1 引言 火電裝機(jī)容量的持續(xù)增長為電站空冷系統(tǒng)提供了良好外部市場環(huán)境。2006年全國新增電力裝機(jī)容量10097萬千瓦，其中火電9028萬千瓦，根據(jù)發(fā)改委規(guī)劃，2010年底全國裝機(jī)容量將超過8．4億千瓦，預(yù)計(jì)2007－2010年之間，年均新增裝機(jī)容量8000萬千瓦，其中火電占比為70％左右。 國家規(guī)定在北方缺水地區(qū)新建燃煤發(fā)電項(xiàng)目時(shí)必須采用空冷機(jī)組，供水水源禁止采用地下水，嚴(yán)格控制使用地表水，充分利用污水再生水及礦坑排水。“十一五”期間，西北富煤缺水地區(qū)電源基地建設(shè)步伐加快，預(yù)計(jì)到“十一•五”末該區(qū)域?qū)⑿略?000萬kW火電裝機(jī)，這將直接刺激電站空冷設(shè)備的需求。 隨著國家對電力供應(yīng)日益增漲的需求與環(huán)境條件制約的要求，一方面在我國煤炭資源豐富的西北地區(qū)將建設(shè)一大批大型坑口電站，以緩和電力供應(yīng)緊張壓力和促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，另一方面這些地區(qū)都是干旱缺水地區(qū)，為節(jié)約珍貴的水資源，實(shí)現(xiàn)真正意義上的綠色GDP增長，對于需要大量冷卻水源的燃煤發(fā)電廠，勢必要改變其傳統(tǒng)的汽輪機(jī)排汽冷卻方式。直接空冷技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，使得這一需求變?yōu)榭赡?，也為變頻器在燃煤發(fā)電廠空冷機(jī)組的推廣應(yīng)用提供廣闊的前景。作為致力于“節(jié)能減排，可持續(xù)發(fā)展”的變頻器專業(yè)制造商，普傳科技開發(fā)的專用變頻器成功應(yīng)用電廠空冷島項(xiàng)目，具有很好示范作用。 2 直接空冷工藝要求簡介 凝汽設(shè)備在電站熱力系統(tǒng)中的主要功能是保證汽輪機(jī)排汽不斷凝結(jié)成水。凝汽器與真空抽氣裝置一起工作，以維持汽輪機(jī)排汽缸和凝汽器內(nèi)的真空，并把凝結(jié)水回收，作為鍋爐的補(bǔ)給水。按蒸汽的不同冷卻方式分類，電站凝汽器可以分為水冷式凝汽器和空冷式凝汽器。目前，國內(nèi)外空冷電站分為兩大類，一是間接空氣冷卻系統(tǒng)，二是直接空氣冷卻系統(tǒng)。所謂直接空冷是指將汽輪機(jī)的排汽氣直接用空氣來冷凝，可減少常規(guī)二次換熱所需要的中間冷卻介質(zhì),換熱溫差大,效果好，故直接空冷系統(tǒng)可避免濕式冷卻系統(tǒng)的蒸發(fā)、風(fēng)吹和排污損失的水量，因而直接空冷系統(tǒng)以其技術(shù)成熟、調(diào)節(jié)方便、節(jié)水效果明顯在干旱地區(qū)得到較快的推廣。 直接空冷系統(tǒng)是指汽輪機(jī)排汽在空冷凝汽器的翅片管束中被空氣冷卻而凝結(jié)成水，排汽與空氣之間的熱交換是在表面式空冷凝汽器內(nèi)完成的。 空冷系統(tǒng)建筑規(guī)模龐大，一般稱為空冷島。包括凝結(jié)水系統(tǒng)（凝結(jié)水箱）、真空疏水系統(tǒng)（包括疏水泵）、排氣/抽氣系統(tǒng)（水環(huán)泵單元）、空冷凝汽器（ACC）等四套系統(tǒng)。通過DCS集散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對這四套系統(tǒng)的自動(dòng)檢測、自動(dòng)調(diào)節(jié)、順序控制、自動(dòng)保護(hù)等自動(dòng)控制功能，其工作原理示意圖如圖所示。 1－汽輪機(jī)；2－空冷凝汽器；3－凝結(jié)水泵；4－發(fā)電機(jī)；5－凝結(jié)水箱； 6－低壓加熱器；7－除氧器；8－給水泵；9－高壓加熱器；10－鍋爐。 