摘要：本文根據發電廠各種高壓輔機的實際運行工況，逐一進行了節能改造方案分析，并指出了變頻器選型和改造工程的實施原則。 關鍵詞：發電廠　風機　水泵　變頻調速　節能運行 Abstract：This paper analyses the technical scheme of energy saving accroding to the actual operation circumstanses of each high voltage auxiliary electromotor in power plant. It also points out the concrete rule to choose the inverter’s type and innovative engine. Key words：Power plant . Fan . Water Pump . Variable frequency and speed . Energy Saving 1、前 言 風機和水泵在國民經濟各部門的數量眾多，分布面極廣，耗電量巨大。據有關部門的統計，全國風機、水泵電動機裝機總容量約35000MW，耗電量約占全國電力消耗總量的40％左右、目前，風機和水泵運行中還有很大的節能潛力，其潛力挖掘的焦點是提高風機和水泵的運行效率。據估計，提高風機和水泵系統運行效率的節能潛力可達300～500億kW.h/年，相當于6～10個裝機容量為1000MW級的大型火力發電廠的年發電總量。 在火力發電廠中，風機和水泵也是最主要的耗電設備，且容量大、耗電多。加上這些設備都是長期連續運行和常常處于低負荷及變負荷運行狀態，其節能潛力則更加巨大。據統計，全國火力發電廠下述八種風機和水泵：送風機、引風機、一次風機、排粉風機、鍋爐給水泵，循環水泵、凝結水泵、灰漿泵配套電動機的總容量為15000MW，年總用電量為520億KW.h，占全國火電發電量的5.8％。發電廠鋪機電動機的經濟運行，直接關系到廠用電率的高低。隨著電力行業改革的不斷深化，廠網分家，竟價上網等政策的逐步實施，降低廠用電率，降低發電成本提高電價競爭力，已成為各發電廠努力追求的經濟目標 。 我國火電機組的平均煤耗為400g／KW.h，比發達國家高70～100g／kW.h，而廠用電率的高低是影響供電煤耗和發電成本的主要因素之一。國產300MW／機組的廠用電率平均為4.7％，而進口（GE公司）機組為3.81％。國產機組比進口機組約高20％左右。國產機組廠用電率偏高的原因主要是輔機電動機在經濟運行方面存在問題和差距。 國外火電廠的風機和水泵已紛紛增設調速裝置，而目前我國火電廠中除少量采用汽動給水泵，液力耦合器及雙速電機外，其他風機和水泵基本上都采用定速驅動。這種定速驅動的泵，由于采用出口閥，風機則采用入口風門調節流量，都存在嚴重的節流損耗。尤其在機組變負荷運行時，由于風機和水泵的運行偏離高效點，使運行效率降低。調查表明：我國50MW以上機組鍋爐風機運行效率低于70％的占一半以上，低于50％的占20％左右。由于目前普遍的機組負荷偏低，風機的效率就更低，有的甚至不到30％，結果是白白地浪費掉大量的電能，已經到了非改不可的地步。 2.風機變頻調速應用情況 風機是火力發電廠重要的輔助設備之一，鍋爐的四大風機（送風機、引風機、一次風機或排粉風機和煙氣再循環風機）的總耗電量約占機組發電量的2％左右。隨著火電機組容量的提高，電站鍋爐風機的容量也在不斷增大，如國產200MW機組，風機的總功率6440kW，占機組容量的3％以上。因此，提高風機的運行效率對降低廠用電率具有重要的作用。送風機是用來給鍋爐燃燒提供空氣（氧氣）的輔機設備，引風機則是將鍋爐燃燒產生的高溫煙氣經除塵裝置后排向煙道的輔機設備，二者都是電站鍋爐的主要輔機設備。