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由流體力學(xué)知識(shí)我們知道：風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)設(shè)備屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其流量Q、揚(yáng)程H、功率P與轉(zhuǎn)速N之間存在如下關(guān)系：

即：流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。

因此，只要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，就可以實(shí)現(xiàn)控制流量和壓力的目的。由于功率和轉(zhuǎn)速是三次方關(guān)系，轉(zhuǎn)速的降低可以引起功率的減小，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。例如：當(dāng)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速的80％運(yùn)行時(shí)，理論上其消耗的功率為額定功率的51．2％，去除機(jī)械損耗、電機(jī)銅損、鐵損以及變頻器自身的損耗等影響，節(jié)電效率也接近40％。同時(shí)由于電機(jī)運(yùn)行速度降低，機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)噪音也因此變小。 

應(yīng)用案例 一
      某電廠一臺(tái)75kW風(fēng)機(jī)，原由風(fēng)門(mén)控制風(fēng)量。晝夜運(yùn)行，每年運(yùn)行時(shí)間約8000小時(shí)，其中4000小時(shí)需風(fēng)量85%，另4000小時(shí)需風(fēng)量60%。現(xiàn)進(jìn)行節(jié)能改造，即將所有風(fēng)門(mén)全開(kāi)，由變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)風(fēng)量。節(jié)能效果計(jì)算如下：

風(fēng)門(mén)控制總能耗

= 75kW(85%流量) ×91%×4000小時(shí)+75kW(60%流量) ×76%×4000小時(shí)

= 273,000+228,000 kWh

= 501,000 kWh

使用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的耗電量

= 75kW×(85%流量）×61%×4000小時(shí)+75kW×(60%流量）×22%×4000小時(shí)

= 183,000+66,000

= 249,000 kWh

年節(jié)能千瓦時(shí)= 501,000-249,000= 252,000 kWh

直接經(jīng)濟(jì)效益= 252,000×0.65=163,800元（電費(fèi)按0.65元/小時(shí)計(jì)算）

應(yīng)用案例 二

                                        發(fā)電廠引風(fēng)機(jī)節(jié)能改造方案
1.項(xiàng)目背景 
發(fā)電廠既是電能的生產(chǎn)者，又是電能的用戶(hù)和消費(fèi)者，我國(guó)的發(fā)電能源構(gòu)成中，火電占70%以上，而一般的火電機(jī)組，其廠用電一般占發(fā)電量的4%～7%，拖動(dòng)大容量風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)輔機(jī)的高壓廠用電動(dòng)機(jī)的耗電量占廠用電的80%左右。由于電力體制改革中廠網(wǎng)分開(kāi)、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)等事物的出現(xiàn)，電廠的發(fā)電煤耗、廠用電率已成為發(fā)電廠考核的重要指標(biāo)，直接關(guān)系到電廠的經(jīng)濟(jì)效益和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。而風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)輔機(jī)的變速調(diào)節(jié)所起到的節(jié)能效果可顯著地降低廠用電和發(fā)電成本，因此選擇合適的高壓廠用電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)成為電廠節(jié)能工作的當(dāng)務(wù)之急。

2.改造方案

      中電投某電廠對(duì)1×300MW機(jī)組的引風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻調(diào)速改造，本次改造對(duì)機(jī)組一臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造，采用一拖一自動(dòng)隔離方式，引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)可采用工、變頻兩種方式運(yùn)行。選用我公司高壓變頻器，該變頻器整流器件為二極管，逆變器件為IGBT（如圖1所示），控制方式采用無(wú)速度傳感器矢量控制，運(yùn)行性能更加優(yōu)越。

圖1 功率單元原理圖 

變頻器的6kV電源經(jīng)變頻裝置輸入刀閘與接觸器后到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘和接觸器送至電動(dòng)機(jī)；6kV電源還可經(jīng)旁路接觸器直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。進(jìn)出線刀閘與接觸器和旁路刀閘與接觸器的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開(kāi)進(jìn)出線刀閘與接觸器，將變頻裝置隔離，手動(dòng)合旁路接觸器，在工頻電源下起動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。旁路柜具備五防閉鎖功能；具備工、變頻方式指示功能；帶電指示功能和帶電閉鎖柜門(mén)功能。系統(tǒng)改造一次回路如圖2所示。

--為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，給變頻器同時(shí)加裝工頻旁路裝置，變頻器異常時(shí)，變頻器停止運(yùn)行，電機(jī)可以直接自動(dòng)（工藝要求手動(dòng)）切換到工頻運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行，這樣可以保證機(jī)組的正常安全運(yùn)行。

--為了實(shí)現(xiàn)變頻器故障的保護(hù)，變頻器對(duì)6KV開(kāi)關(guān)QF進(jìn)行聯(lián)鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開(kāi)QF。當(dāng)工頻旁路時(shí)，變頻器始終允許QF合閘，撤消對(duì)QF的跳閘信號(hào)，使電機(jī)能正常通過(guò)QF合閘工頻啟動(dòng)。

變頻調(diào)速系統(tǒng)由用戶(hù)開(kāi)關(guān)、自動(dòng)旁路柜、GD5000系列高壓變頻器、高壓電機(jī)組成。旁路柜是由三個(gè)真空高壓接觸器KM1、KM2、KM3和高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1、QS2組成。正常運(yùn)行時(shí)QS1、QS2全部閉合，只有在檢修時(shí)斷開(kāi)。電機(jī)以變頻方式運(yùn)行時(shí)，KM1、KM2閉合，QS3斷開(kāi)；電機(jī)以工頻方式運(yùn)行時(shí)，KM3閉合，KM1、KM2斷開(kāi)。變頻與工頻之間切換自動(dòng)/手動(dòng)完成。旁路柜嚴(yán)格按照“五防”聯(lián)鎖要求設(shè)計(jì)，變頻輸出開(kāi)關(guān)KM2和工頻開(kāi)關(guān)KM3互鎖，完全能夠保證變頻調(diào)速系統(tǒng)安全運(yùn)行。

由于在整個(gè)變頻調(diào)速系統(tǒng)中前級(jí)用戶(hù)開(kāi)關(guān)柜具有過(guò)載保護(hù)裝置，因而手動(dòng)旁路柜不會(huì)對(duì)電機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。同時(shí)用戶(hù)開(kāi)關(guān)柜必須按照8-10倍額定電流設(shè)置速斷保護(hù)值，確保躲過(guò)激磁涌流。

3.方案效果

為了便于分析變頻改造后的節(jié)能情況，選取在1號(hào)機(jī)組分別帶150MW、300MW負(fù)荷的兩種種不同工況下對(duì)引風(fēng)機(jī)工頻和變頻兩種運(yùn)行方式下的參數(shù)情況進(jìn)行了對(duì)比。節(jié)能效果參見(jiàn)表1，從表1可以看出，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷分別為150MW、300 MW時(shí)，引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行比工頻運(yùn)行每小時(shí)分別節(jié)電256kW·h、535kW·h。變頻改造后，節(jié)電效果顯著。

表1 節(jié)能效果對(duì)比

4.總結(jié)

引風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)變頻改造以后，節(jié)能效果非常明顯，而且啟動(dòng)頻率低，轉(zhuǎn)速低，電流小且平穩(wěn)。實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，避免了以前用工頻啟動(dòng)時(shí)的大電流大轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)、電纜、開(kāi)關(guān)及機(jī)械設(shè)備的沖擊。不僅延長(zhǎng)了電機(jī)等設(shè)備的壽命，也減輕了軸承的磨損，提高了安全供電的可靠性。