摘要：本文介紹了風光牌高壓變頻器在廣西信發(fā)鋁電有限公司電廠送風機上的應用情況。應用結果表明，采用 變頻器對電廠送風機設備進行調速節(jié)能改造，具有良好的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：風光高壓變頻器電廠送風機節(jié)能

Abstract:ThispaperdescribestheapplicationsofFengguangbrandhigh-voltageinvertersonblowersinGuangxiXinfaAluminum&Co..Theapplicationresultsshowthatthefrequencyofthepowerplantequipmentblowerspeedenergysaving,withgoodeconomicandsocialbenefits.

Keywords:Fengguangbrandhigh-voltageinverterPowerblowerEnergy

1.引言

火力發(fā)電廠在生產過程中，當發(fā)電負荷發(fā)生變化時，需要對鍋爐燃燒工況進行調節(jié)。具體調節(jié)方法是通過改變鍋爐的給煤量、風量、給水量來進行調節(jié)。而相當長時間內各電廠水量、風量的調節(jié)一般是通過改變閥門或擋板的開度來實現(xiàn)的，但這種調節(jié)方式屬于節(jié)流調節(jié)，在運行中這種調節(jié)方式存在許多問題。

2.送風機節(jié)流調節(jié)方式存在的問題

（1）節(jié)流調節(jié)方式浪費電能。

鍋爐在設計時，選用風機的額定容量通常大于實際需要量，其配套拖動電機的額定容量則更大。實際運行時不得不關小風門進行節(jié)流調節(jié)。在節(jié)流過程中，風機特性曲線不變，轉速不變，僅僅依靠關小風門，人為增加管道阻力來減小流量。風門開度減小，阻力損失相應增加，但系統(tǒng)輸入功率并無減小，而是白白損失在節(jié)流過程中。

（2）節(jié)流調節(jié)的系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度差。

由于風門的檔板開度與流量的非線性關系，加上執(zhí)行機構機械傳動間隙的影響，檔板開度調節(jié)既不靈敏又不精確，無法實現(xiàn)流量的快速、準確調節(jié)。

（3）節(jié)流調節(jié)運行費用大。

在節(jié)流調節(jié)方式中，風機長期處于高速、大負載下運行，消耗電能大，維護工作量大，設備壽命低，并且運行現(xiàn)場噪音大。

3.高壓變頻調速技術的作用和節(jié)能原理

異步電動機的變頻調速是通過改變定子供電頻率f來改變同步轉速而實現(xiàn)調速的，在調速中從高速到低速都可以保持較小的轉差率，因而消耗轉差功率小，效率高，是異步電動機最為合理的調速方法。目前，變頻調速已成為異步電動機最主要的調速方式，在很多領域都獲得了廣泛的應用。

高壓變頻調速具有如下顯著的優(yōu)點：

(1)高效節(jié)能：含變壓器在內的整機效率在96％以上，可減少由負載檔板或閥門調節(jié)方式導致的節(jié)流損失。

(2)提高功率因數(shù)：目前單元級聯(lián)式的高壓變頻器，其輸入電流諧波含量小于國家標準的限制要求，功率因數(shù)可保證在0.95以上，輸入功率因數(shù)大大提高，無需投資功率補償設備，并可降低有關的設備投資與維護費用。

(3)軟啟、軟停：減少對電網和負載的沖擊，延長電機等設備的使用壽命。采用變頻調速后，可以實現(xiàn)軟起動和軟制動，幾乎不產生沖擊，正常運行時又大多低于電機額定轉速，可大大延長電機定子、轉子軸及軸承等電氣與機械壽命。

（4）節(jié)能效果明顯。

對風機而言，流體力學有以下原理：輸出風量Q與轉速n成正比；輸出壓力H與轉速n的平方成正比；輸出軸功率P與轉速n的立方成正正比；即：

風機特性如圖1所示。風機工作在A點時，其功率為PA=H1×Q1／102；風機工作在B點時，其功率為PB=H2×Q2／102。因Q2H1，故PA與為PB的值變化較大，說明采用變工頻工作方式時，改變風機的風量，風機的軸功率減小很大，節(jié)能效果顯著。

圖1 風機特性曲線圖

當風機風量需要改變時，如調節(jié)風門的開度，則會使大量電能白白消耗在擋板及管路系統(tǒng)阻力上。如采用變頻調速調節(jié)風量，可使軸功率隨流量的減小大幅度下降?？梢?，通過變頻對風機進行改造，可以實現(xiàn)節(jié)能，且節(jié)能空間可觀。