一般200MW以下機組配置帶有入口導向葉片的送風機和引風機，如125MW機組配置600kW送風機兩臺和800kW引風機兩臺；300MW機組則采用動葉可調的送風機（1800kW）兩臺和靜葉可調的引風機（2200kW）兩臺送風機用來保證合理的風煤配比，從而控制煙氣的含氧量和灰粉可然物的比例；引風機則用來調整鍋爐爐膛負壓的穩定。由于機組的負荷經常變化，為了保證鍋爐的燃燒和負壓的穩定，需要及時調整送、吸風量和煤粉量。在200MW及以下機組，一般采用調整入口導向葉片的角度（風門開度）的方式來調節風量，這種風門調節的截流損耗一般為30％Pe（額定容量）。在300MW及以上機組，則采用調節動、靜葉片的方式來實現風量調節，這種調節方式的截流損耗也在20％Pe左右。如果采用變頻調速改造，將完全消除風門和葉片的截流損耗。 我國電站風機雖巳普遍采用了高效離心風機，但實際運行效率并不高，其主要原因之一是風機的調速性能差，二是運行點偏離風機的最高效率點。我國現行的火電設計規程SDJ—79規定，燃煤鍋爐的送、引風機的風量裕度分別為5％和5％～10％，風壓裕度分別為10％和10％～15％。這是因為在設計過程中，很難準確地計算出管網的阻力，并考慮到長期運行過程中可能發生的各種問題，通?？偸前严到y的最大風量和風壓富裕量作為選擇風機型號的設計值。但風機的型號和系列是有限的，往往在選用不到合適的風機型號時，只好往大機號上靠。這樣，電站鍋爐送引風機的風量和風壓富裕度達20％～30％是比較常見的。 一般在鍋爐風機容量設計時，單側風機運行時具備帶75％負荷運行的能力，這主要是從機組運行的安全性出發的；當失去一側送引風機時，機組還能帶75％的負荷運行。所以當雙側風機運行，機組帶滿負荷時，送引風機的設計余量在20～30％左右，風門開度一般為50～60%,這也是從風門調節的靈敏度來考慮的。這就為風機的變頻調速節能改造造就了巨大的潛力，即使在機組滿負荷運行時，也有20～30%的節電率。 電站鍋爐風機的風量與風壓的富裕度以及機組的調峰運行導致風機的運行工況點與設計高效點相偏離，從而使風機的運行效率大幅度下降。一般情況下，采用風門調節的風機，在兩者偏離10％時，效率下降8％左右；偏離20％時，效率下降20％左右；而偏離30％時，效率則下降30％以上。對于采用調節門調節風量的風機，這是一個固有的不可避免的問題?？梢?，鍋爐送、引風機的用電量中，很大一部分是因風機的型號與管網系統的參數不匹配及調節方式不當而被調節門消耗掉的。因此，改進離心風機的調節方式是提高風機效率，降低風機耗電量的最有效途徑。 按照流體機械的相似定律，風機、水泵的流量Q、壓頭（揚程）H、軸功率P與轉速n之間有如下比例關系： Q[SUB]1[/SUB] /Q[SUB]2[/SUB]=n[SUB]1[/SUB]/n[SUB]2[/SUB]; H[SUB]1[/SUB]/H[SUB]2[/SUB]=（ n[SUB]1[/SUB]/n[SUB]2[/SUB]）[SUP]2[/SUP] ; P[SUB]1[/SUB]/P[SUB]2[/SUB]=（ n[SUB]1[/SUB]/n[SUB]2[/SUB]）[SUP]3[/SUP] 離心式風機在變速調節的過程中，如果不考慮管道系統阻力R的影響，且風壓H隨流量Q成平方規律變化，則風機的效率可在一定的范圍內保持最高效率不變（只有在負荷率低于80％時才略有下降）。圖1示出了離心式風機不同調節方式耗電特性比較，圖2示出了采用風門調節和轉速調節方式時，風機的效率—流量曲線。 由圖2可知：在風機的風量由100％下降到50％時，變速調節與風門調節方式相 比，風機的效率平均高出30％以上。因而，從節能的觀點來看，變速調節方式為最佳 調節方式。發電廠輔機采用定速驅動時，風機靠風門調節，水泵則靠閥門開度來調節 流量，除產生大量的節流損耗外，反應速度慢，導致鍋爐的燃燒自動無法投入，因而 機組的協調控制無法投入，機組無法響應負荷的動態變化。輔機采用調速驅動后，機 組的可控性提高了，響應速度加快，控制精度也提高了。