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1引言

陜西某火力發(fā)電有限公司有300MW循環(huán)流化床機組，于2015年8正式投產(chǎn)發(fā)電。鍋爐采用1057t/h亞臨界循環(huán)流化床鍋爐，相比傳統(tǒng)的煤粉鍋爐，具有燃燒效率高、負(fù)荷適應(yīng)范圍廣、低溫燃燒具有脫硫脫硝功能等優(yōu)點。

電廠的發(fā)電負(fù)荷根據(jù)用電和用汽要求，通常在額定負(fù)荷的50%～100%之間進行調(diào)整、變化。發(fā)電機輸出功率的變化，鍋爐系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備也要隨著負(fù)荷的變化作相應(yīng)的調(diào)整。鍋爐的送風(fēng)量相應(yīng)變化，一二次風(fēng)機出力調(diào)整通過液力耦合器調(diào)節(jié)。液力耦合器傳動效率低、維護保養(yǎng)成本高，特別是在低負(fù)荷運行時，電動機輸出功率有大量的能耗損失。同時異步電動機在啟動時啟動電流一般達到電動機額定電流的5～8倍，對電動機、動力電纜造成較大沖擊，對廠用電系統(tǒng)穩(wěn)定運行也有一定的影響，同時強大的沖擊轉(zhuǎn)矩和沖擊電流，縮短了電動機和機械的使用壽命。通過大量應(yīng)用表明，應(yīng)用高壓變頻調(diào)速裝置來改變電機轉(zhuǎn)速，滿足不同負(fù)載的工藝要求，是解決以上矛盾的有效手段。

為了降低廠用電率，減少機組運行成本，提升自動化控制，該電廠領(lǐng)導(dǎo)決定對發(fā)電機組鍋爐輔機一次風(fēng)機、二次風(fēng)機進行變頻改造。經(jīng)過招投標(biāo)，決定采用新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的2800kW/6kV（2套）、3600kW/6kV（2套）高壓變頻器分別拖動一次風(fēng)機和二次風(fēng)機。改造取得了成功。

2改造現(xiàn)場電機、液偶參數(shù)

2.1 一次風(fēng)機主要技術(shù)參數(shù)

2.2二次風(fēng)機主要技術(shù)參數(shù)

3節(jié)能原理

該機組一次風(fēng)機、二次風(fēng)機采用離心風(fēng)機，但實際運行效率并不高，其主要原因之一是風(fēng)機的調(diào)節(jié)性能差，二是運行點遠離風(fēng)機的最高效率點?；痣姍C組的一次風(fēng)機、二次風(fēng)機的風(fēng)量裕度分別為5%和7％左右，風(fēng)壓裕度分別為10%和13％左右。這是因為在設(shè)計過程中，很難準(zhǔn)確地計算出管網(wǎng)的阻力，并考慮到長期運行過程中可能發(fā)生的各種問題，所以把系統(tǒng)的最大風(fēng)量和風(fēng)壓富裕量作為選擇風(fēng)機型號的設(shè)計值。但風(fēng)機的型號和系列是有限的，選用不到合適的風(fēng)機型號，只好往大機號上靠。這樣，機組一次風(fēng)機、二次風(fēng)機的風(fēng)量和風(fēng)壓富裕度是比較大的。

該機組風(fēng)機的風(fēng)量與風(fēng)壓的富裕度以及機組的調(diào)峰運行，導(dǎo)致風(fēng)機的運行工況點與設(shè)計高效點相偏離，從而使風(fēng)機的運行效率大幅度下降。可見，一次風(fēng)機、二次風(fēng)機的用電量中，很大一部分是，因風(fēng)機的型號與管網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)不匹配及調(diào)節(jié)方式不當(dāng)，而被調(diào)消耗掉的。因此，改進離心風(fēng)機的調(diào)節(jié)方式是提高風(fēng)機效率，降低風(fēng)機耗電量的有效途徑。

