2×700MW超超臨界火力發電機組引風機變頻調速改造

涂 聰， 李光耀， 涂國斌

(1. 江西中電電力工程有限責任公司 南昌分公司，江西 南昌 330096；2. 上海電機系統節能工程技術研究中心有限公司，上海 200063；3. 南昌ABB發電機有限公司，江西 南昌 330096)

0 引 言

某電廠2×700MW超超臨界火力發電機組1#、2#鍋爐分別配備兩臺引風機，該引風機為靜葉可調軸流式風機AN37e6。在實際運行過程中發現，在機組滿負荷運行時，引風機卻在60%～70%額定負荷下運行，可見引風機選型裕量過大，長期處于低出力區域運行，明顯增加了鍋爐輔機廠用電耗率，影響機組的發供煤耗升高，降低了機組的經濟性。同時兩臺引風機的運行匹配也較差，2#爐A引風機運行中出力大于B引風機，B引風機經常突然出現振動值變大的情況，給引風機的穩定運行造成了隱患。

為解決上述問題，對引風機進行變頻改造，將引風機入口靜葉開度固定在全開的角度，將煙道系統阻力減小至最低限度，減小系統節流損失，提高風機的工作效率。同時，由節流調節改為變速調節后，不僅其節能效果明顯，也可以有效避免引風機的喘振和搶風情況的發生，提高了引風機的運行穩定性和安全性。

1 改造實施方案

1.1 工況分析

該電廠鍋爐引風機和電機主要參數如表1所示。

表1 鍋爐引風機和電機主要參數

在機組不同負荷的情況下，對鍋爐引風機進行了性能測試，2#爐現場測試的主要數據如表2所示。

表2 2#爐現場測試數據

另外，在機組負荷600MW工況下，B機組引風機電流為313～317A，最大值不超過340A，電動機的實際運行最大功率為340×6×1.732×0.845=2986kW，冗余容量為3800-2986=814kW。

在機組負荷300～350MW工況下，引風機電流在205～225A，電動機的實際運行最大功率為225×6×1.732×0.845=1975kW，冗余容量為3800-1975=1825kW。

通過引風機試驗數據分析可看出，電動機功率選擇過大，實際運行效率明顯偏低；同時2臺引風機的運行匹配也較差，A引風機的出力明顯高于B引風機，給引風機的穩定運行造成了隱患。

根據以上分析認為，從經濟性和安全穩定性兩方面考慮，該鍋爐引風機電機都比較適合進行變頻改造。

1.2 變頻器的選擇

利用變頻調節技術無疑要在原有的裝置中加裝一套變頻調節設備，也就是說如該變頻器性能不好，將增加一個設備故障點，影響機爐的安全穩定運行，為此變頻器的性能選擇至關重要。選擇時除了考慮一些常規的性能指標外，還著重注意了以下幾點： 選用的元件是否穩定、成熟；產生的諧波分量是否符合有關標準；電源短時中斷恢復時對其影響程度；個別元件故障時能保持短時間的運行等功能。

在對風機調節系統改造前，收集、了解了國內一些變頻裝置的資料，并進行了比較，最后選擇了國內某公司的產品。兩臺引風機各配備一臺高壓變頻器，變頻器型號為HARSVERT-A06/490。變頻器性能基本要求如下：

(1) 變頻裝置為直接高-高結構，不采用輸出升壓形式；變頻裝置采用電壓源型，且不應對普通6kV電動機主絕緣有任何特殊要求；變頻裝置逆變主電路拓撲應采用多電平形式。

(2) 整流用移相變壓器應采用干式變壓器，干式變壓器要求銅線繞制，并有高質量柜體封閉。對干式變壓器有如下要求：

① 干式變壓器高壓端子側以6kV交聯聚乙烯電纜接至6kV系統，低壓側端子與功率單元通過軟導線連接。

② 變壓器應能在100%額定電壓時空載下長期連續運行；105%額定電壓時，在自然風冷情況下可在額定電流下長期連續運行，在強迫風冷情況下可在1.5倍額定電流下長期連續運行。

③ 變壓器負載能力如表3所示。

表3 變壓器負載能力

④ 變壓器在各分接頭位置時，應能夠承受線端突發短路的動、熱穩定而不產生任何損傷、變形及緊固件松動。

⑤ 變壓器應具有就地三相線圈溫度指示，溫度表為微處理式數字表。所有溫度數字表都具有一級報警和二級報警接點輸出，接點容量為DC110V，5A，并能輸溫度模擬量，模擬量采用4～20mA，并能自動起動風機系統進行冷卻。

(3) 變頻裝置的功率單元為模塊化設計，方便從機架上抽出、移動和變換，所有單元可以互換。變頻器具備內部單元旁路和外部工頻旁路功能，保證整個系統在變頻器故障中仍正常運行。內部單元旁路自動實現，模塊單元一組旁路后，系統滿載時降容率≥20%，模塊單元二組旁路后仍能運行，模塊單元故障需要手動切至外部工頻旁路運行。

