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1前言
    隨著電力工業(yè)的迅猛發(fā)展，電力的供需矛盾逐步得到了緩解，同時(shí)隨之而來的是電網(wǎng)的峰谷差越來越大，大機(jī)組的調(diào)峰任務(wù)加重。隨著國電公司的改革深入，各電廠競價(jià)上網(wǎng)成為必然趨勢，因此，提高機(jī)組自動(dòng)化水平、節(jié)能降耗工作成為各電廠需要解決的當(dāng)務(wù)之急，減少廠用電以降低成本為火電廠所重視，科技進(jìn)步和變頻技術(shù)的發(fā)展使中壓變頻器在火電廠的應(yīng)用逐步增多。本文通過介紹湖北黃石發(fā)電股份有限公司＃209爐甲側(cè)送風(fēng)機(jī)變頻改造項(xiàng)目（湖北電網(wǎng)第一臺6kV電機(jī)變頻改造項(xiàng)目），說明中壓變頻技術(shù)在電廠應(yīng)用的可行性和產(chǎn)生的效益。

2送風(fēng)機(jī)變頻改造情況

    2.1改造前狀況湖北黃石發(fā)電股份有限公司前身為黃石電廠，始建于1945 年，＃209機(jī)組（200MW）于1993年三期擴(kuò)建時(shí)投產(chǎn)，由于調(diào)峰任務(wù)重，常帶140MW～180MW負(fù)荷運(yùn)行。該機(jī)組配置兩臺AL－R252離心式送風(fēng)機(jī)，靠調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)擋板來控制鍋爐進(jìn)風(fēng)量，以適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷變化。當(dāng)機(jī)組在額定負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)效率較為理想，但當(dāng)機(jī)組降負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，一部分功率被消耗在擋板上，且機(jī)組負(fù)荷越低，消耗在擋板上的功率越大，從而使風(fēng)機(jī)效率隨機(jī)組負(fù)荷降低而迅速下降。

     該系統(tǒng)在運(yùn)行過程中還存在一些其它問題：

    （1）擋板動(dòng)作遲緩，手動(dòng)時(shí)運(yùn)行人員操作不靈活，而且操作不當(dāng)會造成送風(fēng)機(jī)振動(dòng)，投自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，很難滿足最佳調(diào)節(jié)品質(zhì)；

    （2）送風(fēng)機(jī)擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障較多，不能適應(yīng)長期頻繁調(diào)節(jié)，使送風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)一直不能正常投入自動(dòng)運(yùn)行；

    （3）送風(fēng)電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，采用直接啟動(dòng)方式，啟動(dòng)電流為額定電流的5～7倍，電機(jī)受到的機(jī)械、電氣沖擊較大，經(jīng)常發(fā)生轉(zhuǎn)子籠條斷裂事故；

   （4）電機(jī)容量比送風(fēng)機(jī)額定出力大，多余容量不能利用，浪費(fèi)了電能；

   （5）擋板受沖擊較嚴(yán)重。

    為此，決定對甲側(cè)送風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，利用電機(jī)變頻調(diào)速方法實(shí)現(xiàn)送風(fēng)量控制，達(dá)到節(jié)能和實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制的目的。

2.2改造方案簡介

    ＃209爐甲側(cè)送風(fēng)電機(jī)為普通國產(chǎn)電機(jī)，主要參數(shù)如下：型號為YKK630－6，額定功率為1250kW，6極，額定電壓為6kV，額定電流為145A，額定頻率為50Hz，額定轉(zhuǎn)速為985r/min，絕緣等級為F級。

    2002年3月初完成了＃209爐甲側(cè)送風(fēng)機(jī)變頻改造項(xiàng)目，在電機(jī)與開關(guān)之間增加了一套中壓變頻裝置，并保留了原有工頻回路做旁路。改造后系統(tǒng)由四大部分組成：中壓變頻器、隔離變壓器、電機(jī)和開關(guān)，電氣接線圖如圖1所示。

 圖中，PF7000變頻器為羅克韋爾自動(dòng)化公司（Rockwell Automation）生產(chǎn)的Powerflex7000中壓變頻器，它是該系統(tǒng)的核心。該變頻器為電流型，整流器為18脈沖，輸入電壓6kV，輸出電壓 0～6kV，該產(chǎn)品利用CSI－PWM的成熟技術(shù)，采用新一代功率器件——SGCT，功率結(jié)構(gòu)模塊化，具有輸入、輸出波形好、可以實(shí)現(xiàn)能量反饋給6kV母線、可靠性高、使用簡單和維護(hù)方便等特點(diǎn)。隔離變壓器為18脈沖、1750kVA干式變壓器，主要起移相作用（次級線圈三個(gè)繞組，一組三角形接法，另兩組延邊三角形接法產(chǎn)生20o相移）。隔離變壓器的保護(hù)由進(jìn)線開關(guān)完成，PF7000變頻器配置的保護(hù)有過電壓、過電流、欠電壓、缺相保護(hù)、短路保護(hù)、超頻保護(hù)、功率模塊的過熱保護(hù)、瞬時(shí)停電保護(hù)等，電機(jī)的保護(hù)由變頻器承擔(dān)，包括過載、短路、接地和堵轉(zhuǎn)等。

