摘要:本文結合華能秦嶺電廠吸風機送風機的變頻改造項目，對高壓變頻器在火力發(fā)電廠的應用進行了分析。高壓變頻器不僅可以達到節(jié)能明顯的目的，更主要是風機調節(jié)性能好，同時也改善了風機和電動機啟動工況，延長了設備的使用壽命。
關鍵詞: 吸風機、節(jié)能、變頻調速裝置

1、引言
     華能秦嶺發(fā)電有限責任公司3#~#6鍋爐為直吹式煤粉爐設計出力為220MW，采用平衡通風法，鍋爐配有兩臺吸風機YC3552吸風機，額定風量1452116m3/h、全壓為5600Pa，配用Y2240-6/1430型電動機，額定功率2240kW、額定電壓6kV、額定電流271A，電機無調速裝置，靠改變風機擋板開度來調節(jié)風量；兩臺送風機型號G4-73-11NO29.5D額定風量649000m3/h、全壓為6693Pa，電動機型號YLB173/41-8/10，額定功率1250kW、額定電壓6kV、額定電144A，電機無調速裝置，靠改變風機擋板開度來調節(jié)風量。

3#鍋爐風機額定參數(shù)：

送風機和電機的額定參數(shù):

     發(fā)電廠的發(fā)電負荷一般在60%-100%之間變化，發(fā)電機輸出功率變化，鍋爐處理也要相應調整，鍋爐的送風量、吸風量相應變化，吸風機出力調整采用通過改變風機的擋板調節(jié)，用風門擋板調節(jié)截流損耗很大，尤其在鍋爐低負荷時，風機還可能產生喘振，異步電動機在啟動時啟動電流一般達到電機額定電流的8-10倍，對廠用電形成沖擊，同時強大的沖擊轉矩對電機和風機的使用壽命存在很大不利影響。當風機轉速發(fā)生變化時，其運行效率變化不大，其流量與轉速的一次方成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的三次方成正比，當風機轉速降低后，其軸功率隨轉速的三次方降低，驅動風機的電機所需的電功率亦可相應降低，所以調速是風機節(jié)能的重要途徑。采用變頻調速后可以實現(xiàn)對吸風機電機轉速的線性調節(jié)，通過改變電動機轉速使爐膛負壓、鍋爐氧量等指標與吸風機風量維持一定的關系。
     由于目前吸風機風量調節(jié)方式不能很好的滿足鍋爐燃燒能力及穩(wěn)定性運行需要，所以有必要對吸風機進行節(jié)能和調節(jié)性能改造，來滿足機組整體調節(jié)性能需要。
　　變頻調速裝置可以優(yōu)化電動機的運行狀態(tài)，大大提高其運行效率，達到節(jié)能目的。過去受價格、可靠性以及容量等因素的限制，在我國火力發(fā)電市場上一直未能得到更廣泛的應用。近年來，隨著電力電子器件、控制理論和計算機技術的迅速發(fā)展，變頻器的價格不斷下降，可靠性不斷增強，高壓大容量變頻器已經在發(fā)電廠輔機中得到廣泛應用。
     本次我廠3#鍋爐的吸風機和送上采用了四套高壓變頻裝置，利用變頻器來改變電動機的轉速，以此來調節(jié)吸風機和送風機的風量和風壓。按目前電廠3＃鍋爐兩臺吸風機運行實際情況，在機組滿發(fā)的情況下，吸風機運行電流為153A左右，送風機運行電流只有102A左右，為了保證高壓變頻器足夠的余量，我們按照電機額定電流來考慮，最終選定的吸風機高壓變頻器型號為SH-HVF-Y6K/2240、送風機該高壓變頻器高壓變頻器型號為SH-HVF-Y6K/1250為湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司制造，屬于系列電壓源型全數(shù)字控制變頻器，為高-高方式、采用H橋串聯(lián)方案。

