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1引言

湖北某火力發(fā)電有限公司300MW循環(huán)流化床機(jī)組分別于2009年11月投產(chǎn)發(fā)電。鍋爐采用東方鍋爐（集團(tuán)）公司生產(chǎn)的循環(huán)流化床、中間再熱自然循環(huán)汽包爐，露天布置；汽輪機(jī)采用東方汽輪機(jī)公司生產(chǎn)的C300－16.67/1.0/537/537型亞臨界中間再熱、單軸、抽凝兩用汽式汽輪機(jī)；發(fā)電機(jī)采用東方電機(jī)公司生產(chǎn)的QFSN－330－2－20型水氫冷卻發(fā)電機(jī)，勵磁系統(tǒng)為自并勵靜止勵磁。

該工程于2012年6月25日開工，改造采取總包形式，含電控、機(jī)械、土建以及水冷空調(diào)施工等工作，即由賣方完成所有供貨、安裝、調(diào)試工作，完成試運(yùn)行168小時(shí)無問題后交業(yè)主。改造由新風(fēng)光電子公司負(fù)責(zé)施工，并于2012年10月完成#1機(jī)組的改造，項(xiàng)目一次投運(yùn)成功，至今運(yùn)行正常。
2改造現(xiàn)場風(fēng)機(jī)電機(jī)、液偶參數(shù)

圖1所示為300MW火電機(jī)組引風(fēng)機(jī)性能曲線示意圖，該風(fēng)機(jī)為離心式，進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)風(fēng)量，圖中0^o 為調(diào)節(jié)門全開位置，負(fù)值為調(diào)節(jié)門向關(guān)閉方向轉(zhuǎn)動的角度；圖中虛線為等效率線。離心式風(fēng)機(jī)的最高效率在進(jìn)口調(diào)節(jié)門的最大開度處，等效率線和鍋爐阻力曲線接近垂直，效率沿阻力線迅速下降。
 

圖1 引風(fēng)機(jī)性能曲線示意圖

3 風(fēng)機(jī)節(jié)能原理

該機(jī)組一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)采用離心風(fēng)機(jī)，但實(shí)際運(yùn)行效率并不高，其主要原因之一是風(fēng)機(jī)的調(diào)速性能差，二是運(yùn)行點(diǎn)遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)的最高效率點(diǎn)?；痣姍C(jī)組的一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)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?yàn)樵谠O(shè)計(jì)過程中，很難準(zhǔn)確地計(jì)算出管網(wǎng)的阻力，并考慮到長期運(yùn)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(jī)型號的設(shè)計(jì)值。但風(fēng)機(jī)的型號和系列是有限的，選用不到合適的風(fēng)機(jī)型號，只好往大機(jī)號上靠。這樣，機(jī)組一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓富裕度是比較大的。

該機(jī)組風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與風(fēng)壓的富裕度以及機(jī)組的調(diào)峰運(yùn)行導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)與設(shè)計(jì)高效點(diǎn)相偏離，從而使風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率大幅度下降?？梢?，一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的用電量中，很大一部分是因風(fēng)機(jī)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)節(jié)門消耗掉的。因此，改進(jìn)離心風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)方式是提高風(fēng)機(jī)效率，降低風(fēng)機(jī)耗電量的有效途徑。

按照流體機(jī)械的相似定律，風(fēng)機(jī)、水泵的流量Q、壓頭（揚(yáng)程）H、軸功率P與轉(zhuǎn)速n之間有如下比例關(guān)系：

離心式風(fēng)機(jī)在變速調(diào)節(jié)的過程中，如果不考慮管道系統(tǒng)阻力R的影響，且風(fēng)壓H隨流量Q成平方規(guī)律變化，則風(fēng)機(jī)的效率可在一定的范圍內(nèi)保持最高效率不變（只有在負(fù)荷率低于80％時(shí)才略有下降）。圖2示出了離心式風(fēng)機(jī)不同調(diào)節(jié)方式耗電特性比較，圖3示出了采用風(fēng)門調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式時(shí)，風(fēng)機(jī)的效率－流量曲線。