4.電廠送風機應用高壓變頻調速技術實例

廣西信發(fā)鋁電有限公司電廠有3臺155MW發(fā)電機組（汽機），4臺520t/h鍋爐。每臺鍋爐配備兩臺離心式送風機，每臺送風機參數(shù)相同，以3#爐甲送風機為例介紹，其拖動電機基本參數(shù)如表1所示，靠改變風機風門的開度來調節(jié)風量。風機的效率低，損耗大，尤其風量小時，效率極低。

為了降低廠用電率，減少發(fā)電成本，公司電廠領導決定在3#、4#發(fā)電機組4臺送風機上采用山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產的4套1000kW/6kV高壓變頻器對3#、4#發(fā)電機組送風機分別進行改造。

4.1送風機變頻控制方案

變頻調速系統(tǒng)本體操作方面，采用RS485通訊，DCS控制和監(jiān)控，提高了系統(tǒng)的安全性能。通過目前電廠已有的DCS對高壓變頻器運行狀態(tài)進行控制，通過RS485通訊多地對高壓變頻器運行參數(shù)進行監(jiān)控。

送風機變頻器受DCS控制時分自動和手動兩種方式。手動狀態(tài)時，運行操作人員通過改變DCS操作畫面控制變頻器轉速，實現(xiàn)煙氣含氧量的調節(jié)。自動控制時，正常情況下，變頻風機作為運行風機長期運行，調節(jié)器發(fā)出風門全開指令，由變頻器接受遠程調節(jié)器的自動轉速控制信號，調整風機轉速滿足機組不同負荷的要求。當變頻器故障跳閘時，經判斷為變頻器內部故障，而送風機、電動機均正常的情況下，可以手動切換到工頻狀態(tài)，最大可能地降低變頻器跳閘后工頻運行對系統(tǒng)的影響。

當單臺變頻器故障跳閘時，系統(tǒng)聯(lián)跳變頻器上口的高壓開關，由送風機原有的連鎖動作邏輯實現(xiàn)單側送風機掉閘，鍋爐聯(lián)跳單側引風機，實現(xiàn)了機爐自動降負荷的控制邏輯。爐膛負壓自動調節(jié)系統(tǒng)通過狀態(tài)前饋控制自動提高另一臺送風機的轉速，并延時關閉跳閘送風機的擋板，從而減小單臺送風機掉閘對爐膛負壓值產生的擾動影響。

4.2風光高壓變頻調速系統(tǒng)

廣西信發(fā)鋁電公司電廠3#、4#發(fā)電機組配置送風機4臺，送風機改造選用風光JD-BP37-1000F高壓變頻器4臺、并配置自動旁路柜，用于變頻/工頻切換。采用“一拖一”變頻控制。風光JD-BP37-1000F變頻器參數(shù)如表2所示。

4.3變頻改造主回路

廣西信發(fā)鋁電公司電廠3#、4#爐送風機采用4套JD-BP37-1000F（1000kW/6kV）高壓變頻調速系統(tǒng)進行調速控制。4臺送風機改造主回路相同，以3#爐甲送風機為例系統(tǒng)改造主回路如圖2所示。

圖2  3#爐甲送風機旁路柜原理圖

原來2臺鍋爐送風機全部采用工頻運行，對4臺送風機增設變頻調速裝置，采用一拖一加自動旁路的方式。將原送風機風門調節(jié)的運行方式改為由變頻調節(jié)風機風量的運行方式。當變頻器故障或檢修，可選擇自動或手動方式切換至工頻運行。當送風機變頻運行時在DCS界面上調節(jié)風機頻率去調整風機轉速，從而達到調節(jié)風機風量的目的。

為了保證發(fā)電機組安全運行，送風機的動力系統(tǒng)旁路方案采用手動/自動控制方式。選擇手動控制方式時，在旁路手動狀態(tài)下，通過判斷，確認單側送風機跳閘的故障點是在變頻器本體，原有送風機動力系統(tǒng)沒有問題的情況下，可以將送風機手動恢復工頻運行方式，并將恢復工頻運行的送風機風門為工頻控制狀態(tài)，實現(xiàn)煙氣含氧量的調節(jié)，從而達到一臺引風機變頻調速，另一臺引風機風門調整下兩種不同的控制對象，仍然能夠實現(xiàn)機爐的全負荷響應的控制要求。

