隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，資源約束的矛盾日益凸顯，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，進(jìn)行節(jié)能降耗技術(shù)改造，已成為各發(fā)電企業(yè)的積極努力的方向。本文詳細(xì)介紹了中電投某電廠(chǎng)引風(fēng)機(jī)變頻改造設(shè)計(jì)與運(yùn)行情況，并對(duì)改造后的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析。運(yùn)行結(jié)果證明在火電廠(chǎng)輔機(jī)中利用高壓變頻技術(shù)具有卓越的技術(shù)性能和顯著的經(jīng)濟(jì)效益，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
一、概述：
發(fā)電廠(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)用電動(dòng)機(jī)的耗電量占廠(chǎng)用電的80%左右。由于電力體制改革中廠(chǎng)網(wǎng)分開(kāi)、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)等事物的出現(xiàn)，電廠(chǎng)的發(fā)電煤耗、廠(chǎng)用電率已成為發(fā)電廠(chǎng)考核的重要指標(biāo)，直接關(guān)系到電廠(chǎng)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(chǎng)用電和發(fā)電成本，因此選擇合適的高壓廠(chǎng)用電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)成為電廠(chǎng)節(jié)能工作的當(dāng)務(wù)之急。
二、變頻器調(diào)速節(jié)能原理
異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與頻率f、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率s、電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)p有以下關(guān)系：
N＝60f(1-s)/p
由以上公式可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出功率也會(huì)發(fā)生變化，n與f之間呈線(xiàn)性關(guān)系，當(dāng)f在0～50Hz變化時(shí)，轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍是非常寬的。當(dāng)負(fù)荷變化而引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，則輸出功率也隨之遞減，而變頻器就能較好的解決這一問(wèn)題，達(dá)到節(jié)能的目的。
三、改造方案
2015年7月托中電投某電廠(chǎng)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。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，選用深圳英威騰電器股份有限公司生產(chǎn)的GD5000-A3150-06-S系列高壓變頻器，該裝置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。2015年8月新系統(tǒng)全部投入運(yùn)行。
圖1 功率單元原理圖
四、系統(tǒng)運(yùn)行工藝描述
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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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。
圖2 改造后的一次回路圖
五、調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及改善措施：
?。?）在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)速指令信號(hào)丟失后變頻器沒(méi)有維持電動(dòng)機(jī)原有的轉(zhuǎn)速現(xiàn)象，針對(duì)該問(wèn)題調(diào)整了變頻器的控制部分，問(wèn)題得到了有效的解決。
?。?）將控制變頻器的變壓器的溫度報(bào)警上傳至DCS界面，有效的實(shí)現(xiàn)了變壓器的超溫監(jiān)視。
（3）為解決變頻器小間在夏季溫度過(guò)高問(wèn)題，中電投某電廠(chǎng)引風(fēng)機(jī)變頻器小間冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采用了風(fēng)道室外循環(huán)冷卻方式（如圖3所示），此設(shè)計(jì)大大降低了空調(diào)的使用率，目前變頻裝置不需空調(diào)冷卻運(yùn)行，即可滿(mǎn)足變頻裝置運(yùn)行要求，從而更加提高變頻裝置使用的節(jié)能效果。
?。?）為保證在部分功率單元損壞的情況下，變頻器仍可正常運(yùn)行，設(shè)置了功率單元一級(jí)功能旁路，當(dāng)變頻器的一組功率單元發(fā)生故障的情況下仍能正常運(yùn)行。
六、節(jié)能改造后的經(jīng)濟(jì)效益分析
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
七、結(jié)束語(yǔ)
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。
作者簡(jiǎn)介：深圳市英威騰電氣股份有限公司 技術(shù)支持工程師 王建祥
參考文獻(xiàn)：
【1】深圳市英威騰電氣股份有限公司 《GD5000系列高壓變頻器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)》
【2】黃威、 黃禹 《變頻器的節(jié)能與改造》化學(xué)工業(yè)出版社 2011-03出版
