淺談熱電廠風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造

張合磊

（大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司 251909）

摘 要：本文以某熱電廠2×600MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)變頻器改造為例，探討了風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造問題。變頻切換工頻運(yùn)行動態(tài)試驗結(jié)果表明，變頻技術(shù)在節(jié)能降耗中優(yōu)勢顯著，具有良好的直接與間接經(jīng)濟(jì)效益，值得在實踐中進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：熱電廠；風(fēng)機(jī)；變頻技術(shù)；節(jié)能改造

一、引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速方式特點

從實質(zhì)上來說，對引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，就是利用電力電子技術(shù)，來調(diào)整頻率，使其能依據(jù)實際需求調(diào)整驅(qū)動發(fā)電機(jī)速度，從而實現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速調(diào)整。變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到異步電機(jī)中，且具有高電壓、大容量變頻技術(shù)發(fā)展趨勢，優(yōu)勢非常明顯。第一，速度快且穩(wěn)定性高。逆變器自身具有比較高的轉(zhuǎn)換效率，結(jié)合三相異步電動機(jī)的滑差與變急速運(yùn)行，變速平滑度高。第二，電流控制。變頻調(diào)速方法能夠零速零電壓啟動，頻率與電壓間可以確立穩(wěn)定的關(guān)系，這樣變頻器就可以按照 V/F 以及矢量控制方式來帶動負(fù)載作業(yè)。對引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速技術(shù)改造，可以降低啟動電流，并提高繞組承受能力，提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，降低后期維護(hù)難度。第三，自動控制。利用變頻技術(shù)可以提高點對點硬線連接效果，實現(xiàn)了對燃燒過程的自動控制。通過高速通信連接變頻器系統(tǒng)，可提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，降低設(shè)備維護(hù)難度。第四，可靠保護(hù)。變頻改造后，設(shè)置的變頻器本身具有欠電壓、過電壓、過溫、斷相、接地與短路保護(hù)，且還具有電動機(jī)過溫保護(hù)，這樣可以最大程度上來降低運(yùn)行故障的影響，并能有效縮短故障處理所需時間。

二、引風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能設(shè)計改造技術(shù)要點

（一）變頻器

在改造過程中，為降低變頻器出線側(cè)輸出電壓高次諧波，一般選擇在變頻器輸出端并聯(lián)的電力電容器，但可能會導(dǎo)致輸出端被電流沖擊，而影響運(yùn)行可靠性。針對此問題，可以選擇串聯(lián)電抗器，即在變頻器輸出端串聯(lián)一個電感，同樣可以達(dá)到降低諧波的效果。盡量不要在變頻器輸出端設(shè)置電磁開關(guān)來控制電機(jī)啟停，一般除了設(shè)置一臺具有多臺電機(jī)拖動系統(tǒng)的變頻器外，應(yīng)由變頻器來控制電機(jī)運(yùn)行，或者根據(jù)需要利用鍵盤面板進(jìn)行操作。

（二）負(fù)荷匹配

在不同負(fù)荷條件下，為確保風(fēng)機(jī)獲得最佳節(jié)能效果，在進(jìn)行變頻調(diào)速設(shè)計時，需要合理選擇設(shè)備型號，保證其容量與實際負(fù)荷相匹配。包括風(fēng)機(jī)與所配電機(jī)的匹配，一般應(yīng)將裕量控制在10%以內(nèi)。

（三）抗電磁干擾

電磁干擾會影響電機(jī)運(yùn)行效率，為達(dá)到良好的變頻調(diào)速設(shè)計效果，還要重視抗電磁干擾處理，例如選擇硬件與軟件相結(jié)合的抗干擾方法，以及根據(jù)實際生產(chǎn)需求選擇屏蔽、隔離、濾波、接地等技術(shù)。

三、節(jié)能改造方案設(shè)計與實施

（一）系統(tǒng)概況

某熱電廠2臺600MW亞臨界燃煤空冷汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐采用北京巴布科克·威爾科克斯有限公司技術(shù)設(shè)計制造的B&WB-2080/17.5-M型鍋爐，為亞臨界參數(shù)，一次中間再熱、自然循環(huán)、平衡通風(fēng)、鍋爐房緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型汽包鍋爐；汽輪機(jī)采用哈爾濱汽輪機(jī)廠制造的ZKL600-16.7/538/538型亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、凝汽式直接空冷汽輪機(jī)；發(fā)電機(jī)采用哈爾濱電機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的QFSN-600-2YHG型氫冷發(fā)電機(jī)。引風(fēng)機(jī)為上海電機(jī)廠生產(chǎn)的靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，型號為YKK1000-8，額定電流332A，額定電壓10k V，電機(jī)功率5 000kW。

（二）變頻器控制方案

1、電氣一次系統(tǒng)設(shè)計方案

本工程設(shè)計依系統(tǒng)要求，采用“一拖一自動旁路”電氣回路設(shè)計，單套變頻器帶一臺引風(fēng)機(jī)工作，每臺機(jī)組配置兩套變頻器。