2、風機運行節(jié)能分析
    按照流體機械的相似定律，風機、水泵的流量Q、壓頭(揚程)H、軸功率P與轉速n之間有如下比例關系：

     離心式風機在變速調節(jié)的 過程中，如果不考慮管道系統(tǒng)阻力R的影響，且風壓H隨流量Q成平方規(guī)律變化，則風機的效率可在一定的范圍內保持最高效率不變(只有在負荷率低于80％時才略有下降)。圖l示出了離心式風機不同調節(jié)方式耗電特性比較情況，

      圖2示出了采用調節(jié)門調節(jié)和轉速調節(jié)方式時風機的效率與流量曲線圖。

      由圖2可知：在風機的風量由100％下降到50％時，變速調節(jié)與風門調節(jié)方式相比，風機的效率平均高出30％以上。因而，從節(jié)能的觀點看，變速調節(jié)方式為最佳調節(jié)方式。

通過以上公式我們可以得出以下結論：
    當鍋爐負荷一定時，若風機系統(tǒng)的漏風率一定，風機效率、電機效率、傳遞效率基本不變時，系統(tǒng)的控制效率越高，電機所消耗的電功率越小。風機系統(tǒng)由原來的風門擋板調節(jié)改為變頻調節(jié)，系統(tǒng)的 ：控制效率得到顯著提高。

3、改造方案確定
3．1主回路設計
    為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時加裝工頻旁路裝置。變頻器異常時，變頻器不能正常運行，電機可以手動切換到工頻運行狀態(tài)下運行，以保證生產的需要；其原理圖如下：

    QF為甲方側高壓開關柜，由甲方提供；QS1、QS2、QS3由乙方與變頻器配套提供。高壓電源經用戶開關柜高壓開關QF到刀閘柜，經輸入刀閘QS1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經出線刀閘QS2送至電動機；高壓電源還可經旁路刀閘QS3直接起動電動機。進出線刀閘QS1、QS2和旁路刀閘QS3的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開出線刀閘QS2，再斷進線刀閘QS1，將變頻裝置隔離，手動合旁路刀閘QS3，在工頻電源下起動電機運行。QS1、QS2、QS3安裝在一個刀閘柜中與變頻裝置配套供貨。QS2與QS3之間通過機械閉鎖，防止誤操作。電機及用戶側高壓斷路器QF保留甲方原有設備。

3.2、控制方式
A：鍋爐吸風機以壓力為控制對象的閉環(huán)控制，根據鍋爐負荷，維持鍋爐壓力在—50Pa左右，以輸入的4～20mA模擬量值為控制依據，實現(xiàn)自動控制
b: 鍋爐送風機實現(xiàn)開環(huán)控制，根據鍋爐負荷和尾氣中的含氧量，
以上三種控制方式用戶可通過人機界面（觸摸屏）設置，滿足不同的工況要求
3.3對外接口
變頻調速系統(tǒng)進入甲方現(xiàn)有控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據生產情況，按設定程序實現(xiàn)電機轉速控制。
3.3.1、調速裝置提供的數(shù)字量輸出

以上所有數(shù)字量采用無源節(jié)點輸出，節(jié)點容量均為AC220V/5A。
3.3.2、調速裝置可提供的模擬量輸出

調速裝置可以提供兩路4～20mA的電流源輸出，帶負載能力均為250Ω
3.3.3、調速裝置所需求的數(shù)字量輸入

以上信號由遠端甲方來的控制信號，要求提供的信號點為干接點
3.3.4、調速裝置所需求的模擬量輸入

4、鍋爐控制邏輯改造
    在送風機高壓變頻改造造試運行行期間，由于對高壓變頻器主控芯片虛焊故障后使高壓斷路器跳閘，由于運行經驗不足，造成了鍋爐MFT動作，為此我們和高壓變頻器制造廠家湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司和DSC廠家共同研究后，對控制系統(tǒng)作了如下更改：

