一.概況

鶴崗礦務(wù)局熱電廠位于中國(guó)的北方煤城——黑龍江鶴崗市，隸屬于礦務(wù)局系統(tǒng)，共四機(jī)六爐，包括兩臺(tái)50MW發(fā)電機(jī)組和兩臺(tái)25MW發(fā)電機(jī)組，四臺(tái)75噸鍋爐和兩臺(tái)220噸鍋爐。其中五號(hào)和六號(hào)爐為220噸鍋爐，目前正增建七號(hào)爐（220噸鍋爐）。

冬季除了正常向東北電網(wǎng)供電外，還要負(fù)責(zé)鶴崗大部分地區(qū)的供熱。長(zhǎng)期以來(lái)我電廠220噸爐的送、引風(fēng)機(jī)電機(jī)一直采用工頻運(yùn)行的方式，依靠送、引風(fēng)機(jī)的擋板來(lái)調(diào)整風(fēng)量，維持鍋爐負(fù)壓，風(fēng)機(jī)擋板的開(kāi)度一般在40%左右，這樣大量的能量就浪費(fèi)在風(fēng)機(jī)的擋板上，造成該電廠的廠用電率高居不下。

夏季時(shí)，一般只運(yùn)行一臺(tái)220噸鍋爐，就可以滿足負(fù)荷的要求。冬季為了供暖的需要，一般兩臺(tái)220噸鍋爐都要運(yùn)行。6號(hào)爐和5號(hào)爐鍋爐給水系統(tǒng)采用母管制，鍋爐給水泵的配置為1用1備。當(dāng)兩爐同時(shí)運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)工頻給水泵的給水量及給水壓力剛好滿足。在一臺(tái)鍋爐運(yùn)行的時(shí)候，啟用一臺(tái)給水泵，但是給水泵的出口壓力為15MP，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要的給水壓力僅為12.5MP，這樣給水泵的出口壓力過(guò)高，需要調(diào)整。因?yàn)榻o水泵是由定速電機(jī)拖動(dòng)的，因此只能通過(guò)爐側(cè)閥門(mén)來(lái)控制給水流量和壓力，不但經(jīng)濟(jì)效益差，而且由于爐前給水壓力過(guò)高，對(duì)給水管道的安全運(yùn)行還造成一定的隱患。

為了徹底解決上述問(wèn)題，我廠決定對(duì)6號(hào)爐的四臺(tái)引送風(fēng)機(jī)（兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)，兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)）及一臺(tái)給水泵進(jìn)行技術(shù)改造，通過(guò)對(duì)電機(jī)調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)上述風(fēng)機(jī)和給水泵的變速運(yùn)行，對(duì)風(fēng)量、給水流量及壓力進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，以達(dá)到改善工藝和節(jié)能的目的。

二.調(diào)速方式的選擇

目前，大功率高壓異步電動(dòng)機(jī)的主要調(diào)速方式有以下幾種：串級(jí)調(diào)速、液力偶合器調(diào)速及變頻調(diào)速等。

串級(jí)調(diào)速——優(yōu)點(diǎn)是可以回收轉(zhuǎn)差功率，所以調(diào)速效率比較高，但存在的問(wèn)題也很多：它不適合于鼠籠型異步電機(jī)，必須更換電機(jī)；不能實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，啟動(dòng)過(guò)程非常復(fù)雜；啟動(dòng)電流大；調(diào)速范圍有限；響應(yīng)慢，不易實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；功率因數(shù)和效率低，并隨轉(zhuǎn)速的調(diào)低急劇下降；很難實(shí)現(xiàn)同PLC、DCS等控制系統(tǒng)的配合，對(duì)提高裝置的整體自動(dòng)化程度和實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制無(wú)益；同時(shí)因控制裝置比較復(fù)雜、諧波污染大對(duì)電網(wǎng)有較大干擾；進(jìn)一步限制了它的使用，屬落后技術(shù)。

液力偶合器調(diào)速——屬低效調(diào)速方式，調(diào)速范圍有限，高速丟轉(zhuǎn)約5%-10%，低速轉(zhuǎn)差損耗大,最高可達(dá)額定功率的15%,因效率與速度成正比，低速時(shí)效率極低，精度低、線性度差、響應(yīng)慢，啟動(dòng)電流大，裝置大，必須加裝在設(shè)備與電機(jī)之間，不適合改造；無(wú)法軟啟動(dòng)，偶合器故障時(shí)，無(wú)法切換運(yùn)行，維護(hù)復(fù)雜、費(fèi)用大，不能滿足提高裝置整體自動(dòng)化水平的需要。

