1引言

發(fā)電廠采用翅片管式的空冷散熱器，直接或間接用環(huán)境空氣來冷凝汽輪機的排汽，稱為發(fā)電廠空冷。采用空冷技術(shù)的冷卻系統(tǒng)成為空冷系統(tǒng)。采用空冷系統(tǒng)的汽輪機機組成為空冷機組。采用空冷技術(shù)的發(fā)電廠稱為空冷電廠。

發(fā)電廠空冷系統(tǒng)也稱干冷系統(tǒng)。它是相對于常規(guī)發(fā)電廠的濕冷系統(tǒng)而言。常規(guī)發(fā)電廠的濕冷冷卻塔（涼水塔）是把塔內(nèi)的循環(huán)水以“淋雨”方式與空氣直接接觸進(jìn)行熱交換的，其整個過程處于“濕”的狀態(tài)，其冷卻過程稱為濕冷系統(tǒng)。空冷發(fā)電廠的冷卻塔，其循環(huán)水與空氣是通過散熱器間接進(jìn)行熱交換的，整個過程處于“干”的狀態(tài)，所以空冷塔又成為干式冷卻塔或干冷塔。

發(fā)電廠空冷技術(shù)是一種節(jié)水型的火電發(fā)電技術(shù)。

電站空冷系統(tǒng)有三種冷卻形式：一種是直接空冷系統(tǒng)，冷卻元件主要是大口徑橢圓管套片型翅片管（簡稱雙排管）和大口徑扁管型翅片管（簡稱單排管）；第二種是混合凝汽式間接空冷系統(tǒng)，簡稱海勒式間接空冷系統(tǒng)，冷卻元件是福哥（forgo）型翅片管；第三種是表面凝汽式間接空冷系統(tǒng)，簡稱哈蒙式間接空冷系統(tǒng)，冷卻元件是小口徑橢圓管套片型翅片管。

隨著我國西部大開發(fā)、西電東送北通道的開通，我國北部地區(qū)的晉、陜、寧、蒙四省區(qū)的電力工業(yè)得到迅猛發(fā)展，而建設(shè)大型火力發(fā)電廠需要充足的冷卻水源。這些地區(qū)的優(yōu)勢是煤炭資源豐富，而劣勢是水資源匱乏，利用豐富的煤炭資源和有限的水資源發(fā)展火電工業(yè)，就需要采用新的冷卻方式來排除廢熱，直接空冷系統(tǒng)因其技術(shù)逐漸成熟，節(jié)水效果顯著，可調(diào)效果好，因此在我國山西、內(nèi)蒙古等產(chǎn)煤區(qū)所新建單機容量為300mw以上機組的電廠均采用空冷技術(shù)。

直接空冷系統(tǒng)，又稱空氣冷凝系統(tǒng)。直接空冷是指汽輪機的排汽直接用空氣來冷凝，空氣與蒸汽間進(jìn)行熱交換。所需冷卻空氣，通常由機械通風(fēng)方式供應(yīng)。直接空冷的凝汽設(shè)備稱為空氣凝汽器，它是由外表面鍍鋅的橢圓形鋼管外套矩形鋼翅片的若干個管束組成的，這些管束亦稱為散熱器。

直接空冷系統(tǒng)的流程圖如圖1所示。汽輪機排汽通過粗大的排汽管道送到室外的空冷凝汽器內(nèi)，軸流冷卻風(fēng)機使空氣流過散熱器外表面，將排汽冷凝成水，凝結(jié)水再經(jīng)泵送回汽輪機的回?zé)嵯到y(tǒng)。

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)，實現(xiàn)對這四套系統(tǒng)的自動檢測、自動調(diào)節(jié)、順序控制、自動保護(hù)等自動控制功能。

2直接空冷系統(tǒng)變頻風(fēng)機系統(tǒng)的組成

空冷凝汽器系統(tǒng)（簡稱acc）是由若干臺空冷凝汽器構(gòu)成，每臺空冷凝汽器配置一臺軸流風(fēng)機，建筑在高聳的空冷平臺上，1臺600mw國產(chǎn)空冷機組工程空冷系統(tǒng)的典型配置為8個單元共56臺空冷凝汽器，對應(yīng)軸流冷卻風(fēng)機配置：共有8個風(fēng)機單元，每個風(fēng)機單元有7臺132kw風(fēng)機，風(fēng)機直徑為8.7m左右，共56臺軸流冷卻風(fēng)機，其中每個風(fēng)機單元有兩臺為可逆風(fēng)機，共16臺可逆風(fēng)機。軸流冷卻風(fēng)機在一個水平平面內(nèi)布置，形成了龐大的軸流冷卻風(fēng)機群。