直接空冷系統(tǒng)的優(yōu)勢 （1） 采用直接空冷系統(tǒng)，可以大量節(jié)約電廠用水：直接空冷系統(tǒng)最大優(yōu)勢是可以大量節(jié)水，從而可使電廠選址不受水源限制。在水冷凝汽器發(fā)電機(jī)組中，耗水量的90 %以上是在冷卻塔中蒸發(fā)掉的。直接空冷凝汽器采用空氣冷卻管束內(nèi)的飽和蒸汽，省去了作為中間冷卻介質(zhì)的循環(huán)水。因此，采用直接空冷凝汽器系統(tǒng)的機(jī)組比水冷凝汽器發(fā)電機(jī)組節(jié)水約90 %。對于一臺(tái)600 MW空冷電站，整個(gè)電站節(jié)水量在2000 t/h以上。 （2）通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少了系統(tǒng)占地面積：在水冷凝汽器系統(tǒng)中，循環(huán)冷卻水塔和循環(huán)水泵房要單獨(dú)占用一定的建設(shè)用地。采用直接空冷凝汽器的空冷系統(tǒng)可通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，將上述用地全部省掉。 （3） 由于蒸汽與空氣通過翅片管束直接進(jìn)行熱交換，省去了中間介質(zhì)和二次換熱，綜合換熱效率提高，運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)。 （4） 直接空冷電站具有較高的社會(huì)效益和與水冷凝汽器機(jī)組可比的經(jīng)濟(jì)性：隨著水源的日益緊張和水價(jià)的不斷提高以及環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格，使用直接空冷凝汽器也就成為缺水富煤地區(qū)興建電廠的首選。尤其是節(jié)水所產(chǎn)生的社會(huì)效益更是難以估量。 （5） 運(yùn)行方式方便可靠：火電廠直接空冷凝汽器系統(tǒng)均分為幾個(gè)空冷單元且均裝有隔離閥，所以設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)關(guān)閉隔離閥可以安全地將故障設(shè)備與運(yùn)行系統(tǒng)隔離；又因?yàn)槊總€(gè)單元分成若干組管束，每個(gè)單元配1臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)可以采用三速風(fēng)機(jī)或者變頻風(fēng)機(jī)，所以運(yùn)行時(shí)可以通過降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或停運(yùn)風(fēng)機(jī)等方法，調(diào)節(jié)某一單元和某一組管束的負(fù)荷，控制其凝結(jié)水的過冷度和汽輪機(jī)背壓。 3 項(xiàng)目概況 本項(xiàng)目是作為國內(nèi)電站空冷設(shè)備制造的龍頭企業(yè)為內(nèi)蒙古自治區(qū)某地區(qū)2＊300MW火電機(jī)組工程直接空冷機(jī)組的系統(tǒng)項(xiàng)目。每臺(tái)機(jī)組布置方式為5×6的風(fēng)機(jī)30臺(tái)（軸流風(fēng)機(jī)電機(jī)功率132kW），每列4臺(tái)順流風(fēng)機(jī)，1臺(tái)逆流風(fēng)機(jī)，均采用變頻控制。每臺(tái)風(fēng)機(jī)配置一套變頻調(diào)速裝置，共配60臺(tái)變頻調(diào)速裝置。項(xiàng)目建成之后，對于緩解華北電網(wǎng)負(fù)荷緊張狀況，保證京津冀地區(qū)工業(yè)生產(chǎn)需求，保障2008年北京奧運(yùn)順利進(jìn)行有著積極的意義。 4 空冷風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)的要求 4.1 空冷風(fēng)機(jī)技術(shù)規(guī)范： 空冷風(fēng)機(jī)將用于A型冷卻系統(tǒng)的強(qiáng)制通風(fēng)。