300MW循環流化床鍋爐一次風機變頻改造的應用

摘 要：本文介紹了高壓變頻器在300MW循環流化床鍋爐一次風機上的應用，通過風機變頻調速改造，實現降低廠用電，降低噪音，減小風道振動。

關鍵詞：鍋爐；一次風機；變頻改造；節能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.065

0 引言

火力發電廠輔機的經濟運行，關系著廠用電率的高低。火電廠鍋爐風機，特別是一次風機在運行中普遍存在能耗高、噪音大、風道振動的問題，尤其是循環流化床鍋爐更為顯著。

1 設備概況

遼寧調兵山煤矸石發電有限責任公司2*300MW機組為上海鍋爐廠制造的大型循環流化床鍋爐，鍋爐型號SG-1065/17.5-M804。風煙系統采用雙引風機、雙一次風機、雙二次風機布置。一次風機采用入口擋板調節控制風量，即使滿負荷運行，一次風機入口擋板開度也不到30%，風機全速運行，大量的能量消耗在節流損失中，并且風機運行時風道振動和噪音很大，為解決上述問題，經反復調研論證，選用東方日立（成都）電控設備有限公司的HI系列高壓變頻器，對#1、2爐一次風機進行變頻改造，以實現降低廠用電，提高風機效率，降低噪音，減小風道振動。

1.1 一次風機設備簡述

一次風機電動機技術參數為：電機型號STMKK560-4S，容量3000KW，額定電壓6KV，額定轉速1482 r/min，額定電流332A，絕緣等級F級，上海電機廠生產。

一次風機技術參數為：風機型號GJ34942，形式雙吸離心式風機，額定流量305400N m3/h，全壓28170.56Pa，額定轉速1490 r/min，輸入軸功率（kW） 771.8～1039，成都電力機械廠生產。

1.2 高壓變頻器設備簡述

東方日立（成都）電控設備有限公司生產的HI系列DHVECTOL-DI03550/06型單元串聯多電平電壓源型高壓變頻器屬于電壓源型高壓變頻器，采用直接高高變換的方式，技術方案采用單元串聯多電平電壓源型，結構采用多個變頻器單元串聯疊加輸出的方式，變頻器的控制方式采用多級PWM疊加技術，變頻器輸出電壓由所有單元輸出疊加而成，波形非常接近于正玄波，諧波含量很低，極大的減小了對交流電機的諧波污染，實現優質的可變頻變壓的電壓和電流輸出。具有高效率、高功率因數低諧波特點，整機效率≥97%，功率因數≥0.96，輸出電流不平衡度﹤0.7%，輸出諧波﹤3%。設備由移相變壓器單元、工頻旁路單元、變頻功率單元三部分組成。

2 改造方案介紹

2.1 電氣一次回路變化

如圖1，改造方案采用一拖一方案 保留原系統所有設備，將高壓變頻器串入高壓電機回路。同時設有旁路功能，一次風機變頻運行時，入口調節擋板全開，一次風通過改變一次風機電機轉速來調節，變頻器出現故障時，風機跳閘后，手動切換至工頻定速運行，調節擋板同時也參與一次風壓控制。風機變頻運行向工頻定速運行切換時，應停運一次風機，手動切換一次回路后，按原方式投入運行。

2.2 變頻方式啟動一次風機

在變頻器旁通柜上手動操作隔離刀閘QS1合閘，再操作隔離刀閘QS2合到變頻位置，變頻器自動檢測到隔離刀閘QS1、QS2處于變頻位置后，且變頻器自身無故障狀態，變頻器發出允許啟動狀態，表示變頻器已經準備好，可以給變頻器發運行指令。DCS判斷機組允許啟動一次風機，且啟動條件均滿足時，運行人員給變頻發運行指令。變頻器收到運行指令后，變頻器自動開始給功率單元充電，充電時間為40秒，充電完成后，變頻器發出高壓合閘指令（變頻器通過合閘繼電器常開點送到高壓開關柜），控制高壓開關QF1合閘。高壓開關QF1合閘后，變頻器延時7秒鐘開始輸出PWM，電機從0Hz開始運行至設置頻率。初始頻率定為20HZ。調整DCS給變頻器的給定頻率模擬量（4～20mA）的大小，變頻器根據此模擬量的值調整變頻器的輸出頻率。從而調整變頻器的轉速。

