閆桂林

(茂名臻能熱電有限公司，廣東茂名　525000)

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300MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速改造分析

閆桂林

(茂名臻能熱電有限公司，廣東茂名525000)

摘要：對(duì)茂名臻能熱電有限公司300MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速改造技術(shù)進(jìn)行研究，并對(duì)該引風(fēng)機(jī)成功實(shí)施了6kV等級(jí)的電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)改造，投運(yùn)后對(duì)該引風(fēng)機(jī)變頻改造項(xiàng)目進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，引風(fēng)機(jī)節(jié)電效果明顯，機(jī)組廠用電率下降，充分證明大型火電廠進(jìn)行高壓變頻技術(shù)改造的必要性，為該公司6kV等級(jí)輔機(jī)繼續(xù)深化節(jié)能改造提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：引風(fēng)機(jī)；變頻；調(diào)速；分析

火力發(fā)電的各種風(fēng)機(jī)和泵在生產(chǎn)發(fā)電過(guò)程中電耗非常高，各類(lèi)風(fēng)機(jī)和泵的總耗電量約占整個(gè)廠用電消耗的62％～73％，而廠用電約占機(jī)組總發(fā)電量的5.5％～6.5％左右［1］，所以提高風(fēng)機(jī)和泵的工作效率，降低其耗電量，是降低廠用電率，提高火力發(fā)電的供電能力，降低火力發(fā)電企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本，提高火力發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)重要途徑。

根據(jù)電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)相關(guān)研究報(bào)告顯示，國(guó)內(nèi)約66.1％的年發(fā)電總量消耗在電動(dòng)機(jī)上。目前國(guó)內(nèi)電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)容量已超過(guò)400GW，其中高壓電動(dòng)機(jī)的占比達(dá)一半。將近70.1％的空氣壓縮機(jī)、大功率水泵和風(fēng)機(jī)等電廠6KV輔機(jī)采用高壓電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的型式。火力發(fā)電廠的主要6kV輔機(jī)如下：鍋爐給水泵、循環(huán)冷卻水泵、汽機(jī)凝結(jié)水泵、脫硫系統(tǒng)增壓風(fēng)機(jī)、引（吸）風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、輸灰及儀用空壓機(jī)等［2］。這些在火力發(fā)電廠不可或缺的6KV輔機(jī)設(shè)備，所消耗的電量基本占到廠用電份額的62％左右。

高壓電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)今節(jié)約能源、完善生產(chǎn)工藝過(guò)程以及改善電能質(zhì)量的重要方法之一。變頻調(diào)速以其良好的制動(dòng)、調(diào)速、高效和節(jié)能性能而被廣泛的應(yīng)用，由于具備上述優(yōu)勢(shì)該種技術(shù)還將擁有更為廣闊的300MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速改造技術(shù)進(jìn)行研究，并成功對(duì)6kV電壓等級(jí)的引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速系統(tǒng)改造。

1　系統(tǒng)組成

高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)由功率單元柜、移相變壓器柜、旁路柜以及控制柜組成，如圖1所示。其中功率單元柜和控制柜是整套調(diào)速系統(tǒng)的核心。每個(gè)功率單元輸入的三相電源經(jīng)濾波整流后變成單相電壓U／V輸出。采用三相全控整流方式，為防止充電電流對(duì)濾波環(huán)節(jié)電容的損害，該電容采用軟充電技術(shù)。逆變部分采用IGBT功率器件和SPWM逆變控制技術(shù)。功率單元柜內(nèi)各功率單元的結(jié)構(gòu)、原理相同并可相互替換。各器件工作狀態(tài)的監(jiān)控、保護(hù)參數(shù)和IGBT的逆變控制指令都能及時(shí)傳送至控制器。功率單元箱內(nèi)直流母線(xiàn)電壓都被實(shí)時(shí)傳送至控制器并可在其操作界面上直接進(jìn)行讀取。

圖1　高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)組成

2　系統(tǒng)要求

由于電力產(chǎn)品的特殊性，電力生產(chǎn)給高壓變頻裝置提出較高的要求。首先高壓變頻必須具有較高的穩(wěn)定性，主要包含如下內(nèi)容：①能夠適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)，即在電網(wǎng)電壓波動(dòng)（-20％～+10％）較大的情況下能夠正常工作；②在電網(wǎng)瞬時(shí)失電并重合閘后能夠繼續(xù)運(yùn)行，恢復(fù)供電后變頻器能繼續(xù)運(yùn)行，要能夠快速恢復(fù)至設(shè)備失電前的運(yùn)行狀態(tài)；③具備冗余功能，即在變頻裝置局部故障時(shí)不對(duì)其他部分運(yùn)行造成影響，并能繼續(xù)運(yùn)行；④具備在線(xiàn)維護(hù)功能，局部故障可在變頻調(diào)速裝置連續(xù)運(yùn)行的情況下排除；⑤諧波影響小，包括變頻器對(duì)電網(wǎng)的影響（輸入電流諧波）和變頻器對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的影響（輸出的電壓、電流諧波）。其次要求高壓變頻裝置具有便捷性：①尺寸不大并可靠邊安裝，可適合各種安裝場(chǎng)地；②可以較為方便的開(kāi)展高壓電纜安裝工作，齊全的控制接口便于實(shí)現(xiàn)集散控制；③便于維護(hù)，可長(zhǎng)時(shí)間使用。