從而使整個機組的控制性能 大大改善，不但改善了機組的運行狀況，還可以大大節約燃料，進一步節約能源。同時，采用變速調節以后，可以有效地減輕葉輪和軸承的磨損，延長設備使用壽命，降低噪聲，大大改善起動性能。工藝條件的改善也能夠產生巨大的經濟效益。 鍋爐送引風機是目前火電廠中應用高壓變頻調速技術進行節能改造的首選和主要對象，尤以引風機為多，全國已超過300套。一般是一臺鍋爐四臺送引風機同時上變頻調速，或者只上兩臺引風機。其拖動功率一般為315～2500KW，電壓等級為6KV.10KV。其原因主要是風機的節能潛力大，調速范圍寬，且其功率等級決定了使用高壓變頻改造時其技術性能和經濟性能都較好，系統設計采用標準的一拖一帶工頻旁路方案。（圖3） 3、水泵變頻調速應用情況 火力發電機組必須配備的水泵主要有鍋爐給水泵、循環水泵和凝結水泵，其次還有射水泵、低壓加熱器疏水泵、熱網水泵、冷卻水泵、灰漿泵、軸封水泵、除鹽水泵、清水泵、過濾器反洗泵、生活水泵、消防水泵和補給水泵等。這些水泵數量多，總裝機容量大：50MW火電機組的主要配套水泵的總裝機容量為6430KW，占機組容量的12。86％；100MW機組為10480kW／，占10。48％；200MW機組為15450KW，占7。73％。100MW機組主要配套水泵的總耗電量約占全部廠用電量的70％左右。由此可見，水泵確實是火力發電廠中耗電量最大的一類輔機。因此，提高水泵的運行效率，降低水泵的電耗對降低廠用電率具有舉足輕重的意義。 與風機一樣，由于設計中層層加碼，留有過大的富裕量，造成大馬拉小車之外，由于采用節流調節，為滿足生產工藝上的要求，造成更大的能源浪費現象。 3.1給水泵 一般200MW以下單元機組配置3臺50％容量的電動給水泵，正常工作時兩臺運行，一臺備用。300MW以上的單元機組配置50％容量的汽動泵兩臺或100％容量的汽動泵一臺和50％容量的電動泵一臺，正常工作時汽動泵運行，電動泵作為起動時使用和備用。 一臺200MW發電機組的電動給水泵，其電動機功率達5000ｋW，水泵的出口壓力與正常的汽包壓力之間的差別如此之大（8.5MPa）原因有兩個： （1） 鍋爐檢修以后打水壓試驗的需要； （2） 為給水調節閥前提供較大的壓力，以提高汽包水位調節系統的反應速度，提高水位調節品質的需要。 如此大的截流損耗，造成大量的能源浪費。若采用變頻調速驅動，則可用改變電動機的轉速來滿足不同的給水要求，不僅避免了調節閥的截流損耗，達到了節能的目的，同時以調速的方式改變給水流量的響應速度遠比改變閥門開度來的快，從而改善了鍋爐給水調節性能。 中、小型熱電廠鍋爐給水多采用母管制給水系統，給水泵多為定速運行，鍋爐汽包水位靠自動給水調節閥調節，屬節流調節，存在節流損耗。運行中的熱電廠，除冬季供暖期熱電負荷較高外，大多數參與調峰，且峰谷差較大，給水量也相應變化較大，母管制給水系統采用給水泵臺數調節法，給水泵隨著負荷的變化頻繁起停，造成給水母管壓力變化較大。負荷越小母管壓力越高，鍋爐自動給水調節閥開度越小，其節流損耗就越大。 若對母管制給水系統中的部分給水泵采用變頻調速改造，讓工頻定速泵與變頻調速泵并列運行，共同維持母管壓力恒定，工頻定速泵對應最佳工作點帶固定流量，變頻調速泵對應工作點調節給水流量。工頻定速泵的特性曲線與設定母管壓力的交點即是工頻定速泵的工作點，其對應的流量即是定速泵流量：對應變頻調速泵轉速的特性曲線與設定母管壓力的交點即為變頻調速泵的工作點，其對應的流量即為調速泵的流量。工頻定速泵與變頻調速泵的流量之和即為總的給水流量。調速泵的比例越大，調節越靈敏，母管壓力越穩定。 工頻定速運行的給水系統，母管壓力是隨負荷的變化而變化的，其變動范圍一般為2—3MPa，母管制給水系統進行調速改造的目的，就是在實現給水母管恒壓運行的同時，最大限度地降低給水泵單耗，為此需要確定并列運行給水泵的最佳工作點。工頻定速泵的最佳工作點，就是其額定工況點，在額定工況點工作的定速泵其效率最高，調速泵保持這一壓力運行，進行給水量的調節，工況最佳，單耗最低。