一、引言
隨著能源問題的日益緊張，火電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益已經(jīng)普遍面臨著巨大的挑戰(zhàn)，從降低發(fā)電成本的角度講，降低廠用電率意義重大。原火力發(fā)電廠中引風(fēng)機(jī)等重要輔機(jī)，全部靠擋板開度來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)出力，而這些輔機(jī)長期的運(yùn)行狀態(tài)并不是滿負(fù)荷，這就造成了相當(dāng)大的能耗。拉高了廠用電率和發(fā)電煤耗。通過風(fēng)機(jī)變頻改造，風(fēng)機(jī)擋板在運(yùn)行中處于全開狀態(tài)，最大限度降低了節(jié)流的損耗，同時變頻啟動降低了電機(jī)的啟動電流，減小了對電機(jī)本體的傷害。國電東勝熱電有限公司通過全面的考察，選用了北京利德華福的高壓變頻器，對全廠四臺引風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻改造，投運(yùn)后節(jié)能效果明顯，本文將對變頻改造及運(yùn)行中的情況進(jìn)行討論。
二、變頻改造方案
2.1 項(xiàng)目概況
東勝熱電廠區(qū)
東勝熱電2330MW機(jī)組，每臺機(jī)組安裝有兩臺引風(fēng)機(jī)，各為50%容量。并聯(lián)運(yùn)行方式，通過入口靜葉調(diào)整門調(diào)節(jié)吸風(fēng)量控制并維持爐膛負(fù)壓。由于這些調(diào)節(jié)方法僅僅是改變通道的流通阻力，而驅(qū)動源的輸出功率并沒有改變，節(jié)流損失相當(dāng)大，浪費(fèi)了大量電能。.為此，采用變頻調(diào)節(jié)方式對引風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，以減少節(jié)流損失。提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
2.2 一次系統(tǒng)改造方案
其引風(fēng)變頻系統(tǒng)的一次動力系統(tǒng)采用一拖一自動工/變頻切換控制方案，其一次系統(tǒng)圖如下所示。該系統(tǒng)的工頻變頻回路均采用能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程操作的真空斷路器和真空接觸器執(zhí)行部件構(gòu)成。能夠在遠(yuǎn)程DCS側(cè)實(shí)現(xiàn)變頻故障下的工頻轉(zhuǎn)換和變頻故障修復(fù)后的變頻設(shè)備運(yùn)行恢復(fù)。
引風(fēng)一次動力系統(tǒng)圖
該一拖一自動工/變頻切換方案：A、B引風(fēng)機(jī)各采用一套變頻調(diào)速裝置和工變頻自動切換回路。.其中OF表示高壓開關(guān)、TF表示高壓變頻器、M表示電動機(jī)；QF1，QF3，M為現(xiàn)場原有設(shè)備。KM2和工頻旁路開關(guān)之間均存在電氣閉鎖和邏輯閉鎖關(guān)系，防止變頻器輸出側(cè)與6KV電源側(cè)短路等嚴(yán)重事故。
引風(fēng)機(jī)在工頻和變頻狀態(tài)的切換由工頻開關(guān)柜中高壓開關(guān)QF2(QF4)的位置所決定。引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時，首先檢查分?jǐn)郠F2(QF4)，操作閉合隔離開關(guān)QS11(QS21)、QS12(QS22)、DCS合KM12(KM22)、KM11(KM21)、QF1(QF3)，啟動變頻器運(yùn)行：當(dāng)引風(fēng)機(jī)采用工頻運(yùn)行時，首先檢查DCS側(cè)分?jǐn)郠F1(QF3)、KM12(KM22)、KM119(KM21)，操作斷開隔離開關(guān)QS11(QS21)、QS12(QS22)；DCS側(cè)操作合QF2(QF4)、QF1(QF3)啟動引風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行。
2.3 DCS邏輯改造方案
對于引風(fēng)機(jī)變頻的改造，同時在原來對引風(fēng)機(jī)控制邏輯的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造。DCS方面增加變頻畫面，對變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程的啟動、急停，顯示變頻器待機(jī)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、輕故障、重故障、遠(yuǎn)程控制、倒閘及接觸器分合狀態(tài)、以及頻率和電流指令和反饋。在變頻模式下，順控起停、事故連鎖、協(xié)調(diào)控制等均作了相應(yīng)修改，以滿足工頻及變頻情況均滿足運(yùn)行工況。
