摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，資源約束的矛盾日益凸顯，建設(shè)節(jié)約型社會，進行節(jié)能降耗技術(shù)改造，已成為各發(fā)電企業(yè)的積極努力的方向。本文詳細介紹了中電投某電廠引風機變頻改造設(shè)計與運行情況，并對改造后的經(jīng)濟效益進行了分析。運行結(jié)果證明在火電廠輔機中利用高壓變頻技術(shù)具有卓越的技術(shù)性能和顯著的經(jīng)濟效益，具有很好的推廣應(yīng)用價值。

一、概述

發(fā)電廠既是電能的生產(chǎn)者，又是電能的用戶和消費者，我國的發(fā)電能源構(gòu)成中，火電占70%以上，而一般的火電機組，其廠用電一般占發(fā)電量的4%～7%，拖動大容量風機、水泵類輔機的高壓廠用電動機的耗電量占廠用電的80%左右。由于電力體制改革中廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)等事物的出現(xiàn)，電廠的發(fā)電煤耗、廠用電率已成為發(fā)電廠考核的重要指標，直接關(guān)系到電廠的經(jīng)濟效益和企業(yè)競爭力。而風機、水泵類輔機的變速調(diào)節(jié)所起到的節(jié)能效果可顯著地降低廠用電和發(fā)電成本，因此選擇合適的高壓廠用電動機調(diào)速系統(tǒng)成為電廠節(jié)能工作的當務(wù)之急。

二、變頻器調(diào)速節(jié)能原理

異步電動機的轉(zhuǎn)速n與頻率f、電動機轉(zhuǎn)差率s、電動機磁極對數(shù)p有以下關(guān)系：

N＝60f(1-s)/p

由以上公式可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，同時電動機的輸出功率也會發(fā)生變化，n與f之間呈線性關(guān)系，當f在0～50Hz變化時，轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍是非常寬的。當負荷變化而引風機轉(zhuǎn)速降低時，則輸出功率也隨之遞減，而變頻器就能較好的解決這一問題，達到節(jié)能的目的。

三、改造方案

2015年7月托中電投某電廠對1×300MW機組的引風機進行高壓變頻調(diào)速改造，本次改造對機組一臺電動機進行改造，采用一拖一自動隔離方式，引風機電動機可采用工、變頻兩種方式運行。經(jīng)過對比分析，選用深圳英威騰電器股份有限公司生產(chǎn)的GD5000-A3150-06-S系列高壓變頻器，該裝置變頻器整流器件為二極管，逆變器件為IGBT（如圖1所示），控制方式采用無速度傳感器矢量控制，運行性能更加優(yōu)越。2015年8月新系統(tǒng)全部投入運行。

圖1功率單元原理圖

四、系統(tǒng)運行工藝描述

變頻器的6kV電源經(jīng)變頻裝置輸入刀閘與接觸器后到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘和接觸器送至電動機；6kV電源還可經(jīng)旁路接觸器直接起動電動機。進出線刀閘與接觸器和旁路刀閘與接觸器的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開進出線刀閘與接觸器，將變頻裝置隔離，手動合旁路接觸器，在工頻電源下起動電機運行。旁路柜具備五防閉鎖功能；具備工、變頻方式指示功能；帶電指示功能和帶電閉鎖柜門功能。

系統(tǒng)改造一次回路如圖2所示。為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，給變頻器同時加裝工頻旁路裝置，變頻器異常時，變頻器停止運行，電機可以直接自動（工藝要求手動）切換到工頻運行狀態(tài)下運行，這樣可以保證機組的正常安全運行。

為了實現(xiàn)變頻器故障的保護，變頻器對6KV開關(guān)QF進行聯(lián)鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF。當工頻旁路時，變頻器始終允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機能正常通過QF合閘工頻啟動。

變頻調(diào)速系統(tǒng)由用戶開關(guān)、自動旁路柜、GD5000系列高壓變頻器、高壓電機組成。旁路柜是由三個真空高壓接觸器KM1、KM2、KM3和高壓隔離開關(guān)QS1、QS2組成。正常運行時QS1、QS2全部閉合，只有在檢修時斷開。電機以變頻方式運行時，KM1、KM2閉合，QS3斷開；電機以工頻方式運行時，KM3閉合，KM1、KM2斷開。變頻與工頻之間切換自動/手動完成。旁路柜嚴格按照“五防”聯(lián)鎖要求設(shè)計，變頻輸出開關(guān)KM2和工頻開關(guān)KM3互鎖，完全能夠保證變頻調(diào)速系統(tǒng)安全運行。

由于在整個變頻調(diào)速系統(tǒng)中前級用戶開關(guān)柜具有過載保護裝置，因而手動旁路柜不會對電機進行過載保護。同時用戶開關(guān)柜必須按照8-10倍額定電流設(shè)置速斷保護值，確保躲過激磁涌流。

圖2改造后的一次回路圖

五、調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及改善措施：

（1）在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)當轉(zhuǎn)速指令信號丟失后變頻器沒有維持電動機原有的轉(zhuǎn)速現(xiàn)象，針對該問題調(diào)整了變頻器的控制部分，問題得到了有效的解決。

（2）將控制變頻器的變壓器的溫度報警上傳至DCS界面，有效的實現(xiàn)了變壓器的超溫監(jiān)視。

（3）為解決變頻器小間在夏季溫度過高問題，中電投某電廠引風機變頻器小間冷卻系統(tǒng)設(shè)計上采用了風道室外循環(huán)冷卻方式（如圖3所示），此設(shè)計大大降低了空調(diào)的使用率，目前變頻裝置不需空調(diào)冷卻運行，即可滿足變頻裝置運行要求，從而更加提高變頻裝置使用的節(jié)能效果。

（4）為保證在部分功率單元損壞的情況下，變頻器仍可正常運行，設(shè)置了功率單元一級功能旁路，當變頻器的一組功率單元發(fā)生故障的情況下仍能正常運行。

六、節(jié)能改造后的經(jīng)濟效益分析

為了便于分析變頻改造后的節(jié)能情況，選取在1號機組分別帶150MW、300MW負荷的兩種種不同工況下對引風機工頻和變頻兩種運行方式下的參數(shù)情況進行了對比。

節(jié)能效果參見表1，從表1可以看出，當機組負荷分別為150MW、300MW時，引風機變頻運行比工頻運行每小時分別節(jié)電256kW·h、535kW·h。變頻改造后，節(jié)電效果顯著。

表1節(jié)能效果對比

七、結(jié)束語

引風機經(jīng)過變頻改造以后，節(jié)能效果非常明顯，而且啟動頻率低，轉(zhuǎn)速低，電流小且平穩(wěn)。實現(xiàn)了軟啟動，避免了以前用工頻啟動時的大電流大轉(zhuǎn)矩對電機、電纜、開關(guān)及機械設(shè)備的沖擊。不僅延長了電機等設(shè)備的壽命，也減輕了軸承的磨損，提高了安全供電的可靠性。

參考文獻：

深圳市英威騰電氣股份有限公司《GD5000系列高壓變頻器產(chǎn)品說明書》

黃威、黃禹《變頻器的節(jié)能與改造》化學工業(yè)出版社2011-03出版