示。
(2)一次風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速改造
一次風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速改造節(jié)能將達(dá)到40%以上，節(jié)能效果顯著。有以下電廠進(jìn)行了變頻改造，如表2所示。
(3) 給水泵變頻調(diào)速改造
有以下電廠進(jìn)行了變頻改造，如表3所示。
(4)循環(huán)水泵變頻調(diào)速改造
循環(huán)水泵進(jìn)行變頻改造，既可節(jié)能降耗，又提供了循環(huán)水流量調(diào)節(jié)手段，同時，還可以消除管路虹吸以及冬季凝結(jié)水過冷、凝結(jié)水溶氧高等問題。有以下電廠進(jìn)行了變頻改造,如表4所示。
(5) 凝結(jié)水泵變頻調(diào)速改造
有以下電廠進(jìn)行了變頻改造,如表5所示。
(6) 灰漿泵變頻調(diào)速改造
有以下電廠進(jìn)行了變頻改造,如表6所示。

5 高壓變頻器的主要特點(diǎn)
經(jīng)過近十年的推廣應(yīng)用，以及價格不斷降低，高壓變頻器已經(jīng)獲得許多企業(yè)的青睞，成為企業(yè)節(jié)能降耗，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變的有效途徑和選擇手段。通過調(diào)研，火力發(fā)電廠是高壓變頻器的使用大戶，其中羅賓康、西門子、ab等的電力用戶為40%以上，其使用數(shù)量不完全統(tǒng)計為500臺套以上。
高壓變頻器主要匯集了以下特點(diǎn)，簡述如下:
(1) 不需要另外加設(shè)輸入、輸出變壓器，用戶只要將變頻器輸入端直接接在6kv的電網(wǎng)上，輸出端直接接到6kv高壓電動機(jī)上即可，聯(lián)接簡單方便。
(2) 完全解決了電流諧波引起電機(jī)繞組發(fā)熱，電壓諧波引起dv/dt感應(yīng)電流的問題，完全不影響電機(jī)絕緣壽命，從而構(gòu)成了對電源和電動機(jī)都十分友好的雙完美系統(tǒng):電源一側(cè)為無諧波輸入，所含諧波低于國際諧波標(biāo)準(zhǔn)ieee519-1992的規(guī)定，不需要加設(shè)交直流電抗器和濾波器;見圖2。電動機(jī)一側(cè)，輸出為正弦波，可以直接聯(lián)接任何品牌電動機(jī)或原有舊電動機(jī)，不需要加設(shè)諧波濾波器。以6.6kv/1250kva為例，諧波成分如表7所示，電源側(cè)高次諧波電流。
表7 高壓變頻器諧波成分

圖2 高壓變頻器電源側(cè)高次諧波電流

(3) 綜合運(yùn)行效率高、功率因數(shù)高。
由于高壓變頻器采用了高壓整流二極管和高壓igbt，因此主回路使用的器件大為減少，可靠性提高，損耗減小，加之采用獨(dú)特的控制技術(shù)，變頻器綜合效率(含輸入高壓器)高達(dá)98%，功率因數(shù)超過95%。
由于高壓變頻技術(shù)的發(fā)展和多年的生產(chǎn)實踐，其安全可靠性大為提高，完全能適應(yīng)火力發(fā)電廠安全生產(chǎn)的高可靠性要求。經(jīng)過推廣變頻技術(shù)，改善了許多生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的運(yùn)行方式，如循環(huán)水、凝結(jié)水系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)控制，對機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的改善是十分重要的手段。

6 經(jīng)濟(jì)效益分析
從過去所作變頻調(diào)速工程看，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性上都有很大的改善。
6.1 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
經(jīng)改造后的變頻轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與改造前的控制閥門開度調(diào)節(jié)相比，其節(jié)能效果計算如下:
(1) 參數(shù)情況
以電動機(jī)輸出功率為1800kw的循環(huán)水泵為例,參見圖3。

圖3 水泵變頻調(diào)速節(jié)能曲線圖

年運(yùn)轉(zhuǎn)時間:300天×24h。
運(yùn)轉(zhuǎn)類型:1/2時間(3600h)工作在85%流量，1/2時間(3600h)工作在75%流量。
(2) 閥門調(diào)節(jié)狀況下運(yùn)行
流量(q)在85%時:
需要功率=97%×1800kw=1746kw;
流量(q)在70%時:
需要功率91%×1800kw=1638kw;
全年消耗電量:
(1746kw+1638kw)×3600h=12182400kwh。
(3)變頻調(diào)速狀況下運(yùn)行
流量(q)在85%時:
需要功率=67%×1800kw=1206kw;
流量(q)在70%時:
需要功率=49%×1800kw=882kw;
全年消耗電量:
(1206kw+882kw)×3600h=7516800kwh。
(4) 全年節(jié)能效果:12182400-7516800=4665600kwh
節(jié)電率:4665600/12182400=38.3%
(5)全年節(jié)約資金:
按國內(nèi)平均電價0.5元/kwh計算:0.5/kwh×4665600kwh=233.28萬元，預(yù)測大約在1.5年～1.7年可以收回改造投資。
6.2 間接經(jīng)濟(jì)效益
除了上述直接經(jīng)濟(jì)效益外，還有許多間接經(jīng)濟(jì)效益:
(1) 采用變頻調(diào)速，消除了大電動機(jī)啟動時對電網(wǎng)電壓的波動影響;
(2) 采用變頻調(diào)速，消除了大電動機(jī)大電流啟動時的沖擊力矩對電機(jī)的損壞;
(3) 采用變頻調(diào)速，延長了電機(jī)、管網(wǎng)和閥門的使用壽命，減輕了維修人員的工作量，降低了維修費(fèi)用;
(4) 提高了系統(tǒng)自動裝置的穩(wěn)定性，為系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行提供了可靠保證;系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)得到改善，提高了效率。

7 結(jié)束語
從上述分析可以得到如下結(jié)論:
高壓變頻器節(jié)能效果十分明顯，按前面的測算節(jié)能達(dá)38.3%，大約1.5至1.7年可以收回改造投資費(fèi)用。
經(jīng)過大量工程實踐，積累大量經(jīng)驗，已經(jīng)解決高壓功率變頻裝置應(yīng)用中產(chǎn)生的很多如諧波、電機(jī)發(fā)熱、功率因數(shù)在低轉(zhuǎn)速時不理想、維修麻煩等問題;并解決了變頻系統(tǒng)的問題，如多泵運(yùn)行等問題。從我們這幾年的調(diào)試投運(yùn)、運(yùn)行實踐看，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠性完全能滿足發(fā)電企業(yè)的要求，其節(jié)能降耗的良好優(yōu)點(diǎn)將發(fā)揮巨大效用。

8 鄭重聲明
文章中提到的變頻器應(yīng)用情況統(tǒng)計是初步統(tǒng)計，有許多變頻器廠家由于時間和收集渠道的關(guān)系，未能統(tǒng)計到或一一列出如:西門子、成都佳靈、東方凱奇、合康億盛、山東風(fēng)光、北京天寵等等，此統(tǒng)計不代表任何好惡，也不代表變頻器的優(yōu)劣。