    PF7000 變頻器人機(jī)接口為PanelView-550操作員終端（40字符/16行LCD），變頻器的狀態(tài)、輸入輸出變量、自診斷結(jié)果、故障報(bào)警等信息均可顯示在屏幕上，通過終端上的鍵盤可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及工作方式的組態(tài)。變頻器與＃209機(jī)組DCS系統(tǒng)配合完好：變頻器提供24個(gè)DI、DO點(diǎn)，其中16個(gè)DI、 DO可軟件設(shè)置其內(nèi)容，DI用于接受現(xiàn)場或DCS系統(tǒng)的操作指令，DO可將變頻器狀態(tài)及故障報(bào)警信號送給現(xiàn)場或DCS系統(tǒng)，DI、DO還用于與控制設(shè)備之間的互鎖控制；變頻器還提供4～20mAAI和AO接口，用于速度、電流、電壓、功率等變量信號的顯示和監(jiān)控。
   由于采用18 脈沖整流，可對17次以下的高次諧波進(jìn)行有效的抑制，總體諧波畸變THD小于4％，滿足IEEE-519-1992及GB/145493-93諧波標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，不需加濾波環(huán)節(jié)。逆變采用CSI－PWM技術(shù)，輸出無dv/dt及di/dt的產(chǎn)生，輸出電壓、電流波形非常接近正弦波，可直接帶普通國產(chǎn)電機(jī)運(yùn)行。
3送風(fēng)機(jī)變頻改造效益分析
   交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法，可從以下公式分析
n＝（60f/P）×（1－S） r/min
式中n-----電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
f-----電動(dòng)機(jī)定子供電頻率
P-----電動(dòng)機(jī)極對數(shù)
S-----電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率
    由上式可知，如果均勻地改變電動(dòng)機(jī)定子供電頻率，可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，實(shí)際上，在改變供電頻率的同時(shí)，還需要維持電機(jī)磁通恒定，即保持電動(dòng)機(jī)的輸出力矩不變，因此，在電動(dòng)機(jī)調(diào)速過程中，應(yīng)保持定子供電電壓和頻率的比值U/f為一定值。改變頻率的調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差率基本不變、同步轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)理想轉(zhuǎn)速同步變化條件下的調(diào)速。所以，變頻調(diào)速的調(diào)速精度、功率因數(shù)和效率都較高，容易實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制。
    根據(jù)風(fēng)機(jī)相似定律：Ng/Nb＝（ng/nb）3，功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的立方成正比，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，風(fēng)機(jī)所消耗的電功率按3次方比例關(guān)系下降。在機(jī)組低負(fù)荷情況下，對風(fēng)量的需求相對較少，例如，要求風(fēng)量在80％的情況下，采用變頻控制時(shí)，電機(jī)消耗的功率＝（80％）3≈50％，而采用擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)，電機(jī)消耗的功率約為90％，能量流失嚴(yán)重。由此可見，采用變頻調(diào)節(jié)后，入口擋板全開，幾乎消除了擋板節(jié)流阻力，節(jié)能效果明顯。
3.1理論計(jì)算
    主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下：電機(jī)功率為1250kW，電機(jī)效率為95％，cos?＝0.85，變頻系統(tǒng)（含隔離變壓器、PF7000變頻器）效率不低于96.5％，在滿負(fù)荷時(shí)，變頻系統(tǒng)功率因數(shù)≥0.96。根據(jù)湖北電網(wǎng)火電機(jī)組的實(shí)際情況（調(diào)峰力度大，機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)低），設(shè)年運(yùn)行小時(shí)數(shù)為5000小時(shí)，電價(jià)0.3元/度。
 