圖2離心式風(fēng)機(jī)不同調(diào)節(jié)方式耗電特性比較            圖3不同調(diào)節(jié)方式下的風(fēng)機(jī)效率

由圖3可知：在風(fēng)機(jī)的風(fēng)量由100％下降到50％時(shí)，變速調(diào)節(jié)與風(fēng)門調(diào)節(jié)方式相比，風(fēng)機(jī)的效率平均高出30％以上。因而，從節(jié)能的觀點(diǎn)來看，變速調(diào)節(jié)方式為較佳調(diào)節(jié)方式。發(fā)電廠風(fēng)機(jī)采用定速驅(qū)動時(shí)，風(fēng)機(jī)靠風(fēng)門調(diào)節(jié)，除產(chǎn)生大量的節(jié)流損耗外，反應(yīng)速度慢，導(dǎo)致鍋爐的燃燒自動無法投入，因而機(jī)組的協(xié)調(diào)控制無法投入，機(jī)組無法響應(yīng)負(fù)荷的動態(tài)變化。風(fēng)機(jī)采用調(diào)速驅(qū)動后，機(jī)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(jī)組的控制性能大大改善，不但改善了機(jī)組的運(yùn)行狀況，還可以大大節(jié)約燃料，進(jìn)一步節(jié)約能源。同時(shí)，采用變速調(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(jì)效益。
4風(fēng)機(jī)變頻改造控制方案

本工程主要是高壓變頻器的安裝、調(diào)試與運(yùn)行，通過變頻器的安裝、調(diào)試記錄，來驗(yàn)證變頻器使用現(xiàn)場工況的情況。#1機(jī)組主要改造的是兩臺引風(fēng)機(jī)和兩臺一次風(fēng)機(jī)，為保證電廠鍋爐系統(tǒng)的安全運(yùn)行，變頻器采用工變頻自動轉(zhuǎn)換機(jī)型，高壓變頻器在轉(zhuǎn)換過程中1秒內(nèi)再次啟動，沖擊電流在額定的1.2倍以下。根據(jù)用戶對機(jī)組引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)工頻生產(chǎn)的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)處于輕載狀態(tài)，即使在機(jī)組300M負(fù)荷下，引風(fēng)機(jī)工頻狀態(tài)電機(jī)電流僅160A左右，遠(yuǎn)小于額定電流243A；一次風(fēng)機(jī)工頻狀態(tài)120A左右，遠(yuǎn)小于工頻電流207A，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)以及降低采購成本，電廠領(lǐng)導(dǎo)決定采用新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的3000kW/10kV（JD-BP38系列）高壓變頻器和2200kW/10kV（JD-BP38系列）高壓變頻器分別拖動引風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)。

高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制系統(tǒng)具有就地監(jiān)控和遠(yuǎn)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(jìn)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(yuǎn)方監(jiān)控方式下，可通過自動控制系統(tǒng)（如DCS）及手動操作器進(jìn)行操作，操作簡單，并具備頻率、電機(jī)電流、電壓、頻率等參數(shù)的實(shí)時(shí)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(hù)功能，具有輸入過壓、欠壓、過流保護(hù)，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(shí)停電保護(hù)等保護(hù)并能聯(lián)跳輸入側(cè)進(jìn)線開關(guān)，保護(hù)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(jī)所需的過載、過流、過壓、欠壓、熱積累、缺相等保護(hù)。變頻裝置內(nèi)任何部分發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，具有及時(shí)動作的保護(hù)功能，不會對電網(wǎng)和負(fù)載設(shè)備造成沖擊和損壞。

#1爐高壓變頻器共安裝調(diào)試4臺，分別為：#1爐A引風(fēng)機(jī)、#1爐B引風(fēng)機(jī)、#1爐A一次風(fēng)機(jī)、#1爐B一次引風(fēng)機(jī)。
5 風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

