2×700MW超超临界火力发电机组引风机变频调速改造

涂 聪， 李光耀， 涂国斌

(1. 江西中电电力工程有限责任公司 南昌分公司，江西 南昌 330096；2. 上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司，上海 200063；3. 南昌ABB发电机有限公司，江西 南昌 330096)

0 引 言

某电厂2×700MW超超临界火力发电机组1#、2#锅炉分别配备两台引风机，该引风机为静叶可调轴流式风机AN37e6。在实际运行过程中发现，在机组满负荷运行时，引风机却在60%～70%额定负荷下运行，可见引风机选型裕量过大，长期处于低出力区域运行，明显增加了锅炉辅机厂用电耗率，影响机组的发供煤耗升高，降低了机组的经济性。同时两台引风机的运行匹配也较差，2#炉A引风机运行中出力大于B引风机，B引风机经常突然出现振动值变大的情况，给引风机的稳定运行造成了隐患。

为解决上述问题，对引风机进行变频改造，将引风机入口静叶开度固定在全开的角度，将烟道系统阻力减小至最低限度，减小系统节流损失，提高风机的工作效率。同时，由节流调节改为变速调节后，不仅其节能效果明显，也可以有效避免引风机的喘振和抢风情况的发生，提高了引风机的运行稳定性和安全性。

1 改造实施方案

1.1 工况分析

该电厂锅炉引风机和电机主要参数如表1所示。

表1 锅炉引风机和电机主要参数

在机组不同负荷的情况下，对锅炉引风机进行了性能测试，2#炉现场测试的主要数据如表2所示。

表2 2#炉现场测试数据

另外，在机组负荷600MW工况下，B机组引风机电流为313～317A，最大值不超过340A，电动机的实际运行最大功率为340×6×1.732×0.845=2986kW，冗余容量为3800-2986=814kW。

在机组负荷300～350MW工况下，引风机电流在205～225A，电动机的实际运行最大功率为225×6×1.732×0.845=1975kW，冗余容量为3800-1975=1825kW。

通过引风机试验数据分析可看出，电动机功率选择过大，实际运行效率明显偏低；同时2台引风机的运行匹配也较差，A引风机的出力明显高于B引风机，给引风机的稳定运行造成了隐患。

根据以上分析认为，从经济性和安全稳定性两方面考虑，该锅炉引风机电机都比较适合进行变频改造。

1.2 变频器的选择

利用变频调节技术无疑要在原有的装置中加装一套变频调节设备，也就是说如该变频器性能不好，将增加一个设备故障点，影响机炉的安全稳定运行，为此变频器的性能选择至关重要。选择时除了考虑一些常规的性能指标外，还着重注意了以下几点： 选用的元件是否稳定、成熟；产生的谐波分量是否符合有关标准；电源短时中断恢复时对其影响程度；个别元件故障时能保持短时间的运行等功能。

在对风机调节系统改造前，收集、了解了国内一些变频装置的资料，并进行了比较，最后选择了国内某公司的产品。两台引风机各配备一台高压变频器，变频器型号为HARSVERT-A06/490。变频器性能基本要求如下：

(1) 变频装置为直接高-高结构，不采用输出升压形式；变频装置采用电压源型，且不应对普通6kV电动机主绝缘有任何特殊要求；变频装置逆变主电路拓扑应采用多电平形式。

(2) 整流用移相变压器应采用干式变压器，干式变压器要求铜线绕制，并有高质量柜体封闭。对干式变压器有如下要求：

① 干式变压器高压端子侧以6kV交联聚乙烯电缆接至6kV系统，低压侧端子与功率单元通过软导线连接。

② 变压器应能在100%额定电压时空载下长期连续运行；105%额定电压时，在自然风冷情况下可在额定电流下长期连续运行，在强迫风冷情况下可在1.5倍额定电流下长期连续运行。

③ 变压器负载能力如表3所示。

表3 变压器负载能力

④ 变压器在各分接头位置时，应能够承受线端突发短路的动、热稳定而不产生任何损伤、变形及紧固件松动。

⑤ 变压器应具有就地三相线圈温度指示，温度表为微处理式数字表。所有温度数字表都具有一级报警和二级报警接点输出，接点容量为DC110V，5A，并能输温度模拟量，模拟量采用4～20mA，并能自动起动风机系统进行冷却。

(3) 变频装置的功率单元为模块化设计，方便从机架上抽出、移动和变换，所有单元可以互换。变频器具备内部单元旁路和外部工频旁路功能，保证整个系统在变频器故障中仍正常运行。内部单元旁路自动实现，模块单元一组旁路后，系统满载时降容率≥20%，模块单元二组旁路后仍能运行，模块单元故障需要手动切至外部工频旁路运行。

