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1引言

陜西某火力發(fā)電有限公司有300MW循環(huán)流化床機組，于2015年8正式投產(chǎn)發(fā)電。鍋爐采用1057t/h亞臨界循環(huán)流化床鍋爐，相比傳統的煤粉鍋爐，具有燃燒效率高、負荷適應范圍廣、低溫燃燒具有脫硫脫硝功能等優(yōu)點(diǎn)。

電廠(chǎng)的發(fā)電負荷根據用電和用汽要求，通常在額定負荷的50%～100%之間進(jìn)行調整、變化。發(fā)電機輸出功率的變化，鍋爐系統相關(guān)設備也要隨著(zhù)負荷的變化作相應的調整。鍋爐的送風(fēng)量相應變化，一二次風(fēng)機出力調整通過(guò)液力耦合器調節。液力耦合器傳動(dòng)效率低、維護保養成本高，特別是在低負荷運行時(shí)，電動(dòng)機輸出功率有大量的能耗損失。同時(shí)異步電動(dòng)機在啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流一般達到電動(dòng)機額定電流的5～8倍，對電動(dòng)機、動(dòng)力電纜造成較大沖擊，對廠(chǎng)用電系統穩定運行也有一定的影響，同時(shí)強大的沖擊轉矩和沖擊電流，縮短了電動(dòng)機和機械的使用壽命。通過(guò)大量應用表明，應用高壓變頻調速裝置來(lái)改變電機轉速，滿(mǎn)足不同負載的工藝要求，是解決以上矛盾的有效手段。

為了降低廠(chǎng)用電率，減少機組運行成本，提升自動(dòng)化控制，該電廠(chǎng)領(lǐng)導決定對發(fā)電機組鍋爐輔機一次風(fēng)機、二次風(fēng)機進(jìn)行變頻改造。經(jīng)過(guò)招投標，決定采用新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的2800kW/6kV（2套）、3600kW/6kV（2套）高壓變頻器分別拖動(dòng)一次風(fēng)機和二次風(fēng)機。改造取得了成功。

2改造現場(chǎng)電機、液偶參數

2.1 一次風(fēng)機主要技術(shù)參數

2.2二次風(fēng)機主要技術(shù)參數

3節能原理

該機組一次風(fēng)機、二次風(fēng)機采用離心風(fēng)機，但實(shí)際運行效率并不高，其主要原因之一是風(fēng)機的調節性能差，二是運行點(diǎn)遠離風(fēng)機的最高效率點(diǎn)。火電機組的一次風(fēng)機、二次風(fēng)機的風(fēng)量裕度分別為5%和7％左右，風(fēng)壓裕度分別為10%和13％左右。這是因為在設計過(guò)程中，很難準確地計算出管網(wǎng)的阻力，并考慮到長(cháng)期運行過(guò)程中可能發(fā)生的各種問(wèn)題，所以把系統的最大風(fēng)量和風(fēng)壓富裕量作為選擇風(fēng)機型號的設計值。但風(fēng)機的型號和系列是有限的，選用不到合適的風(fēng)機型號，只好往大機號上靠。這樣，機組一次風(fēng)機、二次風(fēng)機的風(fēng)量和風(fēng)壓富裕度是比較大的。

該機組風(fēng)機的風(fēng)量與風(fēng)壓的富裕度以及機組的調峰運行，導致風(fēng)機的運行工況點(diǎn)與設計高效點(diǎn)相偏離，從而使風(fēng)機的運行效率大幅度下降。可見(jiàn)，一次風(fēng)機、二次風(fēng)機的用電量中，很大一部分是，因風(fēng)機的型號與管網(wǎng)系統的參數不匹配及調節方式不當，而被調消耗掉的。因此，改進(jìn)離心風(fēng)機的調節方式是提高風(fēng)機效率，降低風(fēng)機耗電量的有效途徑。

表3通過(guò)大量的工程案例獲得的葉片式風(fēng)機在不同的流量和調節方式下的電量情況數據。

從節能的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，變頻調節方式為目前較佳調節方式，優(yōu)于液力耦合器調速。風(fēng)機采用變頻調速驅動(dòng)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(gè)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(jìn)一步節約能源。同時(shí)，采用變頻調節以后，可以有效地減輕葉輪和軸承的磨損，延長(cháng)設備使用壽命，降低噪聲，大大改善起動(dòng)性能。工藝條件的改善也能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。