新風(fēng)光電子公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38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)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(bǔ)償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機(jī)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(jī)。
JD-BP38-3000F高壓變頻器技術(shù)參數(shù)如表2所示。

JD-BP38-2200F高壓變頻器技術(shù)參數(shù)如表3所示。

6變頻改造主回路介紹

湖北某火力發(fā)電廠1#爐引風(fēng)機(jī)采用2套JD-BP38-3000F（3000kW/10kV）、一次風(fēng)機(jī)采用2套JD-BP38-2200F（2200kW/10kV）高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速控制，將原液力耦合器拆除，把電機(jī)位置前移，采用聯(lián)軸器直接連接電機(jī)與風(fēng)機(jī)。液力耦合器改造前后的現(xiàn)場如圖4、圖5所示。

圖4 液力耦合器改造前

圖5 液力耦合器改造后

引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)改造主回路如圖6所示。

圖6 引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)旁路柜原理圖

1#爐引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)改造前采用工頻運(yùn)行，對4臺風(fēng)機(jī)增設(shè)變頻調(diào)速裝置，采用一拖一自動旁路的方式。將原風(fēng)機(jī)風(fēng)門調(diào)節(jié)的運(yùn)行方式改為由變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的運(yùn)行方式。當(dāng)變頻器故障或檢修，可選擇自動方式切換至工頻運(yùn)行。當(dāng)風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)在DCS界面上調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)頻率去調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的目的。

為了保證發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行，風(fēng)機(jī)的動力系統(tǒng)方案旁路方案采用自動控制方式。在旁路自動狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障且自動投入允許，系統(tǒng)將首先分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入、輸出開關(guān)，經(jīng)過一定延時(shí)后，工頻旁路開關(guān)合閘，電機(jī)投入電網(wǎng)工頻運(yùn)行。同時(shí)DCS邏輯將風(fēng)量調(diào)節(jié)方式轉(zhuǎn)為工頻調(diào)節(jié)方式，此時(shí)運(yùn)行人員參與調(diào)節(jié)，控制風(fēng)量風(fēng)壓正常，確保爐膛燃燒穩(wěn)定。

變頻器維修完成，系統(tǒng)恢復(fù)變頻器運(yùn)行時(shí)，可以關(guān)閉引風(fēng)機(jī)出口擋板，依靠單臺變頻風(fēng)機(jī)帶鍋爐50%～70%的負(fù)荷，將風(fēng)機(jī)切換至變頻運(yùn)行方式，依托變頻器提供的飛車啟動功能，在風(fēng)機(jī)沒有完全停止的情況下恢復(fù)設(shè)備運(yùn)行，從而大大減少機(jī)組減負(fù)荷的時(shí)間。
主回路如圖6所示，控制具體介紹如下，旁路柜在變頻器進(jìn)、出線端增加了兩個隔離刀閘，以便在變頻器退出而電機(jī)運(yùn)行于旁路時(shí)，能安全地進(jìn)行變頻器的故障處理或維護(hù)工作。

旁路柜主要配置：三個真空斷路器（QF1、QF2、QF3）和兩個刀閘隔離開關(guān)K1、K2。QF2與QF3實(shí)現(xiàn)電氣互鎖，當(dāng)QF1、QF2閉合，QF3斷開時(shí)，電機(jī)變頻運(yùn)行；當(dāng)QF1、QF2斷開，QF3閉合時(shí)，電機(jī)工頻運(yùn)行。另外，QF1閉合時(shí)，K1操作手柄被鎖死，不能操作；QF2閉合時(shí)，K2操作手柄被鎖死，不能操作?！?br/>電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，若需對變頻器進(jìn)行故障處理或維護(hù)，切記在QF1、QF2分閘狀態(tài)下，將隔離刀閘K1和K2斷開。