如選擇自動控制方式時，在旁路自動狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障且自動投入允許，系統(tǒng)將首先分斷變頻器高壓輸入、輸出開關，經過一定延時后，工頻旁路開關合閘，電機投入電網工頻運行。同時DCS邏輯將風量調節(jié)方式轉為工頻調節(jié)方式，此時運行人員參與調節(jié)，確保爐膛燃燒穩(wěn)定。

變頻器維修完成，系統(tǒng)恢復變頻器運行時，可以關閉送風機入口擋板，依靠單臺變頻送風機帶鍋爐50%～70%的負荷，將送風機切換至變頻運行方式，依托變頻器提供的飛車啟動功能，在送風機沒有完全停止的情況下恢復設備運行，從而大大減少機組減負荷的時間。

主回路如圖2所示，控制具體介紹如下，旁路柜在變頻器進、出線端增加了兩個隔離刀閘，以便在變頻器退出而電機運行于旁路時，能安全地進行變頻器的故障處理或維護工作。

旁路柜主要配置：三個真空接觸器（KM1、KM2、KM3）和兩個刀閘隔離開關K1、K2。KM2與KM3實現(xiàn)電氣互鎖，當KM1、KM2閉合，KM3斷開時，電機變頻運行；當KM1、KM2斷開，KM3閉合時，電機工頻運行。另外，KM1閉合時，K1操作手柄被鎖死，不能操作；KM2閉合時，K2操作手柄被鎖死，不能操作。

電機工頻運行時，若需對變頻器進行故障處理或維護，切記在KM1、KM2分閘狀態(tài)下，將隔離刀閘K1和K2斷開。

合閘閉鎖：將變頻器“合閘允許”信號串聯(lián)于KM1、KM2合閘回路。在變頻器故障或不就緒時，真空接觸器KM1、KM2合閘不允許；在KM1、KM2合閘狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障，則“合閘允許”斷開，KM1、KM2跳閘，分斷變頻器高壓輸入電源。

如變頻器發(fā)生隱患，變頻器發(fā)送“變頻器報警”信號至DCS，此時變頻器繼續(xù)運行，檢修人員可到本地根據(jù)變頻器報警信號的信息排除隱患。

4.4送風機變頻節(jié)能效果

鍋爐送風機變頻改造后至今運行一年多來，實現(xiàn)了電機軟啟動，減小了對電網的沖擊；減少了對設備的維護量，節(jié)約了維護費用；送風機變頻改造后，風門全開，由變頻實時調節(jié)風機風量，電機以及送風機轉速下降，系統(tǒng)效率得到提高；由于降低了送風機的轉速，設備噪聲大大降低，深受現(xiàn)場工作人員的歡迎。

為了考察變頻改造的效果，廠節(jié)能服務中心將工頻運行的2#機組送風機和變頻運行的3#、4#機組送風機進行比較，主要統(tǒng)計運行數(shù)據(jù)如表3、表4所示。三個機組負荷分別取主汽流量420t/h、502t/h兩種情況，三個機組均運行168h。

2#爐平均主汽流量=420.2t/h，3#爐平均主汽流量=421.5t/h，4#爐平均主汽流量=420.8t/h，三個機組負荷基本相同。與2#相比，3#爐引風機變頻運行7天節(jié)電54 176kW·h，耗電率降低0.35%；4#爐引風機變頻運行7天節(jié)電54 163kW·h，耗電率降低0.35%。在負荷基本相同的情況下，3#、4#爐送風機變頻運行耗電較2#爐送風機工頻運行節(jié)電30.43%。

2#爐平均主汽流量=502.2t/h，3#爐平均主汽流量=502.5t/h，4#爐平均主汽流量=502.8t/h，在負荷基本相同的情況下，3#、4#爐送風機變頻運行耗電較2#爐送風機工頻運行節(jié)電26.96%。

5.結束語

山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產的JD-BP37-1000F高壓變頻器在廣西信發(fā)鋁電公司電廠3#、4#爐送風機投運以來，其性能穩(wěn)定、節(jié)能效果明顯。鍋爐送風機隨著鍋爐出力和燃燒狀況進行實時調節(jié)，在提高工作效率的同時又得到極大的經濟效益，具有廣闊的推廣意義。