表3通過大量的工程案例獲得的葉片式風(fēng)機在不同的流量和調(diào)節(jié)方式下的電量情況數(shù)據(jù)。

從節(jié)能的觀點來看，變頻調(diào)節(jié)方式為目前較佳調(diào)節(jié)方式，優(yōu)于液力耦合器調(diào)速。風(fēng)機采用變頻調(diào)速驅(qū)動后，機組的可控性提高了，響應(yīng)速度加快，控制精度也提高了。從而使整個機組的控制性能大大改善，不但改善了機組的運行狀況，還可以大大節(jié)約燃料，進一步節(jié)約能源。同時，采用變頻調(diào)節(jié)以后，可以有效地減輕葉輪和軸承的磨損，延長設(shè)備使用壽命，降低噪聲，大大改善起動性能。工藝條件的改善也能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。

4風(fēng)光牌JD-BP37系列高壓變頻系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

風(fēng)光牌JD-BP37系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標(biāo)遠小于IEEE519-1992的諧波標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。此次改造采用的風(fēng)光牌JD-BP37-2800/3600F高壓變頻器技術(shù)參數(shù)如表4所示。

5變頻改造控制方案

5.1方案簡述

該機組主要改造的分別是兩臺一次風(fēng)機(A、B側(cè))、兩臺二次風(fēng)機(A、B側(cè))。為保證電廠鍋爐系統(tǒng)和操作的安全性，變頻器采用工變頻手動轉(zhuǎn)換機型。

高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制系統(tǒng)具有就地監(jiān)控和遠方監(jiān)控兩種方式現(xiàn)場可選。在就地監(jiān)控方式下，通過變頻裝置上的觸摸式鍵盤和按鈕操作、控制器的LCD/LED顯示，可進行就地人工啟動、停止變頻裝置，可以調(diào)整轉(zhuǎn)速、頻率，就地控制窗口采用中文操作界面，功能設(shè)定、參數(shù)設(shè)定等均采用中文。在遠方監(jiān)控方式下，可通過自動控制系統(tǒng)（DCS）及手動操作器進行操作，操作簡單，并具備頻率、電機電流、電壓、頻率等參數(shù)的實時顯示及開、停等故障顯示功能。

高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)具有完善的自診斷和保護功能，具有輸入過壓、欠壓、過流保護，輸出相間短路、過流、單相接地、過載、過熱、IGBT擊穿或短路、單元故障、瞬時停電保護等保護并能聯(lián)跳輸入側(cè)進線開關(guān)，保護性能符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。變頻裝置還能提供電動機所需的過載、過流、過壓、欠壓、熱積累、缺相等保護。變頻裝置內(nèi)任何部分發(fā)生嚴(yán)重故障時，具有及時動作的保護功能，不會對電網(wǎng)和負(fù)載設(shè)備造成沖擊和損壞。

5.2 液力耦合器的改造

將鍋爐一、二次風(fēng)機原有液力偶合器整體拆除，電動機前移，新設(shè)計加工一套聯(lián)軸器，使電動機與風(fēng)機連接；拆除原有工作油泵及其管路系統(tǒng)，新設(shè)計增加油站系統(tǒng)及油泵電源控制系統(tǒng)。

液力耦合器改造前后的現(xiàn)場如圖1、圖2所示。

圖1液力耦合器改造前

圖2液力耦合器改造后

5.3變頻器散熱方案

在鍋爐風(fēng)機系統(tǒng)節(jié)能改造方案中，高壓變頻器屬于大型電子設(shè)備，使用了移相隔離變壓器及大功率高頻開關(guān)元件，這部分熱量占到2-3%左右，如果不采取措施妥善處理，可能會使變頻器運行環(huán)境溫度過高，影響變頻器的正常運行。為了使變頻器能長期穩(wěn)定和可靠地運行，變頻器安裝空-水冷裝置進行冷卻。

（1）空-水冷卻系統(tǒng)的工作原理

空-水冷卻系統(tǒng)是一種有效、節(jié)能、環(huán)保的冷卻系統(tǒng)，其應(yīng)用技術(shù)在國內(nèi)處于較先進地位。在高壓大功率變頻應(yīng)用中得到了廣泛的推廣應(yīng)用。該系統(tǒng)由于其采用完全機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，較空調(diào)等電力、電子設(shè)備而言具有明顯的安全可靠性。