高壓變頻器調(diào)速——由于應(yīng)用了先進(jìn)的電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和高壓電氣、電機(jī)拖動(dòng)等綜合性領(lǐng)域的學(xué)科技術(shù)，因此具有其它調(diào)速方式無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)：

①變頻器采用液晶顯示數(shù)字界面，調(diào)整觸摸式面板，可隨時(shí)顯示電壓電流、頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)速，可非常直觀地顯示電機(jī)在任何時(shí)間的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

②精確的頻率分辨率和高的調(diào)速精度，完全可以滿足各種生產(chǎn)工藝工況的要求。

③高壓變頻器具有國(guó)際通用的外部接口，可以同可編程控制器（PLC）和工控機(jī)等各種儀表相連，并可與原設(shè)備控制回路相連接，構(gòu)成部分閉環(huán)系統(tǒng)，如與原DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和連鎖控制等。

④具有就地和異地操作功能，另可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

⑤具有電力電子保護(hù)和工業(yè)電氣保護(hù)功能，保證變頻器和電機(jī)在正常運(yùn)行和故障時(shí)的安全可靠。

⑥電機(jī)可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟制動(dòng)；啟動(dòng)電流小，小于電機(jī)的額定電流；電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間可連續(xù)可調(diào)，減少了對(duì)電網(wǎng)影響。

⑦減少配件的損耗，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。

綜合上述調(diào)速方式，我電廠選擇了當(dāng)前最為先進(jìn)的調(diào)速形式——高壓變頻調(diào)速，通過(guò)對(duì)眾多高壓變頻器廠家綜合考評(píng)，決定選用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)的高壓變頻器，該變頻器具有如下優(yōu)點(diǎn)：

①在國(guó)內(nèi)高壓變頻器廠家中業(yè)績(jī)最多，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定；

②全中文界面顯示，適合國(guó)內(nèi)用戶；

③針對(duì)國(guó)內(nèi)用戶量身定做，盡量考慮國(guó)內(nèi)電網(wǎng)的綜合因素，在其可靠性，安全性方面有其獨(dú)到的技術(shù)優(yōu)勢(shì)；

④內(nèi)置PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場(chǎng)需要。

三.系統(tǒng)配置方案

根據(jù)實(shí)際情況，四臺(tái)鍋爐風(fēng)機(jī)變頻器及一臺(tái)給水泵變頻器的現(xiàn)場(chǎng)主回路均采用手動(dòng)一拖一的方案，如右圖：

此結(jié)構(gòu)是手動(dòng)旁路的典型方案,原理是由3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1、QS2和QS3組成（其中QF為原高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的斷路器）。要求QS2和QS3不能同時(shí)閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時(shí)，QS1和QS2閉合，QS3斷開(kāi)；工頻運(yùn)行時(shí)，QS3閉合，QS1和QS2斷開(kāi)。在檢修變頻器時(shí)，有明顯斷電點(diǎn)，能夠保證人身安全，同時(shí)也可手動(dòng)使負(fù)載投入工頻電網(wǎng)運(yùn)行等。

四.高壓變頻器改造實(shí)施情況

上述五臺(tái)高壓變頻器于2005年8月19日運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)，至10月1日，全部安裝調(diào)試完畢，并投入運(yùn)行，累計(jì)工期為一個(gè)月。

用于鍋爐風(fēng)機(jī)調(diào)速的變頻器安裝于零米處，在鍋爐主控間配備一臺(tái)上位機(jī)，同時(shí)對(duì)四臺(tái)風(fēng)機(jī)變頻器進(jìn)行監(jiān)控。另外對(duì)原有高壓開(kāi)關(guān)柜控制回路進(jìn)行改造，從變頻器控制柜取一對(duì)常開(kāi)節(jié)點(diǎn)串入高壓開(kāi)關(guān)柜的分閘回路，該節(jié)點(diǎn)定義為“合閘允許”，閉合有效。當(dāng)變頻器送控制電自檢正常后，該節(jié)點(diǎn)閉合，可以通過(guò)原有的合閘回路給變頻器送高壓電。另從變頻器控制柜取一對(duì)常開(kāi)節(jié)點(diǎn)并入高壓開(kāi)關(guān)柜分閘回路，該節(jié)點(diǎn)定義為“緊急分?jǐn)?rdquo;，閉合有效，當(dāng)變頻器運(yùn)行中出現(xiàn)重故障時(shí)，變頻器將自動(dòng)停機(jī)，同時(shí)該節(jié)點(diǎn)閉合，高壓開(kāi)關(guān)跳閘，斷開(kāi)變頻器主回路高壓電源，對(duì)變頻器進(jìn)行及時(shí)有效的保護(hù)。給水泵變頻器的高壓開(kāi)關(guān)柜除了上述改造外，在變頻器運(yùn)行前還將原有的電機(jī)差動(dòng)保護(hù)回路斷開(kāi)，如果電機(jī)需要轉(zhuǎn)入工頻運(yùn)行，則該保護(hù)投入。