3　系統(tǒng)特色功能

（1）主電源突然停電時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)程序可以實(shí)現(xiàn)3秒內(nèi)不停機(jī)，以滿(mǎn)足母線(xiàn)切換的需要。主電源突然停電后，主控箱在檢測(cè)到功率模塊全部報(bào)缺相故障時(shí)，不立即發(fā)出跳高壓開(kāi)關(guān)指令（延遲三秒），而是調(diào)整變頻器輸出頻率逐步衰減，如果主電源在三秒內(nèi)恢復(fù)正常，變頻器自動(dòng)恢復(fù)停電前的運(yùn)行頻率；如果主電源在三秒內(nèi)未能恢復(fù)，則變頻器停止運(yùn)行并輸出跳開(kāi)高壓開(kāi)關(guān)指令。

（2）當(dāng)控制電源掉電時(shí)不會(huì)停機(jī)，利用UPS裝置供電，可以維持變頻器運(yùn)行約三十分鐘。

（3）變頻、工頻相互切換功能，變頻器增設(shè)系統(tǒng)旁路開(kāi)關(guān)，以確保在變頻器退出運(yùn)行時(shí)，電機(jī)直接切換為工頻狀態(tài)運(yùn)行。

（4）系統(tǒng)設(shè)定信號(hào)掉線(xiàn)時(shí)，通過(guò)程序可實(shí)現(xiàn)變頻器按原轉(zhuǎn)速繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)遠(yuǎn)程模擬給定信號(hào)掉線(xiàn)時(shí)，變頻器通過(guò)存儲(chǔ)掉線(xiàn)前的轉(zhuǎn)速記錄，保持其輸出轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。

（5）來(lái)電自啟動(dòng)功能，高壓側(cè)短時(shí)（≤20秒）失電后，變頻器控制器自動(dòng)記錄電機(jī)的速度，并自動(dòng)啟動(dòng)恢復(fù)系統(tǒng)失電前運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑啟動(dòng)。

（6）飛車(chē)啟動(dòng)功能，飛車(chē)啟動(dòng)是考慮電機(jī)還在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的狀態(tài)下，啟動(dòng)變頻器時(shí)其控制器自動(dòng)查找電機(jī)的速度，實(shí)現(xiàn)電機(jī)平滑啟動(dòng)的功能。

4　引風(fēng)機(jī)變頻改造后節(jié)能分析

現(xiàn)選定茂名臻能熱電有限公司300MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造，主要根據(jù)實(shí)測(cè)改造后引風(fēng)機(jī)在機(jī)組不同負(fù)荷狀態(tài)下的電流，綜合計(jì)算得出改造后引風(fēng)機(jī)的節(jié)能量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能改造。引風(fēng)機(jī)高壓變頻改造前后的相關(guān)數(shù)據(jù)做對(duì)比如表1所示。

按機(jī)組負(fù)荷率在75％情況下，年運(yùn)行7500小時(shí)，年發(fā)電量為16.875億kWh，機(jī)組在300MW（100％負(fù)荷工況）的運(yùn)行小時(shí)為500小時(shí)，在270MW（90％負(fù)荷工況）的運(yùn)行小時(shí)為500小時(shí)，在240MW（80％負(fù)荷工況）的運(yùn)行小時(shí)為2000小時(shí)，在215MW（70％負(fù)荷工況）的運(yùn)行小時(shí)為4500小時(shí)，詳細(xì)計(jì)算各個(gè)引風(fēng)機(jī)改造后的節(jié)能效果如下。

表1　引風(fēng)機(jī)改造前后數(shù)據(jù)對(duì)比表

（1）在100％負(fù)荷工況下，改造后的引風(fēng)機(jī)節(jié)約電量：

（2）在90％負(fù)荷工況下，改造后的引風(fēng)機(jī)節(jié)約電量：

（3）在80％負(fù)荷工況下，改造后的引風(fēng)機(jī)節(jié)約電量：

（4）在70％負(fù)荷工況下，改造后的引風(fēng)機(jī)節(jié)約電量：

故引風(fēng)機(jī)改造后一年可以節(jié)約的電量W總= 559424 . 2kWh + 449115 . 2kWh + 2341517 . 1k Wh + 6874382.8kWh=10224439.3 kWh，節(jié)約的電量將直接產(chǎn)生發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益，按稅后上網(wǎng)電價(jià)0.45元/ kWh計(jì)算，則引風(fēng)機(jī)改造后可以產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益為4600997.7元（10224439.3 kWh×0.45元/ kWh=4600997.7元）。

5　結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)茂名臻能熱電有限公司300MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)改造，對(duì)系統(tǒng)特色功能、性能參數(shù)等做了詳細(xì)的介紹，并根據(jù)實(shí)測(cè)改造后引風(fēng)機(jī)在機(jī)組不同負(fù)荷狀態(tài)下的電流，綜合計(jì)算得出改造后引風(fēng)機(jī)的節(jié)能量，證明此次改造能夠大幅降低300MW機(jī)組的廠用電率，增加機(jī)組上網(wǎng)電量，并產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：閆桂林（1982-），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)闊崮軇?dòng)力。