空-水冷卻器的技術(shù)條件：

進水溫度：≤33℃

工作水壓：0.25MPa

出風(fēng)溫度：≤40℃

耗水量：降低1KWh所產(chǎn)生的熱量約需水量0.2～0.4m3/h。如圖3、4所示。

圖3 空-水冷裝置工作原理示意圖

圖4空-水冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

（2）系統(tǒng)安全性

設(shè)備整體安裝于高壓變頻器室墻外，采用風(fēng)道與變頻器的柜頂排氣口直接連接，提高了冷卻器的設(shè)備運行效率，能夠?qū)ψ冾l器排出的熱氣直接降溫處理。同時，避免冷卻水管線在高壓室內(nèi)布局出現(xiàn)破裂后漏水危及高壓設(shè)備運行安全的嚴(yán)重事故發(fā)生。在空-水冷系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中，為了防止空冷器出口側(cè)凝露使冷風(fēng)帶水排入室內(nèi)，對空-水冷系統(tǒng)的風(fēng)壓、風(fēng)速等指標(biāo)進行設(shè)計計算，保證良好的排壓情況下，運行安全穩(wěn)定。另外，為防止空冷器漏水后進入室內(nèi)，在空冷器的出口側(cè)設(shè)置了淋水板，當(dāng)漏水或有積水時，可以直接排向室外。同時，變頻器提供風(fēng)機、空冷器的故障報警檢測點，并通過綜合報警信號遠傳至DCS。完整的冷卻系統(tǒng)解決方案，有效降低了輔助系統(tǒng)的故障率以及對主要設(shè)備的運行安全影響程度。

5.4 頻系統(tǒng)改造主回路

一次風(fēng)機、二次風(fēng)機變頻系統(tǒng)改造主回路如圖5所示。

圖5變頻器旁路柜原理圖

主回路如圖5所示，一次風(fēng)機、二次風(fēng)機改造采用“一拖一”手動旁路。旁路柜在變頻器進、出線端增加了三個隔離刀閘，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。

當(dāng)風(fēng)機變頻運行時，在DCS界面上調(diào)節(jié)風(fēng)機頻率去調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，從而達到調(diào)節(jié)流量和風(fēng)量的目的。當(dāng)變頻器故障或檢修，可選擇手動方式切換至工頻運行。

6 風(fēng)機變頻改造效果

6.1節(jié)能計算

陜西某火力發(fā)電廠該爐變頻改造工程于2018年10月下旬一次成功投運，至今運行正常，改造達到了預(yù)期目的。高壓變頻器現(xiàn)場運行如圖6所示。

圖6高壓變頻器現(xiàn)場運行

6.1.1風(fēng)機工頻運行數(shù)據(jù)

風(fēng)機工頻運行數(shù)據(jù)（液耦調(diào)速）如表5所示。

6.1.2風(fēng)機變頻運行數(shù)據(jù)

風(fēng)機變頻運行數(shù)據(jù)如表6所示。

6.1.3  直接經(jīng)濟效益

由表7可知，一次風(fēng)機、二次風(fēng)機使用4臺高壓變頻調(diào)速改造后，與液力耦合調(diào)節(jié)相比較，經(jīng)計算，按發(fā)電價0.2元/kW?h，設(shè)備年運行6000h計算，4臺變頻器全年共節(jié)約280萬元。

6.2其他效果

（1）風(fēng)機變頻改造后，電機實現(xiàn)了真正的軟啟動，消除了對電網(wǎng)和負(fù)載的沖擊，避免產(chǎn)生操作過電壓而損傷電機絕緣，延長了電動機和風(fēng)機的使用壽命。

（2）采用變頻調(diào)節(jié)，節(jié)省了液力偶合能量損耗，且能均勻調(diào)速，滿足生產(chǎn)需要，節(jié)約大量的電能。

（3）低負(fù)荷下轉(zhuǎn)速降低，減少了機械部分的磨損和振動，延長了風(fēng)機大修周期，從而節(jié)省了大量的檢修費用。

（4）具有控制精度高、抗干擾能力強、諧波含量小的特點，且有完善的保護功能，有利于電動機和風(fēng)機的安全運行。

7結(jié)束語

高壓變頻器在陜西某火力發(fā)電廠該機組輔機的調(diào)速改造中應(yīng)用是成功的。高壓變頻器的先進性、可靠性已得到許多工業(yè)應(yīng)用的證實。在各行各業(yè)，對于許多高壓大功率的風(fēng)機水泵設(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，而且也得到國家產(chǎn)業(yè)政策的支持。