值得注意的是一定要做到確保其工作點流量大于調速泵最低流量以避免調速泵的汽蝕。 調速泵不僅自身通過調速而節能，同時由于調速泵穩定了母管壓力，使工頻定速泵工作在最佳工作點，提高了定速泵的效率而節能。母管制給水系統最經濟的工作點，應該是保證安全上水條件下的最低揚程，這樣也同時減少了給水調節閥的節流損耗，這在工頻定速運行方式下是難以做到的。 給水泵號稱火電機組的“心臟”,可見其在火電機組安全運行中有舉足輕重的作用。所以給水泵的變頻調速節能改造。雖有巨大的節能潛力，但是由于：（1）.可靠性要求高（2）.功率等級高的原因，目前的高壓變頻器還不能滿足大型機組給水泵調速改造的要求，所以國內火電廠只在中小容量的少數機組上使用。例如大慶新華電廠在100MW調峰機組的2300ｋW給水泵上采用了美國羅賓康公司的“完美無諧波”變頻器，牡丹江第二發電廠2330ｋW給水泵上采用了美國洛克韋爾（AB）公司的變頻器，和廈門電廠450ｋW給水泵采用了國產利德華福公司單元串聯多電平高壓變頻器實現了變頻調速節能改造。 而國外發達國家則把鍋爐給水泵傳動系統作為推廣應用變頻調速節能改造的主要對象之一，其原因是（1）節能潛力大，（2）功率大。其系統設計采用標準的一拖一帶工頻旁路的方案（見圖3）。 3.2循環水泵 循環水泵是為汽輪機組凝汽器提供冷卻水的重要鋪機設備，一般單元機組設置3臺循環水泵，運行方式：一臺運行、一臺備用、一臺檢修，定期切換運行。如果循環水泵同時停運，必然導致機組停運，甚至可能造成汽輪機化瓦等惡性事故。隨著機組負荷和季節的變化，為了保證機組在合理的經濟真空值運行，需要的冷卻水量是變化的。通常冬季單臺泵運行流量偏大，夏季單臺泵流量不足，需要兩臺泵運行，而兩臺泵的流量又過大。目前國內中等以上容量的機組也有采用調節閥實現冷卻水流量調節的，這種調節方式控制的汽輪機真空度不穩定，不能保證汽輪機的經濟運行，尤其在低負荷運行時，閥門的節流損耗大，泵的運行效率也很低。 若進行變頻調速改造，既可節能降耗，又能根據機組負荷和季節的變化調節冷卻水的流量，達到汽輪機最有利真空的控制目的，實現了汽輪機真空度的高精度控制和經濟運行的目的。且運行穩定，可靠性高，同時還可以消除管路的虹吸現象。但要保證機組安全運行的最小流量，避免出現凝汽器水側不滿水造成干燒以及冷油器、沖灰水缺水的現象。 目前汽輪機的真空度主要是靠調節冷卻水的流量來控制的，但是當冷卻水流量增加使真空度提高的同時，循環水泵的投資及運行電耗將大幅增加。 為提高機組運行的經濟性， 所以真空度提高汽輪機功率的增量△N 1應大于為增加循環水量所多消耗的功率△N 2，顯然，汽輪機的最有利真空Peco（經濟真空）應位于凈增功率△N＝△N 2-△N 1的最大值處，此時汽輪機工作在經濟運行方式，如圖4所示。 圖4中Dw為冷卻水量，P為汽輪機的凝汽器真空，△N為功率差值， △N在冷卻水量比較小的時候隨冷卻水量的增大而增加，到a點達到最大，如果再進一步增大冷卻水流量， △N反而開始減小，直至為零。但到達c點時，汽輪機的膨脹能力已達到極限，汽輪機功率不會再增加，c點所對應的真空成為極限真空。從圖4中可以看出，由a點引等水量線與凝汽器壓力線相交的b點所對應的真空度Peco就是最有利真空，a點所對應的冷卻水量Deco就是最佳冷卻水量。通過確定汽輪機的最有利真空，并以此為依據來控制冷卻水流量，使汽輪機的排氣壓力盡量維持最有利真空位置，以保證機組的經濟運行。 單元機組三臺循環水泵采用一臺高壓變頻器，系統設計采用一拖三帶工頻旁路方案：考慮到循環水泵的檢修和循環工作，保證始終有一臺泵調速工作。冬季和低負荷時一臺泵調速工作，以調節冷卻水流量，夏季高負荷時一臺泵接到工頻電網定速工作，帶固定流量，另一臺泵變頻器驅動，調節冷卻水流量。 南方電廠和北方電廠的循環水泵是不一樣的。