風(fēng)機電機均為變頻控制，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)機啟停及轉(zhuǎn)速，使汽輪機的排汽壓力保持恒定。

風(fēng)機電機均采用變頻控制除節(jié)能原因外，變頻調(diào)速控制還可以實現(xiàn)電動機“軟啟動”，即電動機在很低地頻率下（3～5hz）和電壓下啟動，逐漸提高電源的頻率和電壓，控制電動機在小于1.1倍額定電流下無沖擊啟動，以這種方式經(jīng)常啟動是風(fēng)機所允許的。另外風(fēng)機的轉(zhuǎn)速可以在（30%～110%）額定轉(zhuǎn)速運行，調(diào)節(jié)方便，滿足在各種氣象條件下機組運行工況的要求。風(fēng)機經(jīng)常在需要的低轉(zhuǎn)速下運行，噪聲和磨損都比額定轉(zhuǎn)速低，有利于環(huán)境保護(hù)，降低維修費用并延長了空冷器的壽命。

3風(fēng)機變頻控制裝置的設(shè)計選型要求

（1）變頻器頻率范圍在旋轉(zhuǎn)速度的0%～110%之內(nèi)。要將滿足完全風(fēng)機驅(qū)動系統(tǒng)的運行和由電機、齒輪箱、電纜及濾波器導(dǎo)致的功率損失考慮在內(nèi)。

（2）變頻器的設(shè)計考慮風(fēng)機和電機的反向旋轉(zhuǎn)，通過正反轉(zhuǎn)切換端子實現(xiàn)風(fēng)機和電機的正向和反向旋轉(zhuǎn)。

（3）變頻器安置在一個就地控制柜內(nèi)，柜體型號為標(biāo)準(zhǔn)ggd柜改型。柜內(nèi)包括主回路和控制回路與控制裝置（dcs）連接的用戶接線端子、輸入輸出濾波器、保險絲、電流接觸器、控制電路變壓器及所有提供必要功能的設(shè)備。

（4）機柜的外殼防護(hù)等級，控制室內(nèi)為ip32，機柜門采用一定的措施，以提高射頻干擾（rfi）能力，機柜設(shè)計滿足電纜由柜底或柜頂引入的要求，機柜內(nèi)端子排布置在易于安裝接線的地方。

（5）在就地控制室變頻器操作板上可對電機進(jìn)行就地控制。led屏和lcd屏同時顯示，lcd屏可進(jìn)行中英文顯示切換。

（6）就地控制柜的設(shè)計時要考慮到由功率損失會引起的冷卻和散熱，且保證氣流不被內(nèi)置的裝置阻隔。在控制柜的上部安裝軸流風(fēng)機，每小時換氣次數(shù)不少于為400次。

（7）變頻器選型考慮風(fēng)機的二次力矩曲線。

（8）風(fēng)機電機裝有2個正溫度系數(shù)熱敏電阻（ptc）用于電機的熱保護(hù)。ptc由變頻器檢查，且當(dāng)高溫時電機的運行被切斷。

（9）考慮變頻器與風(fēng)機驅(qū)動電機之間電纜的類型及長度等局部情況。變頻控制裝置在任何情況下都能滿足風(fēng)機驅(qū)動軸上的總機械扭矩及功率值。

（10）采用直流制動方式，能夠使風(fēng)機的轉(zhuǎn)動隨變頻器啟動（在兩方向上飛速重啟）。采用磁通控制技術(shù)，通過控制磁通電流和輸出頻率，動態(tài)控制剩磁的釋放，使正向運行風(fēng)機平穩(wěn)、無沖擊迅速反方向重啟。

