康劍南

摘 要：目前，我國一部分大功率火電機組配備輔助電機還處于恒頻運行方式，機組運行經(jīng)濟性還存在一定的潛力可挖。本文首先150MW級別機組為例，針對恒頻運行方式的電機設(shè)備進行變頻改造情況潛力分析并對高壓電機變頻改造前后的預(yù)期效果進行對比和總結(jié)。最后，針對典型4高調(diào)門和6高調(diào)門配置300MW機組進行技術(shù)移植可行性的探索應(yīng)用及分析。這為國內(nèi)同等級別機組的高壓電機變頻改造提供了寶貴的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：火電機組 高壓電機 變頻改造 節(jié)能潛力

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（a）-0112-02

目前，150MW～300MW級別機組在我國還占有一定的比例，考慮到許多因素該級別范圍機組在未來不會快速退出歷史的舞臺。因此，機組的全方位節(jié)能潛力挖掘及改造就顯得尤其為重要。

為了降低廠用電率和能耗，節(jié)約成本和費用，提高機組整體運行經(jīng)濟效益。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)能效果，廣泛的適用范圍及其他許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式[1-4]。雖然一些安全性問題在變頻技術(shù)中也存在[5]，但是綜合考慮其卓越調(diào)節(jié)性能，尤其是在機組常年低負荷工況下運行時的顯著節(jié)電效果，現(xiàn)有設(shè)備的運行工況改善、安全可靠性和利用率提高，使用壽命延長等優(yōu)點得到充分的體現(xiàn)，所以一部分研究人員已經(jīng)在不同類型大功率機組輔機電機進行相應(yīng)的探索研究，也取得了相應(yīng)的良好效果[6]。

本文通過到同類型機組電廠進行實地考察，經(jīng)過多方論證、比較，采用增加變頻器的改造方案，對兩臺150MW機組的16臺的高壓電動機進行改造。結(jié)合在多臺300MW級別機組上的技術(shù)移植應(yīng)用改造及潛力分析的效果，由于實際機組控制系統(tǒng)及自身調(diào)節(jié)特性的差異性，相應(yīng)控制策略及控制參數(shù)也需要進行專門優(yōu)化改造，具有良好的推廣應(yīng)用價值。

1 案例機組概況及存在問題分析

案例研究機組包括：兩臺CFB機組與150MW等級汽輪機配套，采用一機一爐單元制運行方式；兩臺300MW機組為配置4高調(diào)門N330汽輪機；此外，還有兩臺330MW機組，高調(diào)門配置6噴嘴組。

每臺150MW機組一次高壓風(fēng)機、二次高壓風(fēng)機、高壓引風(fēng)機，凝結(jié)水泵等共配置16臺高壓電機。一次風(fēng)機、凝結(jié)水泵采用節(jié)流調(diào)節(jié)；二次風(fēng)機、引風(fēng)機采用液力耦合器變速/節(jié)流調(diào)節(jié)。由于機組調(diào)峰運行頻繁，雖然部分風(fēng)機采用了液力耦合器調(diào)節(jié)，但調(diào)節(jié)性能較差、節(jié)能效果差，從而造成了廠用電率非常之高。風(fēng)機、凝結(jié)水泵以定速方式運行；然而，在機組滿負荷工況下運行時，通過進口擋板調(diào)節(jié)流量和壓力時的節(jié)流損失非常大。

兩臺4調(diào)門300MW機組的凝結(jié)泵為一運一備，正常其中一臺凝結(jié)泵工頻運行就能滿足機組帶滿負荷。隨著單臺機組利用小時數(shù)降低、負荷率下降，凝結(jié)泵工頻運行耗電偏大。兩臺配置6調(diào)門亞臨界空冷機組也存在此類問題，需要進行運行方式優(yōu)化。

2 優(yōu)化潛力分析

選取兩種基本調(diào)節(jié)方式變頻調(diào)節(jié)與液力偶合器變速調(diào)節(jié)，兩者具有如下特點。

2.1 有功率損耗及節(jié)能潛力

（1）除電動機本身功耗損損失之外，無論是變頻調(diào)速還是液力耦合器調(diào)速，均存在額外功耗。而且，在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，兩種效率曲線也不同。隨著轉(zhuǎn)速降低，液力耦合器效率降低；而變頻器則不同，轉(zhuǎn)速75%以上時效率大于0.95。

（2）當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速降低時，液力耦合器的效率比變頻調(diào)速的效率下降快得多，所以，變頻調(diào)速的低速特性要好一些。當(dāng)其用于風(fēng)機、泵類負載時，即便在轉(zhuǎn)速下降時也能起到節(jié)能作用。

（3）變頻調(diào)速本身消耗能量小，可在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持較高效率運行。而液力耦合器在低速時的泵和渦輪的效率均下降，綜合效率下降。

