摘要：本文分析了高壓變頻器在電廠鍋爐風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用。實(shí)踐證明，高壓變頻器對(duì)降低除塵風(fēng)機(jī)的用電率、減少起動(dòng)電流、提高功率因數(shù)、改進(jìn)工藝水平、提高自動(dòng)化水平有很好的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；高壓變頻技術(shù)；電廠；鍋爐風(fēng)機(jī) 一、用戶(hù)概述 烏達(dá)電廠隸屬于中國(guó)華電集團(tuán)公司，現(xiàn)有2×150MW火力發(fā)電機(jī)組，屬于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，于2005年3月、6月正式發(fā)電投產(chǎn)，未來(lái)還將新建2×600MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。烏達(dá)地區(qū)盛產(chǎn)煤礦，該區(qū)域電廠發(fā)電成本較低，效益顯著。烏達(dá)熱電廠目前鍋爐的引風(fēng)機(jī)采用液粘調(diào)速器、一次風(fēng)機(jī)均采用風(fēng)門(mén)擋板調(diào)節(jié)方式。由于液粘調(diào)速器效率低下，故障率高，維護(hù)復(fù)雜；風(fēng)門(mén)擋板調(diào)節(jié)方式節(jié)流損失較大，現(xiàn)以鍋爐的這兩種風(fēng)機(jī)為改造對(duì)象對(duì)其變頻調(diào)速節(jié)能改造節(jié)電分析。 二、鍋爐風(fēng)機(jī)工藝 火電廠系統(tǒng)示意圖 一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)示意圖 烏達(dá)熱電廠鍋爐分別配置引風(fēng)機(jī)功率為1400kW兩臺(tái)，一次風(fēng)機(jī)功率為1800kW兩臺(tái)。由于機(jī)組較小又屬于熱電聯(lián)產(chǎn)，所以正常生產(chǎn)時(shí)，基本全天滿(mǎn)負(fù)荷穩(wěn)定生產(chǎn)運(yùn)行無(wú)變化，只是在大小修時(shí)，會(huì)因?yàn)橥t而減負(fù)荷運(yùn)行。電廠實(shí)行分時(shí)上網(wǎng)電價(jià)，峰價(jià)0.24元/kWh，谷價(jià)0.20元/kWh，均價(jià)0.22元/kWh。 鍋爐（ 145 MW負(fù)荷）風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù) 從上述表中可看出，由于上述風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)有一定裕度，風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度較小有較大裕量，正常生產(chǎn)過(guò)程中，風(fēng)門(mén)檔板兩側(cè)必定形成較大的風(fēng)壓差，造成較大的節(jié)流損失。 2、變頻改造系統(tǒng)描述 本次改造對(duì)上述風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，對(duì)一臺(tái)風(fēng)機(jī)新增一臺(tái)高壓變頻器，即總共配置2臺(tái)變頻器，將變頻器接入到原有的風(fēng)機(jī)電機(jī)與高壓開(kāi)關(guān)柜中。正常情況下，每臺(tái)變頻器拖動(dòng)單臺(tái)風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)行，其接線圖下圖所示（圖中QF為原高壓開(kāi)關(guān)）。 6kV電源經(jīng)變頻裝置輸入刀閘QS1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘QS2送至電動(dòng)機(jī)；6kV電源還可經(jīng)旁路刀閘QS3直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。進(jìn)出線刀閘和旁路刀閘的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開(kāi)進(jìn)出線刀閘QS2，將變頻裝置隔離，手動(dòng)合旁路刀閘QS3，在工頻電源下起動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。以上進(jìn)線柜刀閘與變頻裝置配套供貨。 注：QF保留用戶(hù)原高壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜，QS1、QS2、QS3與變頻器配套供貨。進(jìn)線柜的QS1、QS2機(jī)械互鎖、防止誤操作。 3、變頻器的可靠性設(shè)計(jì) 火力發(fā)電廠的風(fēng)機(jī)的運(yùn)行可靠性對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響至關(guān)重要，為此，變頻器本體在設(shè)計(jì)上從以下幾方面保障變頻器的可靠運(yùn)行。 （1）變壓器采用干式變壓器并配置自控風(fēng)冷 （2）采用功率單元串聯(lián)技術(shù)，用成熟的低壓變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)高壓變頻輸出 （3）采用特制的絕緣型材及板材，充分保證絕緣要求 （4）脈寬調(diào)制波形發(fā)生器采用FPGA硬件生成，避免了軟件死機(jī)的缺陷 （5）功率單元采用單元故障旁路措施，大大提高變頻器的整體可靠性 （6）控制與功率單元間采用光纖通訊，可靠性及抗干擾性大大提高 （7）邏輯控制采用西門(mén)子PLC及觸摸屏，極大提高了工作可靠性 （8）功率單元電力電子器件采用進(jìn)口品牌器件，并大裕量選型 （9）單元柜采用獨(dú)特的并聯(lián)風(fēng)道，配以德國(guó)原裝進(jìn)口風(fēng)機(jī) （10）控制回路電源采用雙電源，其中一路取自變頻器主回路，可自動(dòng)切換 （11）控制回路及旁路回路均配置高性能UPS，保證掉電15分鐘不影響正常工作 4、變頻改造后生產(chǎn)工藝控制 正常時(shí)，在控制室通過(guò)調(diào)節(jié)高壓變頻器的目標(biāo)給定頻率（通過(guò)4～20mA信號(hào)輸出到高壓變頻器）來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量。 