（11）局部操作及儀表板功能

在就地控制柜給出的局部操作儀表板提供交流電機調(diào)試的修改鍵。

所有有關(guān)電的數(shù)值，構(gòu)造參數(shù)，輸入/輸出賦值，應(yīng)用及行為功能的入口，故障局部控制，調(diào)試儲存，自檢及診斷都以操作員語言及簡明的英語表示。

控制柜具備以下專用操作員控制裝置：

手動-切斷-自動轉(zhuǎn)換器

手動速度電位器

電源接通指示器

變頻器運行指示器

變頻器故障指示器

（12）自動模式或手動運行指示器到中央控制系統(tǒng)的接口（見表1）

表1變頻器提供的輸入/輸出控制接口表

交流電機在自動模式中通過中央控制系統(tǒng)控制。這樣在正常運行模式中無需任何局部操作。

啟動、運行模式及停車順序等所有功能都由中央控制室操縱。為滿足這些要求，變頻器控制柜提供以下相關(guān)的交換信號。

數(shù)字輸入輸出的控制電源為24vdc。

模擬信號，用于給定頻率和實際頻率，為4～20ma。

補充及任選的信號交換由profibus、modebus等系統(tǒng)的接口通信系統(tǒng)執(zhí)行。

所有的信號都為絕緣（獨立電位）。保護(hù)內(nèi)部電源供應(yīng)，可防不正確的連接或短路。

（13）抑制諧波的措施

變頻器系統(tǒng)的設(shè)計適用于工業(yè)環(huán)境且不影響其他用電設(shè)備。可把諧波電流排除或減小到最低。使風(fēng)電機電流非常接近正弦波。滿足國際電工委員會制定的iec61800-3標(biāo)準(zhǔn)。

3.1為防護(hù)電源對變頻器的影響，保護(hù)變頻器和抑制高次諧波，在下列情況下，應(yīng)配置直流電抗器。

當(dāng)給變頻器供電的同一電源節(jié)點上有開關(guān)式無功補償電容器屏或帶有可控硅相控負(fù)載時，因電容器屏開關(guān)切換引起的無功瞬變致使網(wǎng)壓突變和相控負(fù)載造成的諧波和電網(wǎng)波形缺口，有可能對變頻器的輸入整流電路造成損害。

當(dāng)變頻器供電三相電源的不平衡度超過3%時。

當(dāng)要求提高變頻器輸入端功率因數(shù)到0.93以上時。

當(dāng)變頻器接入大容量變壓器時，變頻器的輸入電源回路流過的電流有可能對整流電路造成損害。一般情況下，當(dāng)變頻器供電電源的容量大于550kva以上時，或者供電電源大于變頻器容量的10倍時，變頻器需要配置直流電抗器。

3.2交流輸入電抗器

當(dāng)電網(wǎng)波形畸變嚴(yán)重，或變頻器在配置直流電抗器后，變頻器和電源之間高次諧波的相互影響還不能滿足需求時，可增設(shè)交流輸入電抗器。交流輸入電抗器還可提高變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)。

3.3交流輸出電抗器

當(dāng)變頻器到電機的連線超過80米時，建議采用多絞線并安裝可抑制高頻振蕩的交流輸出電抗器。避免電機絕緣損壞、漏電流過大和變頻器頻繁保護(hù)。

3.4輸入側(cè)emi濾波器

可選配emi濾波器來抑制從變頻器電源線發(fā)出的高頻噪聲干擾。

3.5輸出側(cè)emi濾波器

可選配emi濾波器來抑制變頻器輸出側(cè)產(chǎn)生的干擾噪聲和導(dǎo)線漏電流。

3.6接地干線安裝一個干線側(cè)rfi濾波器（ce濾波器）。在變換器附近，電機，電機屏蔽及濾波器元件之間，一個好的hf（高頻）對于ce濾波器的生效是非常必要的。

3.7在風(fēng)機電機上由變頻器運行引起的附加噪聲輻射，

與直接電機運行模式比較小于3db。變頻器出口到電機的專用濾波器在容許的聲能級增長的范圍之內(nèi)。在運行頻率的整個范圍（0～110%等于0～55hz）及所有負(fù)載條件下滿足這個條件。