風(fēng)機(jī)位于風(fēng)機(jī)橋架和驅(qū)動(dòng)裝置下面，一個(gè)水平平面內(nèi)布置，形成了龐大的軸流冷卻風(fēng)機(jī)群。。風(fēng)機(jī)將在潮濕也許會(huì)產(chǎn)生腐蝕的環(huán)境條件下戶外運(yùn)行，能夠以最大速度連續(xù)或間斷的運(yùn)行，或者在反方向以50％額定速度連續(xù)或間斷的運(yùn)行。 基于空冷機(jī)組冷凝系統(tǒng)工藝運(yùn)行要求。風(fēng)機(jī)電機(jī)均為變頻控制，電廠設(shè)有空冷器變頻間，龐大的變頻控制柜（以下稱變頻控制裝置）矩陣布置在空冷器變頻間。變頻控制柜通過硬接線和通訊與主DCS或空冷系統(tǒng)DCS相連接，DCS能根據(jù)不同的蒸汽負(fù)荷和環(huán)境溫度控制風(fēng)機(jī)啟停及轉(zhuǎn)速，使汽輪機(jī)的排汽壓力保持恒定。 4.2 對變頻器的具體要求 基本要求主要有以下幾方面：一是電壓和過載要求，二是諧波的要求，三是聯(lián)網(wǎng)控制。 1）變頻器單機(jī)均符合電網(wǎng)諧波標(biāo)準(zhǔn)IEEE519-1992要求，變頻器為工程型變頻器，同時(shí)含有V/F、無傳感器矢量、磁通矢量三種控制算法，變頻器中應(yīng)包含專用于風(fēng)機(jī)泵類的參數(shù)，具有可調(diào)風(fēng)機(jī)泵類曲線。 2）由于軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，變頻器必須滿足軸流風(fēng)機(jī)的重載啟動(dòng)與運(yùn)行要求，過載力矩要求高于一般風(fēng)機(jī)的應(yīng)用水平；變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)低速滿轉(zhuǎn)矩和最大200%的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；考慮到設(shè)備可能出現(xiàn)的過負(fù)荷情況，要求變頻器具備150% 1分鐘的過載能力。變頻器要有在110%額定轉(zhuǎn)速下的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)能力，各項(xiàng)溫升滿足要求。 3） 較寬的頻率輸出范圍，以滿足軸流風(fēng)機(jī)在0～120%電機(jī)額定速度運(yùn)行范圍的要求； （3）較寬的電壓波動(dòng)范圍，滿足在電網(wǎng)電壓跌落到電機(jī)額定電壓80%左右時(shí)，仍然能使軸流風(fēng)機(jī)正常啟動(dòng)的要求；并且在電源電壓瞬時(shí)掉電以及在跌落50%～60%額定電壓水平時(shí)還能維持輸出，保持連續(xù)運(yùn)行；變頻器對電網(wǎng)電壓波動(dòng)應(yīng)有極強(qiáng)的適應(yīng)能力，±15%電壓波動(dòng)范圍內(nèi)能滿載輸出。變頻器具有浪涌吸收保護(hù)電路。 （4）諧波與電磁干擾（EMC）要求：變頻器要盡可能地降低其諧波電流成分，使其輸出電流盡可能接近正弦波形，以降低因大量集中使用變頻器而產(chǎn)生的對電網(wǎng)諧波干擾和對電氣設(shè)備的危害。變頻器輸出諧波電流失真小于3%。變頻裝置輸出波形不會(huì)引起電機(jī)的諧振，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小于0.1%。 （5）接口豐富：變頻器要有足夠輸入、輸出端口，并可根據(jù)需要擴(kuò)展，以滿足各種控制命令，信號(hào)傳送要求;并可根據(jù)DCS要求，采用通訊方式控制； （6）控制方式多樣：變頻器要盡可能滿足風(fēng)機(jī)類變轉(zhuǎn)矩負(fù)載應(yīng)用的要求，其控制方式要考慮V/F平方曲線特性；在快速重啟時(shí)，要能實(shí)現(xiàn)飛車啟動(dòng)，縮短啟動(dòng)時(shí)間；采用磁通優(yōu)化控制，以實(shí)現(xiàn)負(fù)載較輕時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，降低功耗，提高效率； （7）保護(hù)功能齊全：變頻器對自身要具備有過熱保護(hù)，功率器件保護(hù)，輸入輸出缺相，直流母線過壓等自我保護(hù)措施;而對于電機(jī)，變頻器要能提供電動(dòng)機(jī)所需的過載、過流、接地、過壓、欠壓、過熱、缺相等保護(hù)，并可與電機(jī)PTC熱敏元件相連，實(shí)現(xiàn)連鎖保護(hù);變頻器要有遠(yuǎn)程操作面板，同時(shí)要求安裝在變頻控制柜柜門上，可以實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)就地變頻器控制的，并顯示運(yùn)行狀態(tài)和各種多個(gè)監(jiān)視數(shù)據(jù)，要有中英文顯示； （8）變頻器要能根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)地調(diào)整開關(guān)頻率，動(dòng)態(tài)地適應(yīng)電機(jī)噪音和溫升變化要求。變頻器具備主動(dòng)排風(fēng)能力，且變頻器可以運(yùn)行在-15C～50C之間不降容。 本項(xiàng)目特殊要求： 1）變頻器應(yīng)采取高可靠性設(shè)計(jì)為免維護(hù)產(chǎn)品，風(fēng)機(jī)壽命應(yīng)達(dá)20000小時(shí)，主電容器壽命應(yīng)為50000小時(shí)。變頻器平均無故障時(shí)間MTBF為60000小時(shí)。 2）變頻器的轉(zhuǎn)矩控制精度±1%。轉(zhuǎn)矩控制的最大帶寬不低于2500rad/s。 3）考慮到動(dòng)力電源的穩(wěn)定性，變頻器在一次電源失去后，動(dòng)力回路可以維持15ms滿載運(yùn)行，邏輯控制回路典型可以維持2秒不跳閘，在動(dòng)力電源恢復(fù)后，設(shè)備自動(dòng)重啟，保證正常生產(chǎn)。變頻器應(yīng)具備此功能，并可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重啟功能。 4）在廠用電切換或短時(shí)失電，主電源恢復(fù)后，變頻器在0.1秒-200秒（可設(shè)定）內(nèi)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速（可設(shè)定），而不需要手動(dòng)復(fù)位或調(diào)整。 5）無論變頻器在手動(dòng)或自動(dòng)控制時(shí)，在主電源、控制電源短時(shí)失電后，變頻器仍保持失電前控制方式及狀態(tài)，而不需要手動(dòng)復(fù)位或調(diào)整。 6）變頻器具有欠壓保護(hù)，電壓值小于70%額定電壓時(shí)，變頻器動(dòng)作時(shí)間可設(shè)定（0秒-60秒），動(dòng)作方式至少有四種以上方式可供選擇。并且在電壓值低至額定電壓的65%時(shí)變頻器仍然可以降容運(yùn)行。 5 變頻控制裝置產(chǎn)品介紹 電廠工程2×300MW空冷機(jī)組的空冷系統(tǒng)軸流風(fēng)機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)裝置，共計(jì)采用60臺(tái)（套）普傳科技PI7000系列變頻器及其相應(yīng)附件。 PI7000F系列變頻器是普傳科技基于DSP實(shí)現(xiàn)高性能控制技術(shù)平臺(tái)推出的適用于各類風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載變轉(zhuǎn)矩應(yīng)用的變頻器。