閆桂林

(茂名臻能熱電有限公司，廣東茂名　525000)

?

300MW機組引風機變頻調(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：對茂名臻能熱電有限公司300MW機組引風機變頻調(diào)速改造技術進行研究，并對該引風機成功實施了6kV等級的電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)改造，投運后對該引風機變頻改造項目進行了對比試驗，引風機節(jié)電效果明顯，機組廠用電率下降，充分證明大型火電廠進行高壓變頻技術改造的必要性，為該公司6kV等級輔機繼續(xù)深化節(jié)能改造提供了寶貴經(jīng)驗。

關鍵詞：引風機；變頻；調(diào)速；分析

火力發(fā)電的各種風機和泵在生產(chǎn)發(fā)電過程中電耗非常高，各類風機和泵的總耗電量約占整個廠用電消耗的62％～73％，而廠用電約占機組總發(fā)電量的5.5％～6.5％左右［1］，所以提高風機和泵的工作效率，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)運營成本，提高火力發(fā)電廠經(jīng)濟效益的一個重要途徑。

根據(jù)電動機調(diào)速技術相關研究報告顯示，國內(nèi)約66.1％的年發(fā)電總量消耗在電動機上。目前國內(nèi)電動機的裝機容量已超過400GW，其中高壓電動機的占比達一半。將近70.1％的空氣壓縮機、大功率水泵和風機等電廠6KV輔機采用高壓電動機拖動的型式?；鹆Πl(fā)電廠的主要6kV輔機如下：鍋爐給水泵、循環(huán)冷卻水泵、汽機凝結水泵、脫硫系統(tǒng)增壓風機、引（吸）風機、送風機、一次風機、輸灰及儀用空壓機等［2］。這些在火力發(fā)電廠不可或缺的6KV輔機設備，所消耗的電量基本占到廠用電份額的62％左右。

高壓電機交流變頻調(diào)速技術是現(xiàn)今節(jié)約能源、完善生產(chǎn)工藝過程以及改善電能質(zhì)量的重要方法之一。變頻調(diào)速以其良好的制動、調(diào)速、高效和節(jié)能性能而被廣泛的應用，由于具備上述優(yōu)勢該種技術還將擁有更為廣闊的300MW機組引風機變頻調(diào)速改造技術進行研究，并成功對6kV電壓等級的引風機電動機進行變頻調(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，為防止充電電流對濾波環(huán)節(jié)電容的損害，該電容采用軟充電技術。逆變部分采用IGBT功率器件和SPWM逆變控制技術。功率單元柜內(nèi)各功率單元的結構、原理相同并可相互替換。各器件工作狀態(tài)的監(jiān)控、保護參數(shù)和IGBT的逆變控制指令都能及時傳送至控制器。功率單元箱內(nèi)直流母線電壓都被實時傳送至控制器并可在其操作界面上直接進行讀取。

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能夠適應電網(wǎng)電壓波動，即在電網(wǎng)電壓波動（-20％～+10％）較大的情況下能夠正常工作；②在電網(wǎng)瞬時失電并重合閘后能夠繼續(xù)運行，恢復供電后變頻器能繼續(xù)運行，要能夠快速恢復至設備失電前的運行狀態(tài)；③具備冗余功能，即在變頻裝置局部故障時不對其他部分運行造成影響，并能繼續(xù)運行；④具備在線維護功能，局部故障可在變頻調(diào)速裝置連續(xù)運行的情況下排除；⑤諧波影響小，包括變頻器對電網(wǎng)的影響（輸入電流諧波）和變頻器對驅動電動機的影響（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，可適合各種安裝場地；②可以較為方便的開展高壓電纜安裝工作，齊全的控制接口便于實現(xiàn)集散控制；③便于維護，可長時間使用。

3　系統(tǒng)特色功能

（1）主電源突然停電時，系統(tǒng)通過程序可以實現(xiàn)3秒內(nèi)不停機，以滿足母線切換的需要。主電源突然停電后，主控箱在檢測到功率模塊全部報缺相故障時，不立即發(fā)出跳高壓開關指令（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)恢復正常，變頻器自動恢復停電前的運行頻率；如果主電源在三秒內(nèi)未能恢復，則變頻器停止運行并輸出跳開高壓開關指令。