在南方，由于江、河、湖泊的水源充足，一般循環水多采用直排式：由江河中抽上來，進入汽輪機凝汽器，經熱交換后直接排向江河，落差比較小因而循環水泵的調速范圍比較大（但循環水泵的揚程也較?。?。在北方，由于水源緊張，冷卻水要循環使用。每臺機組建一座冷卻水塔，一條壓力循環水管，一條雙孔自流水溝。經凝汽器熱交換后的熱水由循環水泵壓入水塔頂，從塔中經蜂窩材料噴淋而下，再進入凝汽器循環使用。一般水塔高程在70～80米左右，循環水泵調速后的出口揚程有個最低值，這就限制了循環水泵的調速范圍，因為循環水泵出口揚程的余量并不大，調速后循環水泵的出口揚程若小于水塔高程，冷卻水就會打不進水塔去，循環水泵就不能正常工作。 3.3凝結水泵 在汽輪機中作完功的蒸汽經凝汽器凝結成水，稱為凝結水。為了防止鍋爐和汽輪機潔垢，進入鍋爐的水是要進行嚴格的軟化處理的，成本很貴，因而作完功的凝結水要經過除氧和加熱器后重新進入鍋爐使用?；痣姍C組的凝結水泵就是完成這項工作的重要鋪機設備，一般一臺機組設計二臺110％容量的凝結水泵，一臺運行，一臺備用；大機組采用三臺泵，二臺運行，一臺備用，每臺泵的出力均為55％額定容量，目前存在的問題是： （1）由于凝結水泵定速運行，靠出口調節門的節流控制，節流量大，出口壓力高，經常發生泵的法蘭大量漏水造成熱量和水量的大量流失，地面污染，導致不能正常運行甚至損壞泵。 （2）電動調節門是電動機械結構，線性度差，存在調節滯后，調節品質差的問題影響了調節水位的穩定性。經常出現無水位運行狀態，導致泵的嚴重汽蝕；因為凝結水泵是立式泵，水泵軸向串動嚴重，電流晃動大，軸承損壞，疏水管道震動和泄漏等故障，增加了泵的維護工作量，經常要倒泵，嚴重影響機組的安全運行。 （3）由于采用定速泵出口調節門節流調節方式，無法穩定控制凝汽器熱井水位，熱井水位忽高忽低，運行人員操作頻繁，嚴重影響機組的安全經濟運行。 凝結水泵采用變頻調速改造后，除了顯著的節能效果外，還可收到改善工藝控制的效果，提高機組的安全經濟運行水平。凝結水泵電動機的功率范圍是500～1500KW，采用高壓變頻改造比較合算。因為凝結水泵一用一備，采用一臺高壓變頻器一拖二方案較為經濟，但倒泵時要停變頻器。在經費允許的情況下，也可采用兩臺高壓變頻器一拖一的方案；一臺調速泵運行，另一臺調速泵備用，當一臺調速泵的開關跳閘時另一臺調速泵自動投入運行，以確保機組的安全運行。 1.4.灰漿（渣）泵 灰漿（渣）泵是將煤在鍋爐中燃燒后沖到灰漿池中的灰漿、灰渣排到貯灰場的輔機設備。一般兩個機組共用一個灰漿池，配置3臺灰漿泵，每臺泵的出力均為110％額定容量，還要另加一臺清洗水泵，用來清洗灰漿（渣）泵及管道的積灰。 其運行方式是三臺泵輪流間斷運行，因為如果某一臺泵長期不運行的話，出口會被灰漿、灰渣堵死，再次開泵時會造成電機過載而燒毀：另外若一臺泵開著，時間不長就會將灰漿池抽干，泵空轉引起汽蝕，而停泵若超過半個小時，灰漿池又會溢出，如再次開啟才停運的泵，則容易因為過熱而引起電機損壞。因而操作頻繁，泵和電機損壞嚴重。因此，灰漿泵是發電廠中最需要進行變頻改造的泵，而又是進行變頻改造經濟性最差的設備。因為，灰漿泵的容量為300～500KW，為6KV高壓電機，若采用6KV高壓變頻器，沒有這個功率等級的設備，一股都在800KW以上，設備的電流利用率低，投資高，不劃算。且灰漿泵的調速改造主要是改善工藝條件和延長設備的使用壽命，減少維修量，節能效益不大。 因此，可采用高一低一低方案，即用一臺變壓器將電壓6KV降為380V或690V，用380V（或690V）低壓變頻器，將6KV電機換成380V或690V電機，較為經濟合理。為了進一步節省投資，可采用“一拖三”方案，即用一套變頻調速裝置，輪流拖動三臺泵運行。由于灰漿泵為間斷運行方式，泵的切換可采用“冷”切換的方式：停泵——切換——啟動另一臺泵。 目前火電廠灰漿（渣）泵進行變頻調速改造的數量，僅次于鍋爐引送風機，據不完全統計，包括高－高方式和高－低－低方案已有上百臺套。 