叶强

    【摘要】 液电阻调速器作为大型风机、水泵的流量调节手段，在冶金、煤矿、建材等行业已得到了广泛的应用。由于这种系统结构简单、维护方便、运行可靠且投资少，节能效果也比较明显，近年来在电力行业逐步进入试用。我公司于2006年#2机组小修期间实施了#2炉脱硫增压风机调节、节能技术应用科技项目，就是采用液电阻调速器。本文对项目实施中的设备选型、调速器的工作原理、实施的方案、与DCS系统接口以及项目实施后的节能效果做了较为详细地介绍。该项目的实施为解决电厂辅机调速提供了技术储备。

    【关键词】增压风机 液电阻调速 DCS系统 节能

    浙江长兴发电有限责任公司装机容量4×300MW脱硫火电机组，脱硫装置在入口处配有烟气增压风机。风机均采用定速运行、入口挡板调节烟气量（确保入口烟气压力为一设定值-260Pa）的运行方式。风机入口挡板调节开度随着机组负荷变化而变化，即增压风机的负载随着烟气流量的变化而变化。改造前机组满负荷运行时，增压风机的入口挡板开度在55％-70%之间，带低负荷时，挡板开度更小，烟道阻力大，节流损失比较大，其耗电量对脱硫厂用电的影响也非常大。另外，频繁的挡板调节，导致挡板的可靠性下降，既增加了维护工作量，又影响了设备的稳定运行。为解决上述问题，实现增压风机安全经济运行，我们在理论分析基础上，再进行多方调研、比较几种调速方法后，确定#2炉脱硫增压风机采用液电阻调速节能方案，作为科技项目实施攻关，在2006年#2机组小修期间对#2炉的脱硫增压风机进行了改造，即增压风机挡板全开，通过调节风机的转速来满足烟气量的输送。下面对风机调速改造中的设备选型、液电阻调速器的工作原理、改造的具体方案、改造后设备的节能效果和设备的可靠性及存在问题进行分析、介绍。

    1 增压风机调速改造可行性分析

    从机务角度看，将风机由定速改调速运行不存在问题，但从节能的效果分析是否有实现的可能，因为增压风机是轴流风机，本身效率较高。

    节能空间理论分析。脱硫增压风机选用成都电力机械厂引进德国KKK公司的静叶可调高效率轴流式风机，详细参数如下表：

    序号 名称 指标（参数）

    从厂家提供的风机性能曲线及风机选型设计参数，我们发现由德国KKK公司引进的该风机的效率在整个运行范围内变化很大，其变化范围85.1%~42.0%，比常用的离心式风机的效率变化范围大的多。并且其风压对效率的影响很大，因此在采用风机调速时，在风门全开保持风量不变的情况下由于风压的降低，因此其效率也会相应的降低，造成节能空间由于效率的降低而缩小。但其节能空间有多大，我们依照风机的性能曲线和选型设计参数表对其理想的调速状态下的节能效果进行了核对性计算，结果发现，当风机转速在额定的90％～50％时，其平均节电效率仍然有20％左右的空间，从节能降耗的前提出发，同时考虑增压风机功率较大，应当考虑其的节能效果，即增压风机调速改造是可行的。

    2 增压风机调速方法选择

    根据理论分析结果，同时考虑投资回收期，增压风机调速方法选择原则为投资省、结构简单、安全运行可靠的调速方法。目前，发电厂大型风机风量调节常用的方法从电气角度主要有液电阻调速、内馈调速和变频调速。

    内馈调速：内馈调速电机是在标准系列绕线型电动机的定子上增设了一套称为调节绕组的三相对称绕组，而将原来的定子绕组称为主绕组。内馈调速属绕线型电机转子串附加电势进行调速的理论范畴，该附加电势就是由调节绕组从主绕组感应过来的电势所提供的，通过变流系统将该电势串入电机的转子绕组，改变其串入电势的大小即可实现调速，同时，调节绕组吸收转子的转差功率，并通过与转子旋转磁场相互作用而产生正向的拖动转矩，这就使电机从电网吸收的有功功率减少，主绕组的有功电流随转速正比变化，达到调速节能的目的。其特点效率高与变频调速相当，投资低于变频调速，调速范围和调速精度不及变频调速与液体电阻调速相当。缺点是整个电机要更换，同时运行可靠性有待于验证。

    变频调速：是目前比较流行和采用的一种调速方法，其原理不再重述。变频调速方法具有调速效率高，调速范围大、转速控制精确等特点，已在风机调速上广泛使用。但高压变频器造价高，同时由于冷却方式为风冷，所以对环境要求也高，占地面积大，而且由于其技术复杂，使得维护检修困难，运行费用也比较高。从省内已投运的应用于风机的高压变频器看，无论进口还是国产都发生过不明原因的跳闸故障。