4風(fēng)光牌JD-BP37系列高壓變頻系統技術(shù)參數

風(fēng)光牌JD-BP37系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無(wú)速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標遠小于IEEE519-1992的諧波標準，輸入功率因數高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，可以使用普通的異步電機。此次改造采用的風(fēng)光牌JD-BP37-2800/3600F高壓變頻器技術(shù)參數如表4所示。

5變頻改造控制方案

5.1方案簡(jiǎn)述

該機組主要改造的分別是兩臺一次風(fēng)機(A、B側)、兩臺二次風(fēng)機(A、B側)。為保證電廠(chǎng)鍋爐系統和操作的安全性，變頻器采用工變頻手動(dòng)轉換機型。

高壓變頻調速系統控制系統具有就地監控和遠方監控兩種方式現場(chǎng)可選。在就地監控方式下，通過(guò)變頻裝置上的觸摸式鍵盤(pán)和按鈕操作、控制器的LCD/LED顯示，可進(jìn)行就地人工啟動(dòng)、停止變頻裝置，可以調整轉速、頻率，就地控制窗口采用中文操作界面，功能設定、參數設定等均采用中文。在遠方監控方式下，可通過(guò)自動(dòng)控制系統（DCS）及手動(dòng)操作器進(jìn)行操作，操作簡(jiǎn)單，并具備頻率、電機電流、電壓、頻率等參數的實(shí)時(shí)顯示及開(kāi)、停等故障顯示功能。

高壓變頻調速系統具有完善的自診斷和保護功能，具有輸入過(guò)壓、欠壓、過(guò)流保護，輸出相間短路、過(guò)流、單相接地、過(guò)載、過(guò)熱、IGBT擊穿或短路、單元故障、瞬時(shí)停電保護等保護并能聯(lián)跳輸入側進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)，保護性能符合國家有關(guān)標準的規定。變頻裝置還能提供電動(dòng)機所需的過(guò)載、過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、熱積累、缺相等保護。變頻裝置內任何部分發(fā)生嚴重故障時(shí)，具有及時(shí)動(dòng)作的保護功能，不會(huì )對電網(wǎng)和負載設備造成沖擊和損壞。

5.2 液力耦合器的改造

將鍋爐一、二次風(fēng)機原有液力偶合器整體拆除，電動(dòng)機前移，新設計加工一套聯(lián)軸器，使電動(dòng)機與風(fēng)機連接；拆除原有工作油泵及其管路系統，新設計增加油站系統及油泵電源控制系統。

液力耦合器改造前后的現場(chǎng)如圖1、圖2所示。

圖1液力耦合器改造前

圖2液力耦合器改造后

5.3變頻器散熱方案

在鍋爐風(fēng)機系統節能改造方案中，高壓變頻器屬于大型電子設備，使用了移相隔離變壓器及大功率高頻開(kāi)關(guān)元件，這部分熱量占到2-3%左右，如果不采取措施妥善處理，可能會(huì )使變頻器運行環(huán)境溫度過(guò)高，影響變頻器的正常運行。為了使變頻器能長(cháng)期穩定和可靠地運行，變頻器安裝空-水冷裝置進(jìn)行冷卻。

（1）空-水冷卻系統的工作原理

空-水冷卻系統是一種有效、節能、環(huán)保的冷卻系統，其應用技術(shù)在國內處于較先進(jìn)地位。在高壓大功率變頻應用中得到了廣泛的推廣應用。該系統由于其采用完全機械結構設計，較空調等電力、電子設備而言具有明顯的安全可靠性。

