高压变频器在电厂一次风机上的实际应用

吴伟

摘 要：简要介绍了某电厂330 MW机组大功率高压辅机变频器的改造情况。由相关情况可知，大功率离心一次风机采用的是改变转速调节出力的方式。将恒速运行进口挡板调节改造为高压变频器变速调节后，能节约大量的厂用电，修改保护逻辑和操作方式，实现“变切工”功能，保证变频器在发生故障时能平稳切换回工频运行，从而提高设备运行的可靠性。

关键词：燃煤发电厂；一次风机；变频器；节能降耗

中图分类号：TM621.6 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.161

在燃煤发电厂运行的过程中，风机、泵类设备应用范围非常广，其电能消耗和阀门、挡板等相关设备的节流损失以及维护、维修费用占到生产总成本的7%～25%，是一笔不小的生产费用开支。目前，节能降耗已经成为了降低生产成本、提高电力企业利润、提升企业竞争力的重要手段之一。发电企业辅机配置容量余度大是一个普遍现象，电机调速不仅可以节能降耗，还可以避免峰谷之间的电机频繁启停，降低电机故障率，延长电机的使用年限，为企业节约更多的生产成本。高压变频调速系统是将变频调速技术和智能控制技术应用于大功率高电压电机调速的一种电力变换系统，它应用范围广，能大幅度减少电力消耗，节能30%以上。

1 机组和设备简介

某电厂2×330 MW燃煤机组采用的是东方锅炉（集团）股份有限公司生产的DG1036/18.2-Ⅱ4型亚临界、四角切圆燃烧、自然循环汽包炉。锅炉采用正压直吹式制粉系统，配置5台HP843型中速磨煤；一次风机为单吸双支承离心风机，型号为2008B/1035，由上海鼓风机厂有限公司生产；电动机是由上海电机厂生产的，其型号为YKK560-4，功率为1 250 kW，额定电压为6 kV，额定电流为138.6 A，额定转速为1 482 r/min。

原风机设计是由6 kV电动机直接带动风机恒速运行，采用入口导叶调节风量。如果采用该方法调节风量，当机组满负荷运行时，其开度约为90%，机组带80%负荷，风机入口挡板开度约50%，能量损失大、风机效率低、厂用电率高；当机组低负荷运行时，风机仍然以额定转速运行，对入口导叶冲蚀、冲击大。因此，电动机容量均需按照最大风量选择，而机组所需一次风量是随着负荷、煤种和原煤湿度的变化而变化的。这样风压力不稳定，压损大。经过一段时间后，因为导叶经常出现卡塞的情况，所以，将其改为百叶窗挡板调节。采用挡板调节，调节性能差、响应速度慢、设备使用寿命短、维护量大、维护费用高。因此，为了达到节能的目的，降低厂用电率，特对一次风机做变频改造。

2 改造方案

利用高压变频控制技术对一次风机电动机进行调速控制不仅可以减少风压损失，解决导叶调节线性度差、纯滞延大等难以控制的缺点，还可以提高系统运行的可靠性，避免挡板受到冲蚀、冲击等，减少对系统密封性能造成的破坏，延长设备的使用寿命，减少维护量，提高系统的经济性、运行效率和设备利用率。更重要的是，如果机组带部分负荷运行，就能降低风机的电耗，降低厂用电率，达到节能的目的。

依据改造设计原则，系统改造采用“一带一”的方案，即1台变频器带1台一次风机电动机。该变频控制系统可以与DCS连接实现数据通讯，运行人员可以通过DCS中的画面实时监测和控制一次风机电动机的工作电流、转速、输出功率和运行、停止、故障等状态。

原工频控制回路保持不变，增加工/变频切换回路、变频控制装置（变频器）。当一次风机变频运行时，合变频器输入（QF3）、输出（QF5）断路器，断开旁路开关（QF4），由变频器控制一次风机的启停和转速，进而调节风量；当变频线路出现故障、一次风机工频运行时，合旁路开关（QF4），断开变频器输入（QF3）、输出（QF5）隔离断路器，由原系统完成对一次风机的启停和控制。

3 启动变频装置的步骤

启动变频装置的步骤是：①变频器上电。在运行人员确认一次风机变频室QF3、QF5、QF4 处于热备用的情况下，确认6 kV厂用开关室的QF1处于热备用状态。这时，集控室的运行人员先合QF3、QF5，待相关动作完成后再合QF1。至此，一次风机变频器上电完成，确认变频器无故障显示（QF4 的状态由运行方选择）。②合QF1后，变频装置一次回路开始充电，约10 s后，变频装置向DCS发出“启动允许”的信号。③DCS将转速给定模拟量设置为40%（对应变频装置20 Hz）。④DCS确认变频装置已经发出“启动允许”的信号后，给变频装置发“远程启动”信号。这时，变频装置启动，“变频运行指示”信号改变，变频装置向DCS反馈转速情况。在此过程中需要注意的是，变频装置最低频率给定设置为20 Hz（即DCS转速给定模拟量为40%）。⑤变频装置转速反馈达到40%（对应变频装置20 Hz）后，打开出口阀门。⑥根据闭环指令调节变频装置的频率。

4 变频装置正常停机/备用

变频装置正常停机/备用的步骤是：①正常停机时，DCS先将转速给定模拟量降至40%（即20 Hz）；②确认吸风机挡板至全关位置后，DCS发出“远程停止”信号，变频装置停机；③DCS确认转速反馈为0后，DCS分闸QF3、QF5。

5 变频装置跳闸后操作步骤

变频装置跳闸后（变频故障后，变切工方式）的操作步骤是：①如果一次风机发生变频跳闸故障，变频器会发出重故障信号，并分QF3、QF5，待DCS 接收到重故障信号后启动变切工模式；②变切工成功后，QF4合闸进入旁路运行；③如果变切工不成功，则机组进入RB模式；④记录故障信息，检查并排除吸风机变频跳闸故障。

6 结束语

统计结果显示，330 MW机组大功率高压辅机变频器改造后，节能效果非常明显。在低负荷运行时，节能效果更加突出。由小指标统计结果可知，变频改造后，机组厂用电率下降0.25%，以每月发电量单机组2×108 kW·h计算，每月每台机组将节约厂用电5×105 kW·h。按上网电价0.45元/kW·h计算，每月可节约生产成本22.5万，这样一年就能收回投资成本。

参考文献

[1]邹胜，刘家梅.变频器应用于电厂锅炉风机[J].电气时代，2006（3）.

[2]张振阳，刘军祥，李遵基.高压变频技术在火电厂吸风机中的应用与研究[J].热能动力工程，2002（3）.

〔编辑：白洁〕