(4) 變頻裝置輸出符合IEEE 519 1992及中國供電部門對電壓失真最嚴格的要求，高于國標GB14549—1993對諧波失真的要求。變頻裝置對電網反饋的諧波要求也符合IEEE 519 1992及中國供電部門對電壓失真最嚴格的要求，高于國標GB14549—1993對諧波失真的要求。變頻裝置輸出波形不會引起電機的諧振，轉矩脈動小于0.1%，同時避免風機喘振現象。變頻器可自動跳過共振點。變頻器效率達到98%以上，變頻裝置整個系統的效率(包括輸入隔離變壓器等)在整個調速范圍內必須達到96%以上，并在整個調速范圍內不變。

1.3 變頻器的控制與調節

電動機前端由3個高壓隔離開關QS41、QS42、QS43組成，如圖1所示。要求QS42和QS43不能同時閉合，在機械上實現互鎖。變頻運行時，QS41和QS42閉合，QS43斷開；工頻運行時，QS43閉合，QS41和QS42斷開。其特點： 在檢修變頻器時，有明顯斷電點，能夠保證人身安全，同時也可手動使負載投入工頻電網運行。

圖1 電動機前端

變頻器可通過“遠控/本控”開關的切換，實現“本機控制”與“遠方控制”。“遠方控制”與原有的DCS連接，在引風機控制畫面中增加了變頻器畫面，與變頻器輸出接口連接，進行數據通信。運行人員可以通過DCS中的畫面對引風機和變頻器的工作電流、轉速及運行、停止、故障等狀態進行實時監控。另外，變頻器的控制調節還通過負壓調節器接受爐膛負壓信號和來自送風系統的前饋信號，綜合運算后經手、自動切換單元輸出4～ 20mA到變頻器的控制端。調節變頻器輸出電源的頻率，從而改變電動機的轉速，改變引風量，達到穩定爐膛負壓的目的。

與常規的控制調節系統比較，系統結構、運行操作方式基本不變，主要區別在于由調整引風門開度改為調節引風電動機轉速。為了保證生產的連續運行，當一臺變頻器故障時，聯跳相應引風機開關，短時出現單邊運行。將故障變頻器隔離后，引風電動機可切換為工頻運行，風量仍由風門檔板調節。

2 改造后引風機的系統調試與試驗

變頻器安裝后，投入系統運行前還需進行必要的調試，其目的主要是檢查所選擇的變頻器其性能、功能是否達到設計要求以及滿足實際生產需要。主要內容如下。

(1) 具備條件：

① 相關變頻器工作的一、二次設備安裝、組態完畢；

② 變頻器柜內變壓器耐壓試驗、直流電阻測量合格；

③ 6kV電纜、變頻器閘刀柜內支持瓷瓶、避雷器等試驗合格；

④ 檢查各接線正確、緊固；

⑤ 變頻器參數設置正確；

⑥ 引風機等機務設備具備試車條件。

(2) 試驗項目：

① 閘刀閉鎖功能試驗。主要檢查出線閘刀和旁路閘刀的機械閉鎖功能；“高壓允許合閘”閉鎖功能；防止帶負荷拉合閘刀功能。

② 靜態調試。將變頻器控制電源送上，引風機開關處于試驗狀態。檢查“本機控制”(觸摸屏控制)、“遠方控制”(DCS控制)時的開關動作狀態及變頻器面板、DCS畫面上的各種狀態顯示是否正確對應。

③ 動態調試。引風機開關、變頻器柜將正式通電。分別檢查“工頻旁路”狀態以及“變頻控制”狀態下，在DCS上或變頻器面板上操作引風機、變頻器的起、停、調是否正常，轉速、電流是否下確；在“工頻旁路”狀態時與“變頻控制”狀態時的轉向是否一致；在“變頻控制”時人為模擬故障保護動作、信號是否正確。

④ 帶負荷試驗。主要了解正常運行工況下引風機、變頻器的風量、電流、轉速(頻率)，檢查變頻器額定輸出電流時的電機轉速、變頻器頻率，以便確定變頻器的“始動頻率”值以及是否投用限流功能。

⑤ 動力電源切換試驗。變頻器在正常運行時，電源發生短時波動或工作廠用電中斷備用電切換成功，這時變頻器應不發生跳機。

3 改造后效果

該電廠機組鍋爐引風機加裝變頻器后，首先節能效果非常顯著。其次引風機的調節方式由靜葉節流調節方式改為變頻轉速調節，不僅降低了節流損失，同時由于變速調節改善了風機運行的特性曲線，消除了由于定壓節流調節工況下產生的高、低壓壓頭差，使風機壓頭與系統壓頭得到了良好的匹配。避免了節流調節方式下經常出現的系統阻力線位于性能曲線途中失速線的上方時，風機運行不穩定性的出現，從而避免了風機在非穩定區運行時，出現葉片激振，導致疲勞斷裂的隱患，也有效地消除了2臺引風機之間的失速搶風現象，大大提高了鍋爐設備運行的安全性。

改為變頻調節后： (1) 避免了電動機起動時對電機的沖擊損害；(2) 提高了引風機的自動控制能力；(3) 由于轉速的降低，風機的葉輪、軸承等壽命得以延長。

【參考文獻】

[1] 成都電力機械廠.軸流式通風機使用說明書[G〗.2011.