空-水冷卻器的技術(shù)條件：

進(jìn)水溫度：≤33℃

工作水壓：0.25MPa

出風(fēng)溫度：≤40℃

耗水量：降低1KWh所產(chǎn)生的熱量約需水量0.2～0.4m3/h。如圖3、4所示。

圖3 空-水冷裝置工作原理示意圖

圖4空-水冷卻系統結構原理圖

（2）系統安全性

設備整體安裝于高壓變頻器室墻外，采用風(fēng)道與變頻器的柜頂排氣口直接連接，提高了冷卻器的設備運行效率，能夠對變頻器排出的熱氣直接降溫處理。同時(shí)，避免冷卻水管線(xiàn)在高壓室內布局出現破裂后漏水危及高壓設備運行安全的嚴重事故發(fā)生。在空-水冷系統的設計當中，為了防止空冷器出口側凝露使冷風(fēng)帶水排入室內，對空-水冷系統的風(fēng)壓、風(fēng)速等指標進(jìn)行設計計算，保證良好的排壓情況下，運行安全穩定。另外，為防止空冷器漏水后進(jìn)入室內，在空冷器的出口側設置了淋水板，當漏水或有積水時(shí)，可以直接排向室外。同時(shí)，變頻器提供風(fēng)機、空冷器的故障報警檢測點(diǎn)，并通過(guò)綜合報警信號遠傳至DCS。完整的冷卻系統解決方案，有效降低了輔助系統的故障率以及對主要設備的運行安全影響程度。

5.4 頻系統改造主回路

一次風(fēng)機、二次風(fēng)機變頻系統改造主回路如圖5所示。

圖5變頻器旁路柜原理圖

主回路如圖5所示，一次風(fēng)機、二次風(fēng)機改造采用“一拖一”手動(dòng)旁路。旁路柜在變頻器進(jìn)、出線(xiàn)端增加了三個(gè)隔離刀閘，以便在變頻器退出而電機運行于旁路時(shí)，能安全地進(jìn)行變頻器的故障處理或維護工作。

當風(fēng)機變頻運行時(shí)，在DCS界面上調節風(fēng)機頻率去調整電機轉速，從而達到調節流量和風(fēng)量的目的。當變頻器故障或檢修，可選擇手動(dòng)方式切換至工頻運行。

6 風(fēng)機變頻改造效果

6.1節能計算

陜西某火力發(fā)電廠(chǎng)該爐變頻改造工程于2018年10月下旬一次成功投運，至今運行正常，改造達到了預期目的。高壓變頻器現場(chǎng)運行如圖6所示。

圖6高壓變頻器現場(chǎng)運行

6.1.1風(fēng)機工頻運行數據

風(fēng)機工頻運行數據（液耦調速）如表5所示。

6.1.2風(fēng)機變頻運行數據

風(fēng)機變頻運行數據如表6所示。

6.1.3  直接經(jīng)濟效益

由表7可知，一次風(fēng)機、二次風(fēng)機使用4臺高壓變頻調速改造后，與液力耦合調節相比較，經(jīng)計算，按發(fā)電價(jià)0.2元/kW?h，設備年運行6000h計算，4臺變頻器全年共節約280萬(wàn)元。

6.2其他效果

（1）風(fēng)機變頻改造后，電機實(shí)現了真正的軟啟動(dòng)，消除了對電網(wǎng)和負載的沖擊，避免產(chǎn)生操作過(guò)電壓而損傷電機絕緣，延長(cháng)了電動(dòng)機和風(fēng)機的使用壽命。

（2）采用變頻調節，節省了液力偶合能量損耗，且能均勻調速，滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，節約大量的電能。

（3）低負荷下轉速降低，減少了機械部分的磨損和振動(dòng)，延長(cháng)了風(fēng)機大修周期，從而節省了大量的檢修費用。

（4）具有控制精度高、抗干擾能力強、諧波含量小的特點(diǎn)，且有完善的保護功能，有利于電動(dòng)機和風(fēng)機的安全運行。

7結束語(yǔ)

高壓變頻器在陜西某火力發(fā)電廠(chǎng)該機組輔機的調速改造中應用是成功的。高壓變頻器的先進(jìn)性、可靠性已得到許多工業(yè)應用的證實(shí)。在各行各業(yè)，對于許多高壓大功率的風(fēng)機水泵設備推廣和采用高壓變頻調速技術(shù)，不僅可以取得相當顯著(zhù)的節能效果，而且也得到國家產(chǎn)業(yè)政策的支持。