異常時(shí)，即變頻器出現(xiàn)故障而又無(wú)法自動(dòng)排除時(shí)，變頻器自動(dòng)跳機(jī)，如為自動(dòng)工頻切換，則變頻器內(nèi)的操作為：QS2分真空接觸器，QS3自動(dòng)合真空接觸器，變頻器轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行；如為手動(dòng)工頻切換，則QS2分閘后，送一跳閘信號(hào)至開(kāi)關(guān)柜斷路器DL，使DL聯(lián)鎖跳閘，同時(shí)輸出一故障信號(hào)至中控室。 5、變頻改造后的優(yōu)點(diǎn) 風(fēng)機(jī)改用變頻器后，在降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行的同時(shí)，噪音可大幅度地降低，同時(shí)消除了因調(diào)節(jié)擋板控制風(fēng)量而造成的管網(wǎng)內(nèi)氣流紊亂和風(fēng)量調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確，以及管網(wǎng)振動(dòng)和爐膛燃燒不穩(wěn)等缺陷。 使用高壓變頻器后，風(fēng)機(jī)擋板不需要頻繁調(diào)整，擋板開(kāi)度保持在一個(gè)比較大的范圍內(nèi)，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的，滿(mǎn)足運(yùn)行工況的要求。風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行后，噪音、振動(dòng)都將大為減小。 在機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行方式下，如果風(fēng)機(jī)采用高效的變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)取代常規(guī)的定速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，無(wú)疑可節(jié)約大量的節(jié)流損耗，節(jié)電效果顯著，潛力巨大，這已是不爭(zhēng)的事實(shí)。 由于變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)本身具有軟起動(dòng)功能，可使電廠風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，避免了由于電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)引起的電網(wǎng)沖擊和機(jī)械沖擊，從而可以防止與此有關(guān)的一系列事故的發(fā)生。例如電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子籠條的疲勞斷裂，定子端部繞組絕緣損壞擊穿等重大事故，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行的可靠性。 在電力行業(yè)，對(duì)于許多高壓大功率的輔機(jī)設(shè)備推廣和采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，不僅可以取得相當(dāng)顯著的節(jié)能效果，是電廠節(jié)能降耗的一個(gè)有效的途徑，而且也得到國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的支持，代表了今后電力行業(yè)節(jié)能技改的方向，目前電力行業(yè)越來(lái)越多的人員對(duì)此都已形成廣泛共識(shí)。 采用變頻調(diào)速改造后，由于對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)真正的軟啟動(dòng)，對(duì)電機(jī)、擋板、高壓開(kāi)關(guān)、軸承等設(shè)備以及電網(wǎng)的啟動(dòng)沖擊大大減少，它們的使用壽命得以延長(zhǎng)，可以大幅度節(jié)省這些設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。另外，變頻器高精度寬范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速功能，不僅全面滿(mǎn)足了電廠峰荷動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的需要，而且變頻器屬于高度智能化的新型高科技設(shè)備，可與電廠DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)縫連接，提高生產(chǎn)效率和機(jī)組自動(dòng)化水平，大大改善電廠的工作和生產(chǎn)環(huán)境。 