2.3 變頻方式停止一次風機

變頻運行時，給變頻器發停機指令。變頻器收到停機指令，變頻器從當前運行頻率開始降速，當降到0Hz時，變頻器發出高壓開關分閘指令（變頻器通過分閘繼電器常閉點送到高壓開關柜），控制高壓開關分斷。

2.4 工頻方式啟、停一次風機

工頻方式啟、停一次風機與原方式相同，只需將一次回路切至變頻器旁路。

2.5 一次風機加裝變頻器后差動保護的處理

我廠一次風機電機6KV開關柜裝有北京四方的主保護和獨立差動保護裝置。一次風機電機加裝變頻器后，中性點電流互感器與電源處電流互感器所處的一次系統發生變化，無法滿足差動保護投入條件。要求當電動機變頻運行時，電機差動保護退出；當電動機工頻運行時，電機差動保護投入。

實現方法：將旁路柜切換刀閘QS1及QS2輔助開關接點串入保護裝置投退回路中，實現自動投退，無需人工操作。

3 使用變頻器的效益分析

（1）節約廠用電效果明顯。2013年7月一次風機工頻方式下與今年同期在相同環境溫度下一次風機變頻方式下比較，以說明變頻器的節能效果，見表1。

在今年平均負荷低于去年同期情況下，一次風機耗電率仍比去年低很多，節能效果明顯，如表2。

機組200MW運行，一次風機消耗電量每小時將節約460A×1.732×6.2KV×0.88-320A×1.732×6.2KV×0.96=1048 KW.h，運行時間按2013年全年運行小時數6799h（利用小時4680h，負荷率68.83%），電價0.4044元/kWh計算，年節約電費290萬元，全廠兩臺機組可節約電費580萬元，一年多的時間即能收回成本。

（2）電機功率因數由0.88提高到0.96，降低了設備損耗，提高了設備利用率。

（3）異步電機啟動電流很大，達到額定電流的5-7倍，對廠用電形成沖擊，同時沖擊轉矩對電機和風機使用壽命存在很大不利，風機變頻改造后，電機實現了軟啟動，消除了對電網和負載的沖擊，避免產生操作過電壓而損傷電機絕緣，延長了電動機和風機的使用壽命。

（4）低負荷下轉速降低，減少了機械部分的磨損和振動，延長了風機大修周期，從而節省了大量的檢修費用。降低了風機運行時的噪音和風道振動。

（5）可獲得高精度的調節效益。使用變頻器后調節精度高，投運實踐證明，變頻直接控制遠比檔板控制精度高，且運行穩定，進而取得高產優質的可觀經濟效果，其價值大于節電效果。

4 結束語

火電廠風機、水泵所消耗的能源占廠用電的3/4，如何節能降耗、降低廠用電率已經成為火電企業提高競爭力的一件大事，實踐已經證明變頻調節是一個行之有效的辦法，火電廠已經走在各行業的前列。中國具有節能潛力的電機至少有1.8億千瓦，如果這些風機、水泵都能采用變頻調速，那將給我國節約多少能源。

參考文獻：

[1]王廷才，王偉.變頻器原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]李遵基.變頻控制原理及應用[M].太原：華北電力大學出版社，1998.

[3]東方日立（成都）電控設備有限公司生產的HI系列高壓變頻器說明書[S].

作者簡介：牛成堃（1972-），男，工程師，主要從事：火電廠運行調度及節能分析工作。