2.4冷卻方案
變頻器的工作是個整流再到逆變的過程，其中電子功率器件本身要發(fā)熱，會使溫度上升，并威脅設(shè)備本身的安全。要使變頻器正常的運(yùn)行，冷卻的問題非常重要。經(jīng)過各種方案的對比和研究。最終選擇了自然風(fēng)冷的方案，變頻器柜頂引出一總風(fēng)道，通過柜頂風(fēng)機(jī)將熱空氣不斷排向室外。同時屋內(nèi)安裝兩臺立式空調(diào)冷卻室溫。另一方面，為解決屋內(nèi)負(fù)壓問題，在室內(nèi)墻角開了通風(fēng)孔，并安裝濾網(wǎng)進(jìn)行防塵。此種方案保證了變頻室室溫保持在30攝氏度以下，功率元件散熱良好，運(yùn)行一年時間內(nèi)未出現(xiàn)模塊故障情況，但由于室外環(huán)境較差，通風(fēng)量較大，防塵工作無法做到完善，所以室內(nèi)衛(wèi)生需要經(jīng)常清理。
三、變頻器技術(shù)介紹
3.1 變頻器技術(shù)參數(shù)
本次變頻改造選用北京利德華福高壓變頻器HARSVERT-A06/330。
變頻器參數(shù)
型號：HARSVERT-A06/330
出廠編號：09022-O1C/D
輸入電壓：6300V
輸出電壓：6000V
額定電流：330A
額定功率：2800kW
功率因數(shù)：0.95
生產(chǎn)廠家：北京利德華福電氣技術(shù)有限公司
電動機(jī)參數(shù)
型號：YKK800－8
額定電壓：6000V
額定電流：329A
額定功率：2800kW
功率因數(shù)：0.85
額定頻率：50Hz
現(xiàn)場變?yōu)l器安裝圖
該變頻調(diào)速系統(tǒng)有15個功率單元，每5個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。每個功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，單元內(nèi)部為交一直一交整流逆變電路。輸入側(cè)為二極管三相全橋構(gòu)成30脈沖整流方式，輸出側(cè)通過lGBT逆變。一次回路中的移相變壓器通過移相疊加能夠消除對網(wǎng)側(cè)的諧波干擾，移相變壓器的副邊繞組分為三組，分別給輸出的A、B、C蘭相模塊供電，模塊輸出PWM波形，多電平串聯(lián)疊加，輸出正弦性很好的波形到電機(jī)。
控制器核心由DSP(數(shù)字信號處理器)來實(shí)現(xiàn)，控制器內(nèi)包括一臺內(nèi)置PLC，用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理，控制器與功率單元之間采用光纖通訊，低壓部分與高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有安全性，同時具有抗電磁干擾性能。
3.2變頻器具有的優(yōu)點(diǎn)
北京利德華福技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A高壓變頻器具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)采用先進(jìn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與輸入變壓器副邊多級繞組移相整流技術(shù)，減少了輸出側(cè)的電流諧波，提高了功率因
數(shù)。解決了對電網(wǎng)的諧波污染。無需增加任何濾波或功率因數(shù)的補(bǔ)償。
(2)電動機(jī)實(shí)現(xiàn)了真正的軟啟動、軟停車，變頻器提供給電機(jī)的無諧波干擾的正弦波電流，峰值電流和峰值時
間大為減少，可消除對電網(wǎng)和負(fù)載的沖擊，避免產(chǎn)生操作過電壓而損傷電機(jī)絕緣，延長了電動機(jī)和風(fēng)機(jī)、泵的使用壽命.:.同時，變頻器設(shè)置共振點(diǎn)跳轉(zhuǎn)頻率，避免了風(fēng)機(jī)、水泵處于共振點(diǎn)運(yùn)行的可能性，使風(fēng)機(jī)、水泵工作平穩(wěn)，軸承磨損減少，啟動平滑。消除了機(jī)械的沖擊力，提高了設(shè)備的使用壽命。
(3)變頻器自身保護(hù)功能完善，同原來繼電保護(hù)比較，保護(hù)功能更多，更靈敏，瞬間過流保護(hù)(超過200%額定
電流峰值) 10us動作，有效過流保護(hù)(150%額定電流)3s動作，過載保護(hù)(120%額定電流) 1 min動作，大大加強(qiáng)了對電動機(jī)的保護(hù)。