(4) 变频装置输出符合IEEE 519 1992及中国供电部门对电压失真最严格的要求，高于国标GB14549—1993对谐波失真的要求。变频装置对电网反馈的谐波要求也符合IEEE 519 1992及中国供电部门对电压失真最严格的要求，高于国标GB14549—1993对谐波失真的要求。变频装置输出波形不会引起电机的谐振，转矩脉动小于0.1%，同时避免风机喘振现象。变频器可自动跳过共振点。变频器效率达到98%以上，变频装置整个系统的效率(包括输入隔离变压器等)在整个调速范围内必须达到96%以上，并在整个调速范围内不变。

1.3 变频器的控制与调节

电动机前端由3个高压隔离开关QS41、QS42、QS43组成，如图1所示。要求QS42和QS43不能同时闭合，在机械上实现互锁。变频运行时，QS41和QS42闭合，QS43断开；工频运行时，QS43闭合，QS41和QS42断开。其特点： 在检修变频器时，有明显断电点，能够保证人身安全，同时也可手动使负载投入工频电网运行。

图1 电动机前端

变频器可通过“远控/本控”开关的切换，实现“本机控制”与“远方控制”。“远方控制”与原有的DCS连接，在引风机控制画面中增加了变频器画面，与变频器输出接口连接，进行数据通信。运行人员可以通过DCS中的画面对引风机和变频器的工作电流、转速及运行、停止、故障等状态进行实时监控。另外，变频器的控制调节还通过负压调节器接受炉膛负压信号和来自送风系统的前馈信号，综合运算后经手、自动切换单元输出4～ 20mA到变频器的控制端。调节变频器输出电源的频率，从而改变电动机的转速，改变引风量，达到稳定炉膛负压的目的。

与常规的控制调节系统比较，系统结构、运行操作方式基本不变，主要区别在于由调整引风门开度改为调节引风电动机转速。为了保证生产的连续运行，当一台变频器故障时，联跳相应引风机开关，短时出现单边运行。将故障变频器隔离后，引风电动机可切换为工频运行，风量仍由风门档板调节。

2 改造后引风机的系统调试与试验

变频器安装后，投入系统运行前还需进行必要的调试，其目的主要是检查所选择的变频器其性能、功能是否达到设计要求以及满足实际生产需要。主要内容如下。

(1) 具备条件：

① 相关变频器工作的一、二次设备安装、组态完毕；

② 变频器柜内变压器耐压试验、直流电阻测量合格；

③ 6kV电缆、变频器闸刀柜内支持瓷瓶、避雷器等试验合格；

④ 检查各接线正确、紧固；

⑤ 变频器参数设置正确；

⑥ 引风机等机务设备具备试车条件。

(2) 试验项目：

① 闸刀闭锁功能试验。主要检查出线闸刀和旁路闸刀的机械闭锁功能；“高压允许合闸”闭锁功能；防止带负荷拉合闸刀功能。

② 静态调试。将变频器控制电源送上，引风机开关处于试验状态。检查“本机控制”(触摸屏控制)、“远方控制”(DCS控制)时的开关动作状态及变频器面板、DCS画面上的各种状态显示是否正确对应。

③ 动态调试。引风机开关、变频器柜将正式通电。分别检查“工频旁路”状态以及“变频控制”状态下，在DCS上或变频器面板上操作引风机、变频器的起、停、调是否正常，转速、电流是否下确；在“工频旁路”状态时与“变频控制”状态时的转向是否一致；在“变频控制”时人为模拟故障保护动作、信号是否正确。

④ 带负荷试验。主要了解正常运行工况下引风机、变频器的风量、电流、转速(频率)，检查变频器额定输出电流时的电机转速、变频器频率，以便确定变频器的“始动频率”值以及是否投用限流功能。

⑤ 动力电源切换试验。变频器在正常运行时，电源发生短时波动或工作厂用电中断备用电切换成功，这时变频器应不发生跳机。

3 改造后效果

该电厂机组锅炉引风机加装变频器后，首先节能效果非常显著。其次引风机的调节方式由静叶节流调节方式改为变频转速调节，不仅降低了节流损失，同时由于变速调节改善了风机运行的特性曲线，消除了由于定压节流调节工况下产生的高、低压压头差，使风机压头与系统压头得到了良好的匹配。避免了节流调节方式下经常出现的系统阻力线位于性能曲线途中失速线的上方时，风机运行不稳定性的出现，从而避免了风机在非稳定区运行时，出现叶片激振，导致疲劳断裂的隐患，也有效地消除了2台引风机之间的失速抢风现象，大大提高了锅炉设备运行的安全性。

改为变频调节后： (1) 避免了电动机起动时对电机的冲击损害；(2) 提高了引风机的自动控制能力；(3) 由于转速的降低，风机的叶轮、轴承等寿命得以延长。

【参考文献】

[1] 成都电力机械厂.轴流式通风机使用说明书[G〗.2011.