    液电阻调速--绕线式电机转子线圈串入可变电阻的调速。绕线式异步电机转子线圈串入可变电阻的调速方法由来已久，特别是广泛使用在大型电机的启动过程，目前在电机调速控制上也逐步得到应用。随着电子技术的发展，以及对国外可变电阻器的消化和吸收，国产化的适用于调速的新一代可变电阻器--液电阻调速器已广泛地应用于各个行业。此种调速方法具有结构简单、投资少、占地面积小、对环境没有特殊要求的特点。其缺点是只适用于绕线式三相异步电机，对鼠笼式电机需对电机转子进行改造。

    液电阻调速与内馈调速、高压变频器调速方案相比，具有如下特点：

    ⑴ 投资少，远远低于变频调速和内馈调速；

    ⑵ 无级调速，调节的线性度好，易于实现与DCS的连接，兼作电机的软启动器，改善电机的软启动性能；

    ⑶ 因为属于纯电阻性质，没有变频调速的谐波污染；

    ⑷ 体积小、布置灵活，安装方便。且由于用水进行冷却，所以对布置环境没有特殊要求,特别适合风机、水泵类的节能改造项目；

    ⑸ 调速器发生故障，可自动切全速运行，无需停运风机，可靠性优于变频调速和内馈调速；

    ⑹ 液阻调速器只适用于绕线式电机，鼠笼式电机须要改造成绕线式电机；

    ⑺ 由于串入电阻发热浪费部分能量，所以调速效率低于变频调速和内馈调速；

    综上所述，液阻调速器具有结构简单，控制方便，并且投资少，占地面积小，对环境没有要求，无谐波不污染电网，更重要的是运行可靠性高，维护工作小等特点。所以，我们认为液体电阻调速方案用于电厂增压风机调速改造最为经济实用。

    3 液电阻调速器的结构和基本工作原理

    根据三相异步电动机的工作原理，其同步转速为：n=(1-s)n0=(1-s)60f/p，式中n为电机转速，s为转差率，f为电源频率，p为电机的极对数，n0为旋转磁场的转速。由此可见，要想实现电动机的变转速运行，只要改变电动机电源频率f、电机转差率s、电机极对数p三个参数即可。液电阻调速器的工作原理就是通过改变转差率s来实现改变电机的转速。由于电机转子绕组串接可变电阻，不同的电阻值，对应不同的转差率，电阻值越大，转差率越大，则电机转速越低；串接电阻越小，转差率越小，电机转速越高；电机转子绕组串接电阻为零时，电机为额定转速。所以通过改变串接在绕线式电机转子线圈的电阻值实现电机的调速运行，这就是液体电阻调速器调速的基本原理。

    液电阻调速器的结构原理框图如图1所示。由图可知，通过电动执行器带动传动轴，升降液组箱内的动极板来改变动、静极板间的距离，从而改变两极板之间的电阻值大小，以达到改变电机的转差率s的目的，实现了改变电机的转速。电机在调速运行状态下，转子电流通过液电阻所产生的热量，由液体循环冷却系统进行交换散热，保持液电阻正常工作温度。

    4 增压风机调速方案的实施

    确定了液电阻调速器作为增压风机的调速方法，接下来的工作就是根据增压风机运行要求选择合适的液电阻调速器及确定其控制策略。具体工作主要有：

    4.1 增压风机电机的改造

    由于液电阻调速器只适用于绕线式电机，所以对原来的鼠笼型增压风机电机必须进行改造。电机改造工作由电机制造厂负责，主要内容有：电机定子不变，将鼠笼型电机转子抽出不用，重新设计制造与电机定子匹配的绕线型电机转子，组成新的绕线式电机。要求改造后的电机性能不变，满足GB755-87《旋转电机基本技术要求》和GB755-200《旋转电机定额和性能》的要求。由于不改变电机与风机的连接尺寸、也不改变电机基础安装尺寸，所以改造后的电机可直接安装就位。

    改造前后电机参数表：

    改造后电机实物见图片2

    4.2 液体电阻调速器的选择

    根据市场调研液电阻调速器选择与北京大力浩然工业控制技术有限公司合作开发生产，对其结构、控制性能提出具体要求，主要有：液电阻调速器极板采用合金航空材料，不腐蚀、不电解、寿命长，可在不维护的情况下使用20年以上；电液箱及内桶均采用进口材料，具有耐腐蚀（碱性）、绝缘（交流28000V）、抗冲击、不变形、耐高温（长期可耐受120℃），终身免维护，寿命至少30年以上；调速控制系统纳入脱硫DCS系统；

    液电阻调速器参数如下表：