(4)采用變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)了擋板、閥門全開，減少了擋板、閥門節(jié)流損失，且能均勻調(diào)速，節(jié)約了大量的電能，具有顯著的節(jié)電效果。
(5)由于電機(jī)降低速度運(yùn)行以及工作在高效率區(qū)，電機(jī)的溫升和軸承溫升下降明顯，延長了風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的使用
壽命。
(6)低負(fù)荷下轉(zhuǎn)速降低，減少了機(jī)械部分的磨損和振動，延長了風(fēng)機(jī)大修周期，可節(jié)省大量的檢修費(fèi)用。
四、改造后運(yùn)行情況
4 .1變頻器運(yùn)奄予晴況
運(yùn)行一年多的時間里，變頻器本身沒有出現(xiàn)過的故障，也未出現(xiàn)過誤發(fā)報(bào)警情況。單片機(jī)、PLC及光纖通訊均運(yùn)行正常，功率模塊一年內(nèi)未出現(xiàn)過故障。
4.2風(fēng)機(jī)及電機(jī)運(yùn)行情況
改造后風(fēng)機(jī)及電機(jī)沒有做更換，電機(jī)從OHz啟動后自動升至15Hz，然后根據(jù)指令進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，沒有了原來工頻啟動時的5一一8倍額定電流的沖擊，很大程度的減小了對6KV廠用系統(tǒng)的沖擊和無功損耗。電機(jī)的長期運(yùn)行并不在滿負(fù)荷狀態(tài)，而是在30Hz到40Hz之間，運(yùn)行電流遠(yuǎn)小于工頻運(yùn)行電流，運(yùn)行電壓也遠(yuǎn)小于工頻時的6KV電壓，這將減小電機(jī)絕緣的老化，延長電機(jī)的壽命。
由于轉(zhuǎn)速的降低。電機(jī)和風(fēng)機(jī)軸承的磨損程度也大大降低，導(dǎo)葉在變頻情況基本也變成了零磨損，這使得風(fēng)機(jī)和電機(jī)的維護(hù)工作量減小，維護(hù)周期相應(yīng)變長。節(jié)約了維護(hù)費(fèi)用。
風(fēng)機(jī)運(yùn)行中出口擋板處于全開狀態(tài)，減小了風(fēng)的阻力損耗，同時延長了擋板的使用壽命，也降低了對擋板的維護(hù)成本。電機(jī)工作頻率一般在30Hz到40Hz之間，未出現(xiàn)共振以及風(fēng)道振動過大情況，風(fēng)機(jī)與電機(jī)運(yùn)行情
況良好，同時與工頻運(yùn)行相比，降低了現(xiàn)場的噪聲污染。
五、節(jié)能效果
風(fēng)機(jī)的變頻改造最終目的在于節(jié)能降耗，改造后，對兩臺引風(fēng)機(jī)進(jìn)行了一年的運(yùn)行觀察。對比改造前后的生產(chǎn)報(bào)表，得出以下表格。
節(jié)電率：(84657.5－55479.45)/84657.5=34.47%
節(jié)約電費(fèi)：1065x0.24=255.6萬元
節(jié)約標(biāo)煤：1065x10000x 0.325/1000-=3461.25噸
SO2減排：3461.25x1.18%x2x0.8(1-90%)=6.53噸(脫硫綜合效率為90%)
備注：a.節(jié)約1 KWh電量=節(jié)約325g標(biāo)煤。
b. 1.18%-入爐煤收到基硫份；2一S變成SO2的系數(shù)；0.8一煤中硫的轉(zhuǎn)化率。
通過上述表格得出四臺引風(fēng)機(jī)的變頻改造結(jié)果是年節(jié)電約10萬kwH,每度電按0.24元計(jì)算，每年大約節(jié)約255.6萬元，而一次性改造的費(fèi)用為731.07萬元，三年即可收回成本，而變頻器一般使用壽命在10年左右，由此可見，變頻改造的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益是非常可觀的，而且在機(jī)組投運(yùn)之初就進(jìn)行變頻改造是明智的。
六、結(jié)論
全廠共4臺引風(fēng)機(jī)的變頻改造，是公司的一項(xiàng)重要改造項(xiàng)目，也是機(jī)組投運(yùn)后第一次進(jìn)行變頻改造.，在能源緊張、火電企業(yè)利潤空間逐漸變小的大環(huán)境下，變頻改造有著重要的意義。通過改造后的數(shù)據(jù)，可見其經(jīng)濟(jì)效果顯著，切實(shí)節(jié)約了能源、增加了效益。
邁出了變頻改造的第一步后，隨后進(jìn)行了熱網(wǎng)系統(tǒng)五臺熱網(wǎng)循環(huán)泵的變頻改造。既降低了廠用電率，又優(yōu)化了運(yùn)行工況。
目前，公司正著手于下一步4臺一次風(fēng)機(jī)的變頻改造，變頻技術(shù)將得到進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。