合閘閉鎖：將變頻器“合閘允許”信號串聯(lián)于QF1、QF2合閘回路。在變頻器故障或不就緒時(shí)，真空斷路器QF1、QF2合閘不允許；在QF1、QF2合閘狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障，則“合閘允許”斷開，QF1、QF2跳閘，分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入電源。

變頻轉(zhuǎn)工頻自動旁路投入過程：將變頻器“旁路投入”信號并聯(lián)于QF3合閘回路。變頻運(yùn)行狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障且自動投入允許，系統(tǒng)將首先分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入、輸出開關(guān)QF1和QF2，經(jīng)過一定延時(shí)后，“旁路投入”閉合，即工頻旁路開關(guān)QF3合閘，電機(jī)投入電網(wǎng)工頻運(yùn)行，并把旁路狀態(tài)信號發(fā)送給DCS。同時(shí)DCS邏輯自動將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)為工頻相應(yīng)風(fēng)門調(diào)節(jié)方式。
如變頻器發(fā)生隱患，變頻器發(fā)送“變頻器報(bào)警”信號至DCS，此時(shí)變頻器繼續(xù)運(yùn)行，檢修人員可到本地根據(jù)變頻器報(bào)警信號的信息排除隱患。
7 風(fēng)機(jī)變頻改造效果
7.1節(jié)能計(jì)算

湖北某發(fā)電廠1#爐風(fēng)機(jī)變頻改造工程一次成功投運(yùn)，至今運(yùn)行正常，改造達(dá)到了預(yù)期目的。高壓變頻器現(xiàn)場運(yùn)行如圖7所示。

 
圖7 高壓變頻器現(xiàn)場運(yùn)行

以下是1＃機(jī)組2臺引風(fēng)機(jī)、2臺一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器運(yùn)行后，對改造前與改造后機(jī)組各負(fù)荷生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，改造前后1#鍋爐運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表4--表8所示。
7.1.1引風(fēng)機(jī)工變頻運(yùn)行數(shù)據(jù)
（1）引風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行參數(shù)（風(fēng)門擋板開度100%）

（2）引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行參數(shù)（風(fēng)門擋板開度100%）

7.1.2一次風(fēng)機(jī)工變頻運(yùn)行數(shù)據(jù)
（1）一次風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行參數(shù)（風(fēng)門擋板開度100%）

（2）一次風(fēng)機(jī)變頻頻運(yùn)行參數(shù)（風(fēng)門擋板開度100%）

直接經(jīng)濟(jì)效益（按電價(jià)0.478元/ kW?h）

使用4臺高壓變頻調(diào)速引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)，與工頻調(diào)節(jié)相比較，經(jīng)計(jì)算，引風(fēng)機(jī)單臺變頻器全年可以節(jié)省2172000kW?h，一次風(fēng)機(jī)單臺變頻器全年可以節(jié)省1878000kW?h，按發(fā)電價(jià)0.478元/kW?h計(jì)算，4臺變頻器全年共節(jié)約387.2萬元。
7.2其他效果
（1）風(fēng)機(jī)變頻改造后，電機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟動，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(jī)絕緣，延長了電動機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命。
（2）采用變頻調(diào)節(jié)，減少了擋板節(jié)流損失，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(jī)械部分的磨損和振動，延長了風(fēng)機(jī)大修周期，從而節(jié)省了大量的檢修費(fèi)用。
（4）具有控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)、諧波含量小的特點(diǎn)，且有完善的保護(hù)功能，有利于電動機(jī)和風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。
8結(jié)束語

風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻器在湖北某火力發(fā)電廠1#機(jī)組風(fēng)機(jī)的調(diào)速改造中應(yīng)用是成功的。高壓變頻器的先進(jìn)性、可靠性已得到許多工業(yè)應(yīng)用的證實(shí)。在各行各業(yè)，對于許多高壓大功率的風(fēng)機(jī)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。