圖中QF1、QF2和QF3是三臺斷路器，可實現(xiàn)遠(yuǎn)方或就地合分操作。QF3和QF2具有電氣閉鎖，保證不能同時合閘。當(dāng)變頻器故障時，回路可以自動切換至QF3旁路，使電機(jī)可以在工頻電源下正常工作，自動或手動斷開QF1和QF2，隔離變頻器，保證檢修人員安全情況下進(jìn)行檢修。此種設(shè)計可以滿足兩種風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式，即變頻運(yùn)行方式和工頻運(yùn)行方式。變頻運(yùn)行方式：主開關(guān)合閘，QF1、QF2閉合，QF3斷開，并且變頻器合閘；工頻運(yùn)行方式：主開關(guān)合閘，QF1、QF2斷開，QF3閉合；

2、DCS 邏輯控制策略

（1）模擬量控制。引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)被控對象為鍋爐爐膛壓力，改造前通過PID 調(diào)節(jié)器計算指令驅(qū)動引風(fēng)機(jī)靜葉執(zhí)行器，并且設(shè)計有指令偏置自適應(yīng)回路，設(shè)定兩側(cè)風(fēng)機(jī)指令偏置防止風(fēng)機(jī)失速。改造后保留原靜葉模擬控制回路，作為工頻工況爐膛壓力控制方案。增加變頻器模擬量控制回路，當(dāng)引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時，根據(jù)爐膛壓力與設(shè)定偏差，通過新的PID 調(diào)節(jié)器計算指令驅(qū)動變頻器動作，改變風(fēng)機(jī)出力，作為變頻工況爐膛壓力控制方案。工頻和變頻兩種自動控制方式由運(yùn)行人員選擇，但是互相閉鎖，不能同時投入兩種自動狀態(tài)，保持控制方式的獨立性，防止相互耦合。變頻運(yùn)行時，限制風(fēng)機(jī)靜葉開度上限為75%，規(guī)程規(guī)定靜葉固定保持在此開度，允許變頻器投自動。

（2）“變切工”邏輯。當(dāng)變頻器故障或跳閘不能維持正常運(yùn)行時，必須由程序立即自動切換至旁路工頻運(yùn)行，聯(lián)鎖斷開 QF1 和QF2，然后自動合閘 QF3，同時自動將該側(cè)的引風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)擋板執(zhí)行器指令降至負(fù)荷對應(yīng)開度，對應(yīng)關(guān)系見表1。在切換過程的時間內(nèi)不會發(fā)生引風(fēng)機(jī)停運(yùn)信號，完成變切工動作；若在規(guī)定時間內(nèi)沒有完成，則判定為變切工失敗，斷開高壓主開關(guān)，如果負(fù)荷在50%以上還要發(fā)生引風(fēng)機(jī)RB。

引風(fēng)機(jī)高壓主開關(guān)合閘信號和變頻器運(yùn)行記憶信號（QF1合閘、QF2合閘、與變頻器運(yùn)行三個信號），作為自動變切工允許條件。另外，QF3 合閘、變切工失敗、變頻器遠(yuǎn)程停止、高壓主開關(guān)分閘、工頻運(yùn)行信號，任一條件滿足作為變頻器運(yùn)行記憶的復(fù)位條件?？梢援a(chǎn)生自動變切工的條件包括：①變頻器重故障；②QF1分閘；③QF2分閘；④變頻器未運(yùn)行。

（三）變頻切換工頻運(yùn)行動態(tài)試驗結(jié)果

經(jīng)過變頻切換工頻運(yùn)行動態(tài)試驗驗證，“變切工”邏輯正確，變頻器運(yùn)行穩(wěn)定，在變頻器故障等極端工況下，引風(fēng)機(jī)能自動維持機(jī)組安全運(yùn)行。而且，風(fēng)機(jī)耗電量降低明顯。

四、節(jié)能效果分析

（一）直接經(jīng)濟(jì)效益

自設(shè)備調(diào)試完畢后，系統(tǒng)一直穩(wěn)定投運(yùn)，經(jīng)統(tǒng)計，平均節(jié)約廠用電率0.25%左右，節(jié)能效果明顯。如果按照年發(fā)電任務(wù)量50億k W·h，上網(wǎng)電價0.37元計算，5 000 000 000k W·h×0.25%×0.37 元=462.5 萬元，即每年可以節(jié)約用電成本462.5萬元，一年即可收回設(shè)備投資。

（二）間接經(jīng)濟(jì)效益

通過采用變頻轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)取代擋板機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，減小了節(jié)流損失和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的磨損，延長了執(zhí)行擋板的使用壽命。由于變頻器具有優(yōu)良的特性，降低了風(fēng)機(jī)啟動負(fù)荷沖擊，減輕了風(fēng)機(jī)的振動，有效提高了風(fēng)機(jī)和電機(jī)的使用壽命。變頻器調(diào)節(jié)特性優(yōu)于靜葉擋板調(diào)節(jié)裝置，能更好地控制鍋爐爐膛壓力，有利于爐膛燃燒安全穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]張影. 變頻技術(shù)在電廠泵與風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用的節(jié)能探討[J]. 民營科技，2016，03：38.

[2]劉智光. 包鋼熱電廠風(fēng)機(jī)變頻改造關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 包鋼科技，2016，03：72-75.