    下面在風(fēng)門開度分別為90％、80％、70％和60％的情況下進(jìn)行效益分析。
（1）擋板控制風(fēng)量時(shí)：
① 風(fēng)門開度為90％時(shí)，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，電流為120A左右；
② 風(fēng)門開度為80％時(shí)，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，電流為113A左右；
③ 風(fēng)門開度為70％時(shí)，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，電流為109A左右；
④ 風(fēng)門開度為60％時(shí)，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，電流為107A左右；
P90＝√3UI cos?/η＝1.732×6×120×0.85/0.95＝1116kW
P80＝√3UI cos?/η＝1.732×6×113×0.85/0.95＝1051kW
P70＝√3UI cos?/η＝1.732×6×109×0.85/0.95＝1013kW
P60＝√3UI cos?/η＝1.732×6×107×0.85/0.95＝995kW
（2）變頻調(diào)速控制風(fēng)量時(shí)：
P90＝PN×（Q％）3/ηMV＝1250×0.93/0.965＝944kW
P80＝PN×（Q％）3/ηMV＝1250×0.83/0.965＝663kW
P70＝PN×（Q％）3/ηMV＝1250×0.73/0.965＝443kW
P60＝PN×（Q％）3/ηMV＝1250×0.63/0.965＝280kW
（3）每年效益：
P90＝（1116－944）×5000×0.3＝25.8萬元
P80＝（1051－663）×5000×0.3＝58.2萬元
P70＝（1013－443）×5000×0.3＝85.5萬元
P60＝（995－280）×5000×0.3＝107.25萬元
3.2實(shí)測數(shù)據(jù)
風(fēng)門開度 90％ 80％ 70％ 60％
變頻容量（kW） 952.3 670.2 451.8 298.2
實(shí)測擋板容量（kW） 1054.01 1032.25 1010.53 1002.32
每年效益（萬元） 15.26 54.31 83.81 105.62
備注：年運(yùn)行小時(shí)數(shù)按5000小時(shí)計(jì)算，電價(jià)按0.3元/度計(jì)算

3.3改造前后送風(fēng)單耗比較
   2002年3月份＃209爐送風(fēng)機(jī)單耗為2.02千瓦時(shí)/噸汽，在甲側(cè)送風(fēng)機(jī)變頻改造前的相同工況下，送風(fēng)單耗為3.33千瓦時(shí)/噸汽，3月份鍋爐累計(jì)蒸發(fā)量251460噸汽，全月節(jié)電量為251460×（3.33－2.02）＝329412.6千瓦時(shí)，3月份＃209機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)間為20天，平均負(fù)荷為175.8MW，平均節(jié)電量為1.647萬度/天，＃209機(jī)組按每年運(yùn)行5000小時(shí)（約208天）計(jì)算，每度電按0.30元計(jì)算，每年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益102.77萬元。
 
    甲側(cè)送風(fēng)機(jī)變頻改造后，乙側(cè)送風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)擋板一直保持全開，鍋爐進(jìn)風(fēng)量主要靠甲側(cè)風(fēng)機(jī)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，乙側(cè)風(fēng)機(jī)的效率總是保持在較高水平，這樣，兩臺送風(fēng)機(jī)的總體效率大大提高了。通過理論計(jì)算、實(shí)測數(shù)據(jù)和送風(fēng)單耗三種方式進(jìn)行分析，雖然結(jié)果有所差異，但從總體上可看出，該項(xiàng)目的節(jié)能效果非常明顯。
4結(jié)束語
    該項(xiàng)目的最大意義是節(jié)能，采用變頻器控制進(jìn)行驅(qū)動(dòng)后，與原調(diào)節(jié)風(fēng)量的方式相比，風(fēng)機(jī)效率穩(wěn)定在一個(gè)較理想的范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的能耗大大降低，特別是機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，效果更顯著。采用變頻調(diào)速后，提高了機(jī)組自動(dòng)裝置的穩(wěn)定性，為優(yōu)化燃燒、提高鍋爐效率提供了可靠保證。
中壓變頻器由于節(jié)能效果顯著，在電力系統(tǒng)中已開始推廣，采用變頻調(diào)速后， 改善了電機(jī)的啟動(dòng)性能，電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，有效地減少了轉(zhuǎn)子籠條斷裂故障，延長了電機(jī)，特別是轉(zhuǎn)子鼠籠條的壽命，這是因?yàn)殡姍C(jī)直接啟動(dòng)的電流約為額定電流的5～7倍，啟動(dòng)時(shí)間約為10秒左右，對電機(jī)的沖擊很大。另外，變頻調(diào)速時(shí)擋板全開，可減少風(fēng)道的振動(dòng)與磨損，提高機(jī)械壽命。總之，中壓變頻裝置節(jié)能效果好、技術(shù)先進(jìn)、使用成熟、性能可靠，是理想的節(jié)能項(xiàng)目。
(來源:能動(dòng)信息網(wǎng))