其它還有低加疏水泵，熱網水泵，清水泵，補給水泵和生活水泵等，均為低壓電機拖動，可根據其運行狀況設計合理的改造方案，這里不再一一贅述。 4、不同功率等級的變頻調速改造實施方案 由于我國的供電電壓和電機制造電壓無1.7KV、2.3KV、3.3KV和4.16KV電壓等級，所以在變頻器選型時可不考慮以上中壓等級的產品。一般200KW以上的電機均采用6KV、10KV電壓等級，所以應從6KV、10KV電壓等級這個現實來考慮問題。 由于功率器件技術，變頻器主電路拓撲結構技術和制造工藝的進一步完善，目前800KW以上功率的高壓變頻器無論是其可靠性還是其經濟性都已經為用戶所接受，所以火電廠風機水泵變頻調速節能改造的實施方案也變得簡單了。 4.1、對于800～1000KW以上功率的風機水泵，可采用6KW或10KW的直接高－高方式的變頻器。為提高可靠性，可設計工頻旁路系統。 4.2、對于400KW以下功率等級，考慮到直接采用高－高方式的變頻器不大經濟，可采用高－低－低方式；即采用6KV/380V進線變壓器，380V變頻器，380V電動機的方案。當變頻器故障時，為了保證機組的正常運行，還要考慮工頻旁路功能，即將電動機投到進線變壓器付邊運行，這樣就要考慮電動機直接起到時的變壓器容量問題，一般變壓器容量應為電機容量的10倍，變壓器容量相對較大，影響經濟性。若有多臺設備采用同一臺進線變壓器的話，則可在變壓器的容量選擇時提高其經濟性。 4.3、對于400～800KW功率等級的改造項目，則宜采用660V變頻器和660V電機的高－低－低方案，因為這個功率等級的設備采用380V方案其電流及體積都會太大。 4.4、高－低－高方案因為其體積以及升壓變壓器的技術要求太高而已很少采用。 5、不同拓撲結構變頻器的性能比較 目前世界上的高壓變頻器不象低壓變頻器一樣具有成熟的一致性的拓撲結構，而是限于采用目前電壓耐量的功率器件，如何面對高壓使用條件的要求，國內外各變頻器生產廠商八仙過海，各有高招，因此其主電路結構不盡一致，但都較為成功地解決了高電壓大容量這一難題, 當然在性能指標及價格上也各有差異。如美國羅賓康（ROBICON）公司生產的完美無諧波變頻器；洛克韋爾（A-B）公司生產的Bulletin1557和Power Flex 7000系列電流型變頻器，德國西門子公司生產的SIMOVERT MV中壓變頻器;瑞典ABB公司生產的ACSl000系列變頻器；意大利ANSALDO公司生產的SILCOVERT-TH變頻器以及日本三菱、富士公司生產的完美無諧波變頻器和國內北京的凱奇、先行、利德華福、合康億盛公司和成都佳靈、東方日立以及深圳微能科技公司、中山明陽、山東風光公司生產的高壓變頻器等。雖然高壓變頻器的品種繁多，但是歸納起來可分為三類： （1）兩電平變頻器 美國洛克韋爾（A-B）公司的Bulletin1557系列，是采用功率器件GTO直接串聯的兩電平交－直－交電流源型變頻器；power flex7000系列是采用功率器件SGCT直接串聯的兩電平交－直－交電流源型變頻器。 成都佳靈公司則生產采用低壓IGBT模塊直接串聯的交－直－交電壓源型兩電平變頻器。 由于兩電平變頻器輸入輸出諧波大及輸出dv/dt大，必須采用進線電抗器和輸出濾波器，才能將諧波水平降低到有關標準的允許范圍之內。就是這樣也還是會對普通的異步電機造成附加發熱和震動以及對電機的絕緣產生不利的影響。 （2）多電平變頻器 a.中性點鉗位三電平變頻器，ABB公司的ACS1000系列； b.電容分壓四電平變頻器，法國ALSTOM公司的ALSPA VDM600系列；多電平變頻器的諧波含量和dv/dt指標都比二電平變頻器好，但還是不能滿足普通異步電動機的要求，還必須要加輸出濾波器方能使用到普通異步電動機上。 （3）單元串聯多重化電壓源型變頻器 美國羅賓康（ROBICON）公司利用單元串聯多重化技術，生產出功率為315KW－10000KW的完美無諧波（Perfect Harmony ）高壓變頻器，無須輸出變壓器實現了直接6KV或10KV高壓輸出，首家在高壓變頻器中采用了先進的IGBT功率開關器件，達到了完美無諧波的輸出波形，無須外加濾波器即可滿足各國供電部門對諧波的嚴格要求；輸入功率因數可達0.95以上，THD<1％，總體效率（包括輸入隔離變壓器在內）高達97％。達到這么高指標的原因是采用了三項新的高壓變頻技術：一是在輸出逆變部分采用了具有獨立電源的單相橋式SPWM逆變器的直接串聯疊加：二是在輸入整流部分采用了多相多重疊加整流技術；三是在結構上采用了功率單元模塊化技術。總的電壓和電流失真率可分別低于1.2％和0.8％，堪稱完美無諧波（Perfect Harmony）變頻器。它的輸入功率因數可達0.95以上，不必設置輸出濾波器和功率因數補償裝置。變頻器同一相的功率單元輸出相同的基波電壓，串聯各單元之間的載波錯開一定的相位，每個功率單元的IGBT開關頻率若為600Hｚ，則當5個功率單元串聯時，等效的輸出相電壓開關頻率為6ｋHｚ。功率單元采用低的開關頻率可以降低開關損耗，而高的等效輸出開關頻率和多電平可以大大改善輸出波形。波形的改善除減小輸出諧波外，還可以降低噪聲、dv／dt值和電機的轉矩脈動。所以這種變頻器對電機無特殊要求，可用于普遍籠型電機，且不必降額使用，對輸出電纜長度也無特殊限制。由于功率單元有足夠的濾波電容，變頻器可承受-30％電源電壓下降和5個周期的電源喪失。這種主電路拓撲結構雖然使用器件數量增加，但由于IGBT驅動功率很低，且不必采用均壓電路、吸收電路和輸出濾波器，可使變頻器的效率高達96％以上。 單元串聯多重化變頻器的優點是：①由于采用功率單元串聯，可采用技術成熟，價格低廉的低壓IGBT組成逆變單元，通過串聯單元的個數適應不同的輸出電壓要求：②完美的輸入輸出波形，使其能適應任何場合及電機使用；③由于多功率單元具有相同的結構及參數，便于將功率單元做成模塊化，實現冗余設計，即使在個別單元故障時也可通過單元旁路功能將該單元短路，系統仍能正?；蚪殿~運行。 其缺點是：①使用的功率單元及功率器件數量太多，6KV系統要使用150只功率器件（90只二極管，60只IGBT），裝置的體積太大，重量大，安裝位置成問題：②無法實現能量回饋及四象限運行，且無法實現制動；③當電網電壓和電機電壓不同時無法實現旁路切換控制。 國內的利德華福、東方日立、合康億盛以及微能科技等公司均采用這種主電路結構。由于它輸入輸出諧波含量低，適用于普通異步電動機，對輸出電纜的長度無特殊限制等優點，因此在火電廠風機水泵變頻調速節能改造領域，占據著統治的地位。 6、節能改造工程變頻器容量的合理選型 風機水泵變頻調速節能改造，要求低投入、高回報，也即要求在盡可能短的時間內由節電效益收回投資成本。因此除了最大限度的獲得節電效益外，還要盡可能減少投入的資金。所以在變頻調速系統的設計和變頻器功率容量的確定時，一定要做到經濟合理，避免再次出現大馬拉小車的現象。 一般情況下，對于在工作過程中經?；蛴袝r電動機的負載達到或接近其額定容量時，變頻器容量應為電動機額定容量的110％，以保證電動機的額定出力。但是在實際生產中，由于設計中的層層加碼，普遍存在著大馬拉小車的現象，即使在拖動負載額定出力時，電動機的負載率依然不足，在這種情況下就應根據實際運行工況來選擇合適的變頻器容量，既能滿足生產的需要，又能節省變頻器和相應配套設施的投資。例如：某電廠200MW機組的引風機，由于空氣預熱器漏風，引風量不足，所以將風機葉片加長5cm同時將電動機功率由1600KW增加到1850KW。后來在空氣預熱器漏風問題解決以后，將風機改為了原樣，但電動機功率未改，目前的風門開度僅為55％左右，即可滿足機組帶滿負荷運行的需要，此時的電動機功率僅為1300KW。如果采用變頻調速，風門全開，節流損失會大大減少，且變頻器從50Hz向下調速，風機的功率將更不會大于1300KW，為此完全沒有必要按電動機的額定容量來選擇變頻器。