（4）理論計算，二次風(fēng)機、引風(fēng)機風(fēng)量從100%降低到70%，變頻調(diào)速每年節(jié)能19.16%。

2.2 變頻調(diào)速的其他方面特點

變頻調(diào)速與液力耦合器調(diào)速除了節(jié)能方面的優(yōu)勢外，還在多方面有較大優(yōu)勢。

（1）在寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，變頻調(diào)速可以保持高功率因素運行；而低速運行時，液力耦合器功率因數(shù)低于電動機額定功率因數(shù)。所以，如液力耦合器需提高功率因數(shù)，則得另加補償裝置。

（2）采用變頻調(diào)速時，如起動時保持電動機額定轉(zhuǎn)矩，對于風(fēng)機、泵類負載，不僅起動電流更小，而且起動全程可控、起動點和爬坡時間可設(shè)置；而液力耦合器則無法做到。不僅起動對電動機和電網(wǎng)的沖擊相當(dāng)大，會造成轉(zhuǎn)子和定子故障；而且，直接起動會造成電網(wǎng)電壓短時下降，干擾其他設(shè)備。

（3）由于復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)和管路系統(tǒng)，為了保證液力耦合器長期可靠運行，需要工程量極大的系統(tǒng)維護來。因此，故障時只能停機檢修。雖然高壓變頻裝置電子線路比較復(fù)雜，但鑒于目前已趨于成熟的技術(shù)，另外，單元自動切換和冗余運行特性，使得單元故障時的高壓變頻裝置可不停機連續(xù)運行；不僅可靠性得以保證，而且檢修維護相對容易。

（4）液力耦合器在改變輸出轉(zhuǎn)速大小時依靠的是工作腔油量大小的調(diào)節(jié)，因此，較慢的響應(yīng)特性很有可能跟不上整體控制的需要，而具有快速響應(yīng)特性的變頻調(diào)速則完全可以在系統(tǒng)允許的最高速度進行調(diào)節(jié)，滿足機組深調(diào)快調(diào)的需求。速度調(diào)節(jié)精度較低也是液力耦合器的一個缺陷，而數(shù)字式控制變頻調(diào)速則可達到0.1%以上控制精度，因此可實現(xiàn)精確條件下的控制系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化改造。

（5）液力耦合器初期投資比變頻調(diào)速低，雖然變頻調(diào)速需多投資400萬元，然而兩年即可收回。因此，總體投資回報效果更佳。

綜上所述，采用變頻調(diào)速綜合節(jié)能效果更好等，該變頻改造方案是可行的、必要的。

3 預(yù)期效果及應(yīng)用推廣

3.1 兩臺150MW機組改造效果

通過多臺高壓電機變頻改造后，所有設(shè)備不僅均能可靠穩(wěn)定正常運行，而且還能滿足CFB機組正常運行時所需要的風(fēng)量等調(diào)節(jié)要求。通過實際數(shù)據(jù)計算，改造后的年節(jié)約電費約588萬元。

3.2 兩臺300MW機組應(yīng)用推廣

配置4高調(diào)門的兩臺300MW機組采用一拖二方式進行凝結(jié)泵變頻改造。在變頻方式下，除氧器水位是通過改變變頻器指令來控制的，凝結(jié)水壓力是通過改變調(diào)節(jié)閥指令來控制的。工頻方式下，除氧器水位通過改變調(diào)節(jié)閥指令來控制的。當(dāng)凝結(jié)泵在變頻方式下出現(xiàn)跳閘時，另一臺凝結(jié)泵聯(lián)啟并轉(zhuǎn)為工頻方式運行。此時，除氧器水位控制模式為：先超持到負荷指令經(jīng)函數(shù)，再轉(zhuǎn)換成調(diào)節(jié)閥開度，最后通過調(diào)節(jié)閥指令的改變來控制。實際應(yīng)用效果如下。

（1）控制指標優(yōu)良：在變頻方式下運行時，機組在320MW至200MW負荷擾動時，除氧器水位最大偏差值20mm，凝結(jié)水壓力最大偏差值0.05MPa。

（2）節(jié)能效果良好：按一臺機組的72.5%負荷率計算，日節(jié)約電能資金2801.16元。

實際配置6高調(diào)門的2臺330MW機組的應(yīng)用潛力分析，預(yù)期效果也非常顯著。

4 結(jié)語

針對國內(nèi)許多有一定的比例大功率火電機組配備的輔助電機設(shè)備還屬于恒頻運行方式，進行運行經(jīng)濟性潛力挖掘分析研究。首先，以其中的150MW級別機組為例，針對此類機組恒頻運行方式的電機設(shè)備進行高壓電機變頻改造情況潛力分析并對高壓電機變頻改造前后的預(yù)期效果進行對比和總結(jié)。然后，針對300MW級別機組進行技術(shù)移植可行探索，包括2臺配置4高調(diào)門和2臺配置6高調(diào)門的機組，由于實際機組控制系統(tǒng)及自身調(diào)節(jié)特性的差異性，相應(yīng)控制策略及控制參數(shù)也需要進行專門優(yōu)化改造，實踐應(yīng)用及潛力分析的改造效果良好。希望本文對實際機組運行經(jīng)濟性提升改善起到借鑒作用。

參考文獻

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