該產(chǎn)品通過國家權(quán)威機(jī)構(gòu)（國家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心和中國汽車技術(shù)中心檢驗(yàn)，符合GB12668國家標(biāo)準(zhǔn)特別是電磁兼容性的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，并通過省級(jí)科技成果鑒定，2006年列為國家火炬計(jì)劃重點(diǎn)新產(chǎn)品。功率范圍0.75kW到630kW，廣泛地應(yīng)用于各類工業(yè)，商業(yè)建筑的供水、通風(fēng)、暖通空調(diào)、水泥、供暖、市政、電廠等場合。 PI7000F系列變頻器作為專用變轉(zhuǎn)矩應(yīng)用變頻器，有著較高的技術(shù)性能指標(biāo)，如寬廣電壓范圍380V-15%～480V+10%, 50Hz-5%～60+5%，瞬態(tài)過轉(zhuǎn)矩達(dá)到130％的電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩（達(dá)60s），最大瞬態(tài)電流達(dá)到120％的電機(jī)額定電流60s（典型值）；最大頻率輸出范圍大2000Hz,，完全滿足各類變轉(zhuǎn)矩應(yīng)用性能要求。 PI7000F系列變頻器有著非常豐富的風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載專用應(yīng)用功能，如磁通優(yōu)化節(jié)能模式，2點(diǎn)或5點(diǎn)V/F曲線，拋物線V/F曲線，帶有速度檢測的自動(dòng)捕捉旋轉(zhuǎn)負(fù)載飛車啟動(dòng)，內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，具有預(yù)置PID給定，多段預(yù)置速度，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速電流限幅自適應(yīng)，自動(dòng)隨機(jī)調(diào)整開關(guān)頻率,可以有效地抑制電磁噪聲和諧振，根據(jù)不同速度電流限幅自適應(yīng)，流體負(fù)載有無檢測，零流量檢測，流量限幅，休眠喚醒功能等。 PI7000F系列變頻器標(biāo)準(zhǔn)配置可編程邏輯輸入和模擬輸入，兩個(gè)可編程繼電器輸出，一個(gè)可編程模擬輸入，更可通過擴(kuò)展卡增加更多的邏輯和模擬輸入輸出端子，以便靈活地進(jìn)行多地控制和監(jiān)控；其標(biāo)準(zhǔn)配置支持CAN協(xié)議。內(nèi)置EMC濾波器，還可安裝附加射頻干擾濾波器，可有效抑制電子干擾，使其不影響周圍的電氣設(shè)備。內(nèi)置直流電抗器，可以有效削弱變頻器產(chǎn)生的諧波電流至標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍之內(nèi)，從而不會(huì)對供電電網(wǎng)和設(shè)備產(chǎn)生不利影響。 6 結(jié)束語 空冷島設(shè)備對于保證火電機(jī)組的穩(wěn)定安全運(yùn)行起到重要作用，合理選擇變頻器及其配套系統(tǒng)，對于提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，保護(hù)電機(jī)，降低諧波，有著積極的意義，采用變頻控制空冷機(jī)組軸流風(fēng)機(jī)，也將以調(diào)節(jié)方便，安全及時(shí)等特點(diǎn)為空冷機(jī)組提供良好的運(yùn)營保障。根據(jù)規(guī)劃，在新增5600萬千瓦火電機(jī)組中有60％左右將在缺水的西部和華北地區(qū)，預(yù)計(jì)每年全部新增火電機(jī)組中將有50％左右將使用空冷器，即將有2800萬千瓦新增火電機(jī)組使用空冷器，對應(yīng)未來3年年均市場規(guī)模將高達(dá)80－100億元，變頻器應(yīng)用前景廣闊。