同時考慮到風機的轉動慣性較大，起動時間較長等因素，選擇容量為1400KW的變頻器應能滿足上述風機在各種工況下不同轉速調節的要求，可節約投資20％以上．為進一步降低變頻器的容量和投資，還可以考慮采用變頻器和入口導葉聯合調節方式，即在30～80％額定風量范圍內采用變頻調速，在80～100％額定風量范圍內則采用入口導葉調節。采用聯合調節方式后，變頻器的容量僅為800KW，使變頻容量和投資降低了近一半，大大降低了改造成本。但這種聯合調節方式存在變頻／工頻動態切換問題，會影響機組運行的可靠性，所以在設計時應慎重考慮。 7、結論 鑒于發電廠輔機電動機調速節能的巨大經濟潛力，和面對廠網分家，競價上網的嚴峻形勢，發電廠輔機調速節能改造勢在必行。各種調速方式在性能指標、節能效果、資金投入等方面各有其優缺點，因此在采用何種調速方案進行節能改造方面，也沒有一個統一的章法。本文提出的一些改造方案，是根據一般電廠的情況提出的，僅供參考。各電廠應根據本廠機組的具體情況，如負荷情況（是否調峰），輔機電動機設計余量，場地位置，資金投入等情況全面考量，選擇適合本廠具體情況的節能改造方案。 考慮到發電廠生產的具體情況，在進行節能改造時應遵循以下幾個原則： ① 最高可靠性原則：發電機組的輔機電動機作為發電廠的主要動力源，在采用變頻調速技術進行節能改造時，首先必須考慮系統的可靠性，設備可靠穩定運行是最基本的。如果因為變頻裝置故障造成輔機跳閘甚至鍋爐滅火，給電廠帶來的損失是無法簡單地用節約電能的消耗折算的。 ②最優經濟性原則：調速改造的目的是為了節能降耗，系統節能率越高越好，至少達到30%。其次是改善控制性能，提高機組的整體效益。同時，節能改造要求低投入，高回報，要求改造工程的投資回收期盡可能的短，一般不超過三年。這對發電廠的節能改造來說是個苛刻的要求，因為發電廠的上網電價要比一般工礦企業的用電價低許多，一般為50%左右，因此在發電廠進行節能改造時更要講求經濟性。 ③系統改動最小和空間允許的原則：改造工程應盡可能 避免更換原有電機、配電裝置和供電電纜等，使系統的改動最小。這一方面是為了減少投資，同時也為了減小改造工程的工作量，縮短改造工期。改造工程還應根據原系統安裝空間允許的原則考慮，既要滿足設備對環境的要求，又要盡可能安裝在現有的廠房、機房或控制室等建筑物內，避免增加土建工程。 對于隨機組長期連續運行的重要設備，如送、引風機，進行變頻調速節能改造時，都要采用一施一方案，即一臺設備配置一臺110％容量的變頻器，并且要設計工頻旁路系統，當變頻器故障時將設備切換到電網運行。為了避免因設備的切換影響機組安全運行，還要設計同步切換（Bypass）控制功能，實現真正的平穩無擾動切換。對于可以間歇工作的設備，如灰漿（渣）泵等，為了降低改造成本，可以采用“一拖N”方案，但必須采用“冷”切換方式，以保證變頻器和拖動設備的安全。 參考文獻： 1、徐甫榮、崔力： 發電廠輔機電動機調速節能方案探討 　　　　　　　　　　　　　 《變頻器世界》2001.7 2、吳小洪等 ：發電廠電動機變頻調速系統技術綜述 　　　　　　　　　　　　　《變頻器世界》2001.9 3、徐甫榮： 發電廠風機水泵調速節能運行的技術經濟分析 　　　　　 《電源技術應用》2001.12～2002.4連載 4、崔力： 變頻器在火電廠輔機傳動系統的應用現狀調研 　　　　　　　　　　　　　《變頻器世界》2002.7 5、程金、陸勇： 火電廠循環水泵變頻驅動控制系統 　　　　　　　　　　　　　《變頻器世界》2003.7 作者簡介： 陳輝明 （1963- ） 男 高級工程師 1989年畢業于東北大學研究生院自動控制專業，現在深圳市微能科技有限公司從事高壓變頻器的開發、研制和管理、銷售工作。 徐甫榮（1946- ）男 1970年畢業于西安交通大學電機工程系 發電廠電力網及電力系統專業，現為國家電力公司熱工研究院自動化所教授級高工，主要從事火電廠熱工自動化及交直流調速拖動技術的研究工作。