4空冷風(fēng)機控制邏輯及轉(zhuǎn)速級配置表

空冷凝汽器（acc）系統(tǒng)的自動控制是以優(yōu)化的熱力計算結(jié)果為依據(jù)，按發(fā)電機組熱力計算的研究結(jié)果，以及工藝管道的布置結(jié)構(gòu)，對風(fēng)機的控制進(jìn)行合理的風(fēng)機轉(zhuǎn)速級配置。根據(jù)風(fēng)機轉(zhuǎn)速級配置圖，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速，使汽輪機的排汽壓力保持在一個設(shè)定值的范圍內(nèi)。

一個最低轉(zhuǎn)速設(shè)定值（當(dāng)風(fēng)機由變頻器控制時）是用來保護(hù)風(fēng)機的電機的。通過變頻器的控制，風(fēng)機會在最低和最高轉(zhuǎn)速之間以無級變速運行，或者在低蒸汽負(fù)荷的條件下停機。

4.1風(fēng)機排列配置圖見圖2

圖2中，a為在第a排配汽管道上的隔離閥；b為在第b排配汽管道上的隔離閥；c為在第c排配汽管道上的隔離閥；d為在第d排配汽管道上的隔離閥；e為在第e排配汽管道上的隔離閥；f為在第f排配汽管道上的隔離閥；g為在第g排配汽管道上的隔離閥；h為在第h排配汽管道上的隔離閥；c為順流凝汽管束/風(fēng)機；d為逆流凝汽管束/風(fēng)機。

4.2控制邏輯及轉(zhuǎn)速級配置表（見表2、3）

表2隔離閥的閘板位置

風(fēng)機轉(zhuǎn)速級變化的條件：

在正常運行期間，當(dāng)環(huán)境溫度不低于+2℃時，acc是在第6轉(zhuǎn)速級運行的。風(fēng)機的轉(zhuǎn)速將根據(jù)實際的汽輪機排汽壓力與設(shè)定值之間的偏差進(jìn)行調(diào)整。

僅當(dāng)環(huán)境溫度低于+2℃時，風(fēng)機轉(zhuǎn)速才會按照風(fēng)機轉(zhuǎn)速級配置表進(jìn)行調(diào)整。

4.3特殊運行工況

防凍（僅當(dāng)環(huán)境溫度低于+2℃時實施）保護(hù)的設(shè)置：

條件：當(dāng)環(huán)境溫度《+2℃時，并且，當(dāng)某風(fēng)機排的凝結(jié)水溫度《+20℃時；滿足條件后，該排的順流風(fēng)機將被停機此時，在操作臺上將顯示“防凍保護(hù)啟動”。

設(shè)置到正常運行方式：

條件：當(dāng)環(huán)境溫度》+5℃時，或者，當(dāng)某風(fēng)機排的凝結(jié)水溫度》35℃時；滿足條件后，該排的順流風(fēng)機將被啟動，其轉(zhuǎn)速將按照逆流風(fēng)機的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整。

此時，在操作臺上的“防凍保護(hù)啟動”的顯示將消失。

4.4逆流凝汽管束的回暖

在正常運行期間并且當(dāng)環(huán)境溫度低于某一結(jié)霜（在從水蒸氣變成固態(tài)時形成的松散的冰顆粒）點時，在逆流凝汽管束的上部會發(fā)現(xiàn)結(jié)霜，這是由于那里有不可凝氣體的過冷現(xiàn)象發(fā)生。

如果這種狀況持續(xù)一段時間，就可能會逐漸地堵塞逆流凝汽管束的下端，并且妨礙不凝氣體的排出。

回暖作為一種保護(hù)措施，逆流凝汽管束的風(fēng)機必須在一定的運行時間間隔內(nèi)停機5分鐘，以便逆流凝汽管束被再次回暖，從而融化可能已經(jīng)形成的冰凍。

當(dāng)“防凍保護(hù)”功能被投入時，逆流凝汽管束回暖功能將不被投入。

5結(jié)束語

因空冷風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)中變頻器應(yīng)用環(huán)境及性能要求較為苛刻，能否長期穩(wěn)定運行關(guān)系到電廠能否正常發(fā)電，建議選用國際技術(shù)領(lǐng)先品牌高端產(chǎn)品，如abb、ab、丹佛斯、歐陸、sew等品牌產(chǎn)品。