（2）當控制電源掉電時不會停機，利用UPS裝置供電，可以維持變頻器運行約三十分鐘。

（3）變頻、工頻相互切換功能，變頻器增設系統(tǒng)旁路開關，以確保在變頻器退出運行時，電機直接切換為工頻狀態(tài)運行。

（4）系統(tǒng)設定信號掉線時，通過程序可實現(xiàn)變頻器按原轉速繼續(xù)運轉。當遠程模擬給定信號掉線時，變頻器通過存儲掉線前的轉速記錄，保持其輸出轉速穩(wěn)定。

（5）來電自啟動功能，高壓側短時（≤20秒）失電后，變頻器控制器自動記錄電機的速度，并自動啟動恢復系統(tǒng)失電前運行狀態(tài)，實現(xiàn)電機的平滑啟動。

（6）飛車啟動功能，飛車啟動是考慮電機還在旋轉狀態(tài)的狀態(tài)下，啟動變頻器時其控制器自動查找電機的速度，實現(xiàn)電機平滑啟動的功能。

4　引風機變頻改造后節(jié)能分析

現(xiàn)選定茂名臻能熱電有限公司300MW機組引風機進行變頻調(diào)速改造，主要根據(jù)實測改造后引風機在機組不同負荷狀態(tài)下的電流，綜合計算得出改造后引風機的節(jié)能量，實現(xiàn)節(jié)能改造。引風機高壓變頻改造前后的相關數(shù)據(jù)做對比如表1所示。

按機組負荷率在75％情況下，年運行7500小時，年發(fā)電量為16.875億kWh，機組在300MW（100％負荷工況）的運行小時為500小時，在270MW（90％負荷工況）的運行小時為500小時，在240MW（80％負荷工況）的運行小時為2000小時，在215MW（70％負荷工況）的運行小時為4500小時，詳細計算各個引風機改造后的節(jié)能效果如下。

表1　引風機改造前后數(shù)據(jù)對比表

（1）在100％負荷工況下，改造后的引風機節(jié)約電量：

（2）在90％負荷工況下，改造后的引風機節(jié)約電量：

（3）在80％負荷工況下，改造后的引風機節(jié)約電量：

（4）在70％負荷工況下，改造后的引風機節(jié)約電量：

故引風機改造后一年可以節(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)濟效益，按稅后上網(wǎng)電價0.45元/ kWh計算，則引風機改造后可以產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益為4600997.7元（10224439.3 kWh×0.45元/ kWh=4600997.7元）。

5　結語

本文針對茂名臻能熱電有限公司300MW機組引風機變頻調(diào)節(jié)改造，對系統(tǒng)特色功能、性能參數(shù)等做了詳細的介紹，并根據(jù)實測改造后引風機在機組不同負荷狀態(tài)下的電流，綜合計算得出改造后引風機的節(jié)能量，證明此次改造能夠大幅降低300MW機組的廠用電率，增加機組上網(wǎng)電量，并產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

［1］李樹明，李長慶.國產(chǎn)高壓變頻器在電廠輔機節(jié)能改造中的應用［J］.高壓變頻器，2010（1）：68-72.

［2］何川，郭立君.泵與風機［M］.第4版.北京：中國電力出版社，2008：54-56.

［3］Keiju Matsui,Yasutak Kawata, et al. Application of Parallel Connected NPC-PWM Inverters with Multilevel Modulation for AC Motor Driver ［J］. IEEE Trans on Power Electronics, 2000，15（5）：901-907.

［4］Yilmaz Sozer, David A. Torrey, Suhan Reva. New Inverter Output Filter Topology for PWM Motor Drives［J］. IEEE Trans. Power Electronics, November 2000（15）：1007-1017.

［5］Bor-Ren Lin,Analysis and Implementation of A Three-level PWM rectifier/inverter［J］. IEEE Trans Aerospace and Electronic Systems, July 2000（36）：948-956.

［6］宛路威. TS-HVAF-高壓變頻器的開發(fā)與應用［J］.變頻器世界，2006（11）：51-54.

［7］中國電器工業(yè)協(xié)會. 2007年中國高壓變頻器行業(yè)發(fā)展報告［R］.北京：中國電器工業(yè)協(xié)會，2007.

［8］土松，吳小洪等.火電廠高壓電動機調(diào)速技術應用情況分析［J］.變頻器世界，2005（9）：33-36.

［9］徐曉宇.變頻器在煤礦提升機中的應用與研究［D］.山東：山東大學碩士學位論文，2008.

［10］韓安容.通用變頻器及其應用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

作者簡介：閆桂林（1982-），男，碩士，工程師，研究方向為熱能動力。