摘 要：本文介紹了高壓變頻器在300MW循環(huán)流化床鍋爐一次風機上的應用，通過風機變頻調(diào)速改造，實現(xiàn)降低廠用電，降低噪音，減小風道振動。

關鍵詞：鍋爐；一次風機；變頻改造；節(jié)能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.065

0 引言

火力發(fā)電廠輔機的經(jīng)濟運行，關系著廠用電率的高低。火電廠鍋爐風機，特別是一次風機在運行中普遍存在能耗高、噪音大、風道振動的問題，尤其是循環(huán)流化床鍋爐更為顯著。

1 設備概況

遼寧調(diào)兵山煤矸石發(fā)電有限責任公司2*300MW機組為上海鍋爐廠制造的大型循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐型號SG-1065/17.5-M804。風煙系統(tǒng)采用雙引風機、雙一次風機、雙二次風機布置。一次風機采用入口擋板調(diào)節(jié)控制風量，即使?jié)M負荷運行，一次風機入口擋板開度也不到30%，風機全速運行，大量的能量消耗在節(jié)流損失中，并且風機運行時風道振動和噪音很大，為解決上述問題，經(jīng)反復調(diào)研論證，選用東方日立（成都）電控設備有限公司的HI系列高壓變頻器，對#1、2爐一次風機進行變頻改造，以實現(xiàn)降低廠用電，提高風機效率，降低噪音，減小風道振動。

1.1 一次風機設備簡述

一次風機電動機技術(shù)參數(shù)為：電機型號STMKK560-4S，容量3000KW，額定電壓6KV，額定轉(zhuǎn)速1482 r/min，額定電流332A，絕緣等級F級，上海電機廠生產(chǎn)。

一次風機技術(shù)參數(shù)為：風機型號GJ34942，形式雙吸離心式風機，額定流量305400N m3/h，全壓28170.56Pa，額定轉(zhuǎn)速1490 r/min，輸入軸功率（kW） 771.8～1039，成都電力機械廠生產(chǎn)。

1.2 高壓變頻器設備簡述

東方日立（成都）電控設備有限公司生產(chǎn)的HI系列DHVECTOL-DI03550/06型單元串聯(lián)多電平電壓源型高壓變頻器屬于電壓源型高壓變頻器，采用直接高高變換的方式，技術(shù)方案采用單元串聯(lián)多電平電壓源型，結(jié)構(gòu)采用多個變頻器單元串聯(lián)疊加輸出的方式，變頻器的控制方式采用多級PWM疊加技術(shù)，變頻器輸出電壓由所有單元輸出疊加而成，波形非常接近于正玄波，諧波含量很低，極大的減小了對交流電機的諧波污染，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的可變頻變壓的電壓和電流輸出。具有高效率、高功率因數(shù)低諧波特點，整機效率≥97%，功率因數(shù)≥0.96，輸出電流不平衡度﹤0.7%，輸出諧波﹤3%。設備由移相變壓器單元、工頻旁路單元、變頻功率單元三部分組成。

2 改造方案介紹

2.1 電氣一次回路變化

如圖1，改造方案采用一拖一方案 保留原系統(tǒng)所有設備，將高壓變頻器串入高壓電機回路。同時設有旁路功能，一次風機變頻運行時，入口調(diào)節(jié)擋板全開，一次風通過改變一次風機電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)，變頻器出現(xiàn)故障時，風機跳閘后，手動切換至工頻定速運行，調(diào)節(jié)擋板同時也參與一次風壓控制。風機變頻運行向工頻定速運行切換時，應停運一次風機，手動切換一次回路后，按原方式投入運行。

2.2 變頻方式啟動一次風機

在變頻器旁通柜上手動操作隔離刀閘QS1合閘，再操作隔離刀閘QS2合到變頻位置，變頻器自動檢測到隔離刀閘QS1、QS2處于變頻位置后，且變頻器自身無故障狀態(tài)，變頻器發(fā)出允許啟動狀態(tài)，表示變頻器已經(jīng)準備好，可以給變頻器發(fā)運行指令。DCS判斷機組允許啟動一次風機，且啟動條件均滿足時，運行人員給變頻發(fā)運行指令。變頻器收到運行指令后，變頻器自動開始給功率單元充電，充電時間為40秒，充電完成后，變頻器發(fā)出高壓合閘指令（變頻器通過合閘繼電器常開點送到高壓開關柜），控制高壓開關QF1合閘。高壓開關QF1合閘后，變頻器延時7秒鐘開始輸出PWM，電機從0Hz開始運行至設置頻率。初始頻率定為20HZ。調(diào)整DCS給變頻器的給定頻率模擬量（4～20mA）的大小，變頻器根據(jù)此模擬量的值調(diào)整變頻器的輸出頻率。從而調(diào)整變頻器的轉(zhuǎn)速。