三、設(shè)備參數(shù) 1、電機(jī)銘牌數(shù)據(jù) （1）鍋爐引風(fēng)機(jī) 電機(jī)型號(hào)：YKK630-2-6 電機(jī)功率：1400kW 額定電壓：6kV 額定電流：164.2A 功率因數(shù)：0.86 額定轉(zhuǎn)速：990r/min 調(diào)節(jié)方式：液粘調(diào)速器（轉(zhuǎn)速比為90％） 輸入轉(zhuǎn)速990 r/min，輸出轉(zhuǎn)速要求900 r/min左右 液粘調(diào)速器 型號(hào)：NT－14C 額定扭矩：14000NM 輸入轉(zhuǎn)速：1000 r/min 調(diào)速范圍：30～100％ （2）鍋爐一次風(fēng)機(jī) 電機(jī)型號(hào)：YKK630-4 電機(jī)功率：1800kW 額定電壓：6KV 額定電流：206A 功率因數(shù)：0.86 額定轉(zhuǎn)速：1495r/min 調(diào)節(jié)方式：風(fēng)門(mén)（百葉窗式閥門(mén)，顯示開(kāi)度為45％，但有兩片葉片已固定死全開(kāi)）簡(jiǎn)單換算后開(kāi)度為60％ 出口流量：10萬(wàn)m3/h 額定出口流量：195751m3/h 入口流量：13萬(wàn)m3/h 出口風(fēng)壓：24153Pa 2、風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)（廠方提供） （1）鍋爐（ 145 MW負(fù)荷）風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù) （2）年運(yùn)行時(shí)間： 7200小時(shí) （3）電價(jià)均價(jià)：0.22元/kWh 四、變頻改造效益分析 1、直接效益 湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司提供給內(nèi)蒙古華電烏達(dá)熱電股份有限公司的兩臺(tái)高壓變頻器（SH-HVF-Y6K/2000）在#1機(jī)發(fā)電量相同工況下，做了#1爐引風(fēng)機(jī)在變頻條件和＃1爐引風(fēng)機(jī)在工頻條件下耗電量對(duì)比試驗(yàn)。詳細(xì)試驗(yàn)情況如下： ＃1爐引風(fēng)機(jī)在工頻條件下耗電：（查原始報(bào)表得知） 運(yùn)行時(shí)間： 2006-8-18（2：00～8：00） 發(fā)電量：875700KWh 甲引風(fēng)機(jī)耗電：6120KWh 乙引風(fēng)機(jī)耗電：5400 KWh ＃1爐引風(fēng)機(jī)在變頻條件下耗電：（查當(dāng)日?qǐng)?bào)表得知） 運(yùn)行時(shí)間： 2006-11-29（2：00～8：00） 發(fā)電量：875700KWh 甲引風(fēng)機(jī)耗電：4320KWh 乙引風(fēng)機(jī)耗電：4320 KWh 節(jié)能計(jì)算： 工頻條件下：#1機(jī)發(fā)電量平均為14.5萬(wàn)千瓦/小時(shí)的2臺(tái)引風(fēng)機(jī)平均每小時(shí)耗電量為：（6120+5400）/6=1920 KWh 變頻條件下：#1機(jī)發(fā)電量平均為14.5萬(wàn)千瓦/小時(shí)的2臺(tái)引風(fēng)機(jī)平均每小時(shí)耗電量為：（4320+4320）/6=1440 KWh 平均每小時(shí)的節(jié)電量=1920-1440=480 KWh 年節(jié)電量=480×24×300=3456000 KWh （年正常運(yùn)行時(shí)間按300天計(jì)算） 年節(jié)電收益=3456000×0.24=82.94萬(wàn)元 （電價(jià)按每度電0.24元計(jì)算） 備注：在此計(jì)算過(guò)程中沒(méi)有考慮供暖，按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況1爐在8月份沒(méi)有供暖，11月份有供暖。即工頻條件時(shí)的實(shí)際負(fù)載沒(méi)有變頻條件時(shí)負(fù)載大，如將其考慮進(jìn)去節(jié)電量遠(yuǎn)大于現(xiàn)運(yùn)算的節(jié)電量。同時(shí)變頻器在發(fā)電量越低時(shí)節(jié)電效果越明顯。故以上運(yùn)算的節(jié)電量為最低值。 2、其它間接收益 A、由于高壓變頻器卓越的軟啟動(dòng)/停止功能（可以零轉(zhuǎn)速啟動(dòng)），大大減小了啟動(dòng)沖擊電流對(duì)電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)的沖擊，有效減小了電機(jī)故障，從而大大延長(zhǎng)了電機(jī)的檢修周期和使用壽命，同時(shí)還有效避免了沖擊負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)的不利影響； B、由于變頻改造后，原調(diào)節(jié)閥門(mén)全開(kāi)，不需要再作任何調(diào)節(jié)，可延長(zhǎng)閥門(mén)使用壽命，減少檢修維護(hù)費(fèi)用。 C、由于變頻改造后，原液力偶合器取消，節(jié)省了液力偶合器的維護(hù)費(fèi)用。 D、由于高壓變頻器特有的平滑調(diào)節(jié)以及引風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，從而大大減少了風(fēng)機(jī)以及電機(jī)的機(jī)械磨損，同時(shí)降低了軸承、軸瓦的溫度，有效減少了檢修費(fèi)用，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。 E、由于采用自動(dòng)控制，進(jìn)一步提高了設(shè)備運(yùn)行控制和系統(tǒng)運(yùn)行管理的自動(dòng)化水平，從而真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，大大增強(qiáng)了運(yùn)行的安全可靠性。 F、變頻器對(duì)電機(jī)的保護(hù)功能齊全，大大提高了電機(jī)運(yùn)行的安全穩(wěn)定行。 總結(jié)： 湖北三環(huán)從1999年開(kāi)始進(jìn)入高壓變頻器領(lǐng)域，至今已有5個(gè)年頭了，目前在電力行業(yè)的應(yīng)用達(dá)到50多臺(tái)，為電力行業(yè)的節(jié)能環(huán)保做出了自己的貢獻(xiàn)。我們認(rèn)為目前高壓變頻器正逐步取代液力耦合器的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，隨著高壓變頻器的大規(guī)模應(yīng)用，性?xún)r(jià)比不斷提高，最終變頻器將會(huì)取代液力耦合器而成為電機(jī)調(diào)速的最佳選擇。