摘要：本文分析了高壓變頻器在電廠鍋爐風機中的應(yīng)用。實踐證明，高壓變頻器對降低除塵風機的用電率、減少起動電流、提高功率因數(shù)、改進工藝水平、提高自動化水平有很好的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；高壓變頻技術(shù)；電廠；鍋爐風機 一、用戶概述 烏達電廠隸屬于中國華電集團公司，現(xiàn)有2×150MW火力發(fā)電機組，屬于熱電聯(lián)產(chǎn)機組，于2005年3月、6月正式發(fā)電投產(chǎn)，未來還將新建2×600MW熱電聯(lián)產(chǎn)機組。烏達地區(qū)盛產(chǎn)煤礦，該區(qū)域電廠發(fā)電成本較低，效益顯著。烏達熱電廠目前鍋爐的引風機采用液粘調(diào)速器、一次風機均采用風門擋板調(diào)節(jié)方式。由于液粘調(diào)速器效率低下，故障率高，維護復雜；風門擋板調(diào)節(jié)方式節(jié)流損失較大，現(xiàn)以鍋爐的這兩種風機為改造對象對其變頻調(diào)速節(jié)能改造節(jié)電分析。 二、鍋爐風機工藝 火電廠系統(tǒng)示意圖 一次風機系統(tǒng)示意圖 烏達熱電廠鍋爐分別配置引風機功率為1400kW兩臺，一次風機功率為1800kW兩臺。由于機組較小又屬于熱電聯(lián)產(chǎn)，所以正常生產(chǎn)時，基本全天滿負荷穩(wěn)定生產(chǎn)運行無變化，只是在大小修時，會因為停爐而減負荷運行。電廠實行分時上網(wǎng)電價，峰價0.24元/kWh，谷價0.20元/kWh，均價0.22元/kWh。 鍋爐（ 145 MW負荷）風機運行數(shù)據(jù) 從上述表中可看出，由于上述風機電動機設(shè)計有一定裕度，風機風門開度較小有較大裕量，正常生產(chǎn)過程中，風門檔板兩側(cè)必定形成較大的風壓差，造成較大的節(jié)流損失。 2、變頻改造系統(tǒng)描述 本次改造對上述風機進行變頻改造，對一臺風機新增一臺高壓變頻器，即總共配置2臺變頻器，將變頻器接入到原有的風機電機與高壓開關(guān)柜中。正常情況下，每臺變頻器拖動單臺風機電機運行，其接線圖下圖所示（圖中QF為原高壓開關(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送至電動機；6kV電源還可經(jīng)旁路刀閘QS3直接起動電動機。進出線刀閘和旁路刀閘的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開進出線刀閘QS2，將變頻裝置隔離，手動合旁路刀閘QS3，在工頻電源下起動電機運行。以上進線柜刀閘與變頻裝置配套供貨。 注：QF保留用戶原高壓進線開關(guān)柜，QS1、QS2、QS3與變頻器配套供貨。進線柜的QS1、QS2機械互鎖、防止誤操作。 3、變頻器的可靠性設(shè)計 火力發(fā)電廠的風機的運行可靠性對鍋爐運行的影響至關(guān)重要，為此，變頻器本體在設(shè)計上從以下幾方面保障變頻器的可靠運行。 （1）變壓器采用干式變壓器并配置自控風冷 （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口品牌器件，并大裕量選型 （9）單元柜采用獨特的并聯(lián)風道，配以德國原裝進口風機 （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，在控制室通過調(diào)節(jié)高壓變頻器的目標給定頻率（通過4～20mA信號輸出到高壓變頻器）來調(diào)節(jié)風量。 異常時，即變頻器出現(xiàn)故障而又無法自動排除時，變頻器自動跳機，如為自動工頻切換，則變頻器內(nèi)的操作為：QS2分真空接觸器，QS3自動合真空接觸器，變頻器轉(zhuǎn)為工頻運行；如為手動工頻切換，則QS2分閘后，送一跳閘信號至開關(guān)柜斷路器DL，使DL聯(lián)鎖跳閘，同時輸出一故障信號至中控室。 5、變頻改造后的優(yōu)點 風機改用變頻器后，在降低風機轉(zhuǎn)速運行的同時，噪音可大幅度地降低，同時消除了因調(diào)節(jié)擋板控制風量而造成的管網(wǎng)內(nèi)氣流紊亂和風量調(diào)節(jié)不準確，以及管網(wǎng)振動和爐膛燃燒不穩(wěn)等缺陷。 使用高壓變頻器后，風機擋板不需要頻繁調(diào)整，擋板開度保持在一個比較大的范圍內(nèi)，通過調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率改變電機的轉(zhuǎn)速，達到調(diào)節(jié)風量的目的，滿足運行工況的要求。風機變頻運行后，噪音、振動都將大為減小。 在機組變負荷運行方式下，如果風機采用高效的變頻調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)取代常規(guī)的定速驅(qū)動系統(tǒng)，無疑可節(jié)約大量的節(jié)流損耗，節(jié)電效果顯著，潛力巨大，這已是不爭的事實。 由于變頻調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)本身具有軟起動功能，可使電廠風機實現(xiàn)軟起動，避免了由于電動機直接起動引起的電網(wǎng)沖擊和機械沖擊，從而可以防止與此有關(guān)的一系列事故的發(fā)生。例如電動機轉(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，提高風機運行的可靠性。 