2.3 變頻方式停止一次風機

變頻運行時，給變頻器發(fā)停機指令。變頻器收到停機指令，變頻器從當前運行頻率開始降速，當降到0Hz時，變頻器發(fā)出高壓開關分閘指令（變頻器通過分閘繼電器常閉點送到高壓開關柜），控制高壓開關分斷。

2.4 工頻方式啟、停一次風機

工頻方式啟、停一次風機與原方式相同，只需將一次回路切至變頻器旁路。

2.5 一次風機加裝變頻器后差動保護的處理

我廠一次風機電機6KV開關柜裝有北京四方的主保護和獨立差動保護裝置。一次風機電機加裝變頻器后，中性點電流互感器與電源處電流互感器所處的一次系統(tǒng)發(fā)生變化，無法滿足差動保護投入條件。要求當電動機變頻運行時，電機差動保護退出；當電動機工頻運行時，電機差動保護投入。

實現(xiàn)方法：將旁路柜切換刀閘QS1及QS2輔助開關接點串入保護裝置投退回路中，實現(xiàn)自動投退，無需人工操作。

3 使用變頻器的效益分析

（1）節(jié)約廠用電效果明顯。2013年7月一次風機工頻方式下與今年同期在相同環(huán)境溫度下一次風機變頻方式下比較，以說明變頻器的節(jié)能效果，見表1。

在今年平均負荷低于去年同期情況下，一次風機耗電率仍比去年低很多，節(jié)能效果明顯，如表2。

機組200MW運行，一次風機消耗電量每小時將節(jié)約460A×1.732×6.2KV×0.88-320A×1.732×6.2KV×0.96=1048 KW.h，運行時間按2013年全年運行小時數(shù)6799h（利用小時4680h，負荷率68.83%），電價0.4044元/kWh計算，年節(jié)約電費290萬元，全廠兩臺機組可節(jié)約電費580萬元，一年多的時間即能收回成本。

（2）電機功率因數(shù)由0.88提高到0.96，降低了設備損耗，提高了設備利用率。

（3）異步電機啟動電流很大，達到額定電流的5-7倍，對廠用電形成沖擊，同時沖擊轉(zhuǎn)矩對電機和風機使用壽命存在很大不利，風機變頻改造后，電機實現(xiàn)了軟啟動，消除了對電網(wǎng)和負載的沖擊，避免產(chǎn)生操作過電壓而損傷電機絕緣，延長了電動機和風機的使用壽命。

（4）低負荷下轉(zhuǎn)速降低，減少了機械部分的磨損和振動，延長了風機大修周期，從而節(jié)省了大量的檢修費用。降低了風機運行時的噪音和風道振動。

（5）可獲得高精度的調(diào)節(jié)效益。使用變頻器后調(diào)節(jié)精度高，投運實踐證明，變頻直接控制遠比檔板控制精度高，且運行穩(wěn)定，進而取得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的可觀經(jīng)濟效果，其價值大于節(jié)電效果。

4 結(jié)束語

火電廠風機、水泵所消耗的能源占廠用電的3/4，如何節(jié)能降耗、降低廠用電率已經(jīng)成為火電企業(yè)提高競爭力的一件大事，實踐已經(jīng)證明變頻調(diào)節(jié)是一個行之有效的辦法，火電廠已經(jīng)走在各行業(yè)的前列。中國具有節(jié)能潛力的電機至少有1.8億千瓦，如果這些風機、水泵都能采用變頻調(diào)速，那將給我國節(jié)約多少能源。

參考文獻：

[1]王廷才，王偉.變頻器原理及應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[2]李遵基.變頻控制原理及應用[M].太原：華北電力大學出版社，1998.

[3]東方日立（成都）電控設備有限公司生產(chǎn)的HI系列高壓變頻器說明書[S].

作者簡介：牛成堃（1972-），男，工程師，主要從事：火電廠運行調(diào)度及節(jié)能分析工作。