鍋爐給水泵變頻器安裝于給水泵旁，將上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)安裝于給水泵操作間內(nèi)，對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜同樣進(jìn)行類似的改造，以滿足變頻器投運(yùn)的要求。

五.運(yùn)行情況及節(jié)能分析

四臺(tái)鍋爐風(fēng)機(jī)變頻器從投運(yùn)以來(lái)一直正常運(yùn)行，由于6號(hào)鍋爐不是采用DCS控制方式，爐控操作盤(pán)上安裝空間有限，因此變頻器沒(méi)有使用硬連線方式進(jìn)行遠(yuǎn)程的控制，而是通過(guò)安裝一臺(tái)專用的監(jiān)控上位機(jī)對(duì)變頻器進(jìn)行啟動(dòng)、停止及設(shè)定頻率等相應(yīng)操作。因?yàn)樯衔粰C(jī)無(wú)法安裝于司爐工正前方，在操作及時(shí)性上難以保證，因此當(dāng)前四臺(tái)鍋爐風(fēng)機(jī)變頻器運(yùn)時(shí)仍需要擋風(fēng)板配合，即：根據(jù)鍋爐負(fù)荷情況，通過(guò)上位機(jī)將變頻器調(diào)整到較低的運(yùn)行頻率（一般在40赫茲左右），擋風(fēng)板開(kāi)度在80%左右，當(dāng)鍋爐風(fēng)量需要微調(diào)時(shí)，通過(guò)擋風(fēng)板進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，保證風(fēng)量調(diào)節(jié)的及時(shí)性。

給水泵變頻器投運(yùn)以來(lái)運(yùn)行一直都很正常，在6號(hào)爐或7號(hào)爐單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，給水泵采用變頻器調(diào)速控制，將爐側(cè)給水閥門(mén)全部打開(kāi)。進(jìn)入冬季供暖后，6號(hào)爐和7號(hào)爐同時(shí)運(yùn)行時(shí)，單臺(tái)給水泵需要滿負(fù)荷運(yùn)行才能滿足負(fù)荷要求，因此需要將變頻器退出運(yùn)行，電機(jī)轉(zhuǎn)入工頻運(yùn)行。待用戶7號(hào)爐投入運(yùn)行時(shí)（在建，220噸鍋爐），則可以實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)給水泵同時(shí)運(yùn)行，一臺(tái)工頻運(yùn)行，另一臺(tái)變頻運(yùn)行，變頻給水泵將起到補(bǔ)充給水的作用，通過(guò)變速電機(jī)來(lái)調(diào)整鍋爐給水量及給水壓力。

變頻器投入運(yùn)行以來(lái)，節(jié)能效果顯著，風(fēng)機(jī)節(jié)能數(shù)據(jù)如下：

注：以上按每年365天計(jì)算，按現(xiàn)在6號(hào)爐每年累計(jì)共運(yùn)行10個(gè)月計(jì)算運(yùn)行系數(shù)為：10/12=0.833 , 每年可節(jié)約電費(fèi)為：158×0.833=131 萬(wàn)元

六.結(jié)束語(yǔ)

從幾個(gè)月的運(yùn)行情況來(lái)看，北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓大功率變頻器性能良好，可靠性高，節(jié)能效果明顯，滿足連續(xù)生產(chǎn)對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的要求，達(dá)到了節(jié)能和改善工藝的目的。

目前我電廠又續(xù)購(gòu)了八臺(tái)變頻器，準(zhǔn)備對(duì)5號(hào)爐和在建的7號(hào)爐的鍋爐輔機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造，目前該八臺(tái)變頻器正在生產(chǎn)中，相信不久的將來(lái)就會(huì)繼續(xù)成功應(yīng)用在我廠。