在電力行業(yè)，對于許多高壓大功率的輔機設(shè)備推廣和采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，不僅可以取得相當顯著的節(jié)能效果，是電廠節(jié)能降耗的一個有效的途徑，而且也得到國家產(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)越來越多的人員對此都已形成廣泛共識。 采用變頻調(diào)速改造后，由于對電機實現(xiàn)真正的軟啟動，對電機、擋板、高壓開關(guān)、軸承等設(shè)備以及電網(wǎng)的啟動沖擊大大減少，它們的使用壽命得以延長，可以大幅度節(jié)省這些設(shè)備的維護費用。另外，變頻器高精度寬范圍的無級調(diào)速功能，不僅全面滿足了電廠峰荷動態(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)實現(xiàn)真正的無縫連接，提高生產(chǎn)效率和機組自動化水平，大大改善電廠的工作和生產(chǎn)環(huán)境。 三、設(shè)備參數(shù) 1、電機銘牌數(shù)據(jù) （1）鍋爐引風機 電機型號：YKK630-2-6 電機功率：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：NT－14C 額定扭矩：14000NM 輸入轉(zhuǎn)速：1000 r/min 調(diào)速范圍：30～100％ （2）鍋爐一次風機 電機型號：YKK630-4 電機功率：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：風門（百葉窗式閥門，顯示開度為45％，但有兩片葉片已固定死全開）簡單換算后開度為60％ 出口流量：10萬m3/h 額定出口流量：195751m3/h 入口流量：13萬m3/h 出口風壓：24153Pa 2、風機運行數(shù)據(jù)（廠方提供） （1）鍋爐（ 145 MW負荷）風機運行數(shù)據(jù) （2）年運行時間： 7200小時 （3）電價均價：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)蒙古華電烏達熱電股份有限公司的兩臺高壓變頻器（SH-HVF-Y6K/2000）在#1機發(fā)電量相同工況下，做了#1爐引風機在變頻條件和＃1爐引風機在工頻條件下耗電量對比試驗。詳細試驗情況如下： ＃1爐引風機在工頻條件下耗電：（查原始報表得知） 運行時間： 2006-8-18（2：00～8：00） 發(fā)電量：875700KWh 甲引風機耗電：6120KWh 乙引風機耗電：5400 KWh ＃1爐引風機在變頻條件下耗電：（查當日報表得知） 運行時間： 2006-11-29（2：00～8：00） 發(fā)電量：875700KWh 甲引風機耗電：4320KWh 乙引風機耗電：4320 KWh 節(jié)能計算： 工頻條件下：#1機發(fā)電量平均為14.5萬千瓦/小時的2臺引風機平均每小時耗電量為：（6120+5400）/6=1920 KWh 變頻條件下：#1機發(fā)電量平均為14.5萬千瓦/小時的2臺引風機平均每小時耗電量為：（4320+4320）/6=1440 KWh 平均每小時的節(jié)電量=1920-1440=480 KWh 年節(jié)電量=480×24×300=3456000 KWh （年正常運行時間按300天計算） 年節(jié)電收益=3456000×0.24=82.94萬元 （電價按每度電0.24元計算） 備注：在此計算過程中沒有考慮供暖，按照現(xiàn)場實際情況1爐在8月份沒有供暖，11月份有供暖。即工頻條件時的實際負載沒有變頻條件時負載大，如將其考慮進去節(jié)電量遠大于現(xiàn)運算的節(jié)電量。同時變頻器在發(fā)電量越低時節(jié)電效果越明顯。故以上運算的節(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/停止功能（可以零轉(zhuǎn)速啟動），大大減小了啟動沖擊電流對電動機和電網(wǎng)的沖擊，有效減小了電機故障，從而大大延長了電機的檢修周期和使用壽命，同時還有效避免了沖擊負荷對電網(wǎng)的不利影響； B、由于變頻改造后，原調(diào)節(jié)閥門全開，不需要再作任何調(diào)節(jié)，可延長閥門使用壽命，減少檢修維護費用。 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費用。 D、由于高壓變頻器特有的平滑調(diào)節(jié)以及引風機電機的轉(zhuǎn)速降低，從而大大減少了風機以及電機的機械磨損，同時降低了軸承、軸瓦的溫度，有效減少了檢修費用，延長了設(shè)備的使用壽命。 E、由于采用自動控制，進一步提高了設(shè)備運行控制和系統(tǒng)運行管理的自動化水平，從而真正實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，大大增強了運行的安全可靠性。 F、變頻器對電機的保護功能齊全，大大提高了電機運行的安全穩(wěn)定行。 總結(jié)： 湖北三環(huán)從1999年開始進入高壓變頻器領(lǐng)域，至今已有5個年頭了，目前在電力行業(yè)的應(yīng)用達到50多臺，為電力行業(yè)的節(jié)能環(huán)保做出了自己的貢獻。我們認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，性價比不斷提高，最終變頻器將會取代液力耦合器而成為電機調(diào)速的最佳選擇。