吸風機系統(tǒng)
    鍋爐的協(xié)調控制正常運行時通常采用鍋跟機的運行方式，一旦一側吸風機高壓變頻器因故障跳閘，則DCS控制系統(tǒng)
(1)、RB動作報警信號發(fā)出；
(2)、給粉機依次以18s間隔自動停運，給粉機停運后相應一次風門關至0%；
(3)、A(或B)吸風機高壓變頻器逐漸升到50Hz，并使電機運行電流小于額定電流，若吸風機電流接近額定電流，則吸風機高壓變頻器輸出頻率應適當降低。送風機高壓變頻器自動強降頻率10%，一次風擋板自動調節(jié)；
(4)、 DEH自動以目標值100%降到80%、減負荷速率30MW/min動作；
送風機系統(tǒng)

5、變頻改造效果
5.1、吸風機送發(fā)風機高壓變頻改造前后運行運行參數(shù)對比
現(xiàn)以3#鍋爐為例進行分析
5.2、風機變頻改造后頻運行參數(shù)

      在機組負荷率基本相同的情況下，吸風機工頻運行平均功率為1350KW,變頻運行時平均功率1150KW; 送風機工頻運行平均功率為900KW,變頻運行時平均功率525KW;單臺吸風機（2240kW/6kV）節(jié)能率15%，年節(jié)約電量約144萬kWh，如上網計算電費為0.4元/kWh、年節(jié)約電費約58萬元，吸風機高壓變頻器改造簡單回收期不超過3年。單臺送風機（1250kW/6kV）節(jié)能率42%，年節(jié)約電量約270萬kWh，年節(jié)約電費約108萬元，簡單回收期不超過2年；吸風機和送風機變頻器改造后廠用電率下降約0.5%，節(jié)電效果顯著。

6、間接效益
6.1、變頻改造后，實現(xiàn)電機軟啟動，啟動電流小于額定電流值，啟動更平滑。
6.2、電機以及負載轉速下降，系統(tǒng)效率得到提高，取得節(jié)能效果。大大減少了對設備的維護量，節(jié)約了人力物力資源。
6.3、由于電機以及負載采用轉速調節(jié)后，工作特性改變，設備工況得到改善，延長設備使用壽命。
6.4、功率因數(shù)由原來的0.85左右提高到0.95以上，不僅省去了功率因數(shù)補償裝置，而且減少了線路損耗。
6.5、廠房設備噪聲污染將降低。
6.6、能提高整個系統(tǒng)的自動化水平和工藝水平。
6.7、節(jié)能減排，減少了溫室氣體的排放，保護了環(huán)境。
6.8、負載改變頻后，由于變頻器采用單元串聯(lián)移相技術，因此在理論上可以消除35次以下諧波。由于實際制造工藝的限制，網側電壓諧波總含量可以控制在2％以內，電流諧波總含量小于2％。延長了電機的使用壽命。
6.9、變頻輸出采用PWM技術控制，輸出電壓波形基本接近正弦波，諧波總含量小于2％，上述指標均滿足IEEE-519國際電能質量諧波標準要求。延長了電機的使用壽命。

7、結束語
　　綜上所述，變頻裝置在電廠應用大有作為，是今后的技術發(fā)展方向，不僅是節(jié)能明顯，更主要是調節(jié)性能好，同時也改善了風機和電動機的使用壽命。隨著高科技技術發(fā)展趨勢，制造成本不斷下降，新的產品不斷問世，大大簡化了裝置的結構，減少了元器件，提高了變頻裝置的可靠性。但在吸風機和送風機的改造過程中應注意高壓變頻器的故障情況下的快速減負荷邏輯，為了提高高壓變頻器的可靠性應注意高壓變頻器的通風散熱。

參考文獻
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［2］  躍林  葉昭龍  300MW機組非協(xié)調方式下RB功能的實現(xiàn)
［3］　湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司高壓變頻器說明書