熱電廠風機高壓變頻器節能改造分析

李會祥,王英彬（1.阜新市技術改造項目前期工作辦公室；2.阜新市技術節能技術服務中心,遼寧阜新123000）

熱電廠風機高壓變頻器節能改造分析

李會祥,王英彬
（1.阜新市技術改造項目前期工作辦公室；2.阜新市技術節能技術服務中心,遼寧阜新123000）

風機是熱電廠輔助設備中的主要高耗能設備，提高風機的運行效率對燃煤機組降低廠用電量、降低供電煤耗至關重要。本文結合熱電廠風機系統高壓變頻節能改造實例，對改造技術應用的相關問題進行了分析，證明高壓變頻技術改造節能效果明顯，并且提高了風機系統的安全可靠性。

熱電廠；風機；變頻器；改造分析

1　引言

由于鍋爐在正常運行中的燃料構成、熱負荷、電負荷以及季節等變化因數較大，因此，鍋爐燃燒所需要的空氣量在不同的情況變化較大，然而，鍋爐配置的風機是按鍋爐最大出力情況下的所需最大風量來設計，并必須考慮鍋爐在事故情況下一定的風量裕度，所以，風機的電機功率的選配一般都較大。目前，風機流量的調節常采用調節擋板開度的方式，在擋板上產生很大的壓力損失，風機始終運行在低效區，電能利用率低下?？梢姡瑢﹀仩t風機進行節能改造具有十分重要的經濟意義。采用變頻調速技術對風機系統進行改造，不僅可以節約大量電能，而且使電廠系統運行更加安全可靠。

2　改造前工況

阜新杰超煤矸石熱電有限公司現有的五臺發電機組，6臺鍋爐，總裝機容量達到5.4萬千瓦，年上網電量3億千瓦時、供熱量396萬吉焦。風機配套電機為6KV的三相交流異步電動機，風機均采用調節擋板開度來滿足系統生產的需要，各風機運行擋板開度大都在40%--80%，通過調節擋風板開啟角度的機械調節方法來滿足不同的用風量，經過運行分析和實地調研，發現實際的生產過程中采用擋板調節風量的方式，存在以下問題：

（1）采用檔板調節風量、風壓，造成大量能量消耗在擋板阻力上，造成不必要的損耗；

（2）采用擋板調節時，風機、管網振動較大、噪音和磨損嚴重，降低了設備壽命，增大設備維護量；

（3）采用風門控制調節風量、壓力，調節控制精度低，控制不精確，時滯性差。

（4）電機啟動時電流一般是額定電流的4-7倍，對廠用電形成沖擊，強大的沖擊轉矩對電機和風機的使用壽命存在不利影響。

（5）電氣保護特性差，當負載出現機械故障時不能瞬間動作保護設備等。

經過分析，有必要對以上風機系統進行變頻改造。改變原始的擋板控制方式，不論是從生產工藝控制還是降低電耗、減少設備維護量以及自動化程度上都能帶來極大的改善。

3　改造方案

本次改造主要是根據企業電機系統設施的現狀和存在的問題，針對電廠系統特點，對#3、#4、#5、#6鍋爐引風機、一次風機、二次風機共計12臺（電機總裝機容量3900KW）6KV電機進行變頻節電技術改造，采用高壓變頻調速技術，根據工況需要，控制電機的轉速，來調節風量的變化，以替代落后的擋板調節方式，以減少電能損耗。同時，風量的變化由非線性改善為線性，使得爐膛的燃燒效能控制變得更及時、精確。從而達到節能降耗和提高自動化程度的雙重目的。本次節電技術改造新建一座高壓變頻室、增加變頻調速裝置12臺、DCS控制系統、、通風系統及配電設施。

3.1變頻器選型

近年來已有很多大中型電廠采用變頻技術進行節電技術改造的實例，實踐證明不但節電效果明顯，而且提高系統的安全性，不存在運行風險。此次節電技術改造設備選用原則，技術先進，成熟可靠。選擇雷奇節能科技股份有限公司生產的LOVOL系列高壓智能節電裝置（變頻器），該產品由移相變壓器，功率單元和控制器組成。高壓變頻器采用模塊化設計，互換性好、維修簡單，噪音低，諧波含量小，不會引起電機的轉矩脈動，對電機沒有特殊要求。高壓變頻調速系統的結構圖如下：

3.2電氣改造方案

采用一拖一自動旁路控制，實現變頻/工頻自動切換。旁路柜在節電器進、出線端增加了兩個隔離刀閘，以便在節電器退出而電機運行于旁路時，能安全地進行節電器的故障處理或維護工作。旁路柜主回路主要配置：三個真空接觸器（KM1、KM2、KM3）和兩個高壓隔離開關K1、K2。KM2與KM3實現電氣互鎖，當KM1、KM2閉合，KM3斷開時，電機變頻運行；當KM1、KM2斷開，KM3閉合時，電機工頻運行。另外，KM1閉合時，K1操作手柄被鎖死，不能操作；KM3閉合時，K2操作手柄被鎖死，不能操作。自動旁路控制結構圖如下：

3.3系統控制方案

（1）本地控制：利用系統控制器上的鍵盤、控制柜上的按鈕、電位器旋鈕等就地控制。

（2）遠程控制：變頻器與DCS系統連接，進行數據通訊，使運行人員通過DCS系統畫面對變頻器的工作電流，運行狀態及故障信息進行監控，由DCS實現控制。

3.4系統散熱方案

由于變頻器是由大功率高頻開關元件和移相隔離變壓器組成，設備自身發熱量較大，運行環境的溫度和濕度會影響設備的穩定性及功率元件的使用壽命，為了使變頻器能長期穩定和可靠地運行，采用室內空調冷卻方式，滿足設備對溫度和濕度的要求。

4　變頻改造效果分析

4.1節電效果

節電改造前，鍋爐正常工況下引風機檔板的平均開度在70-80%左右，二次風機在35-45%左右。采用落后的檔板調節控制方式，用電量高居高不下，影響機組的經濟運行質量。本次節電改造于2012 年10月安裝調試完畢，經過一段時間的運行測試，以3#鍋爐引風機為例，原工頻電流由平均49.5A下降到變頻后的36-39A，功率因數由0.8左右提高到0.95左右。從12臺改造后的風機運行情況看，完全能夠滿足鍋爐運行工藝的要求（主要是風壓、風量、加減風的速率等）。運行后一年的電表數據表明，經過變頻改造后12臺風機總計節電量為280萬KWh，比擋板調節控制方式節能率達到23%，節能效果十分顯著。并且電機在啟動、運行調節、控制操作等方面都得到極大的改善。

4.2其它效果

（1）采用變頻調速控制后，杜絕“大馬拉小車”現象，既提高了電機效率，又滿足了生產工藝要求；

（2）采用變頻調速控制后，由于變頻裝置內的直流電抗器能很好的改善功率因數，功率因數由0.8左右提高到0.95以上，提高了有功功率，減少了設備和線路無功損耗；

（3）實現了電機的軟啟動，避免了對電網的沖擊，提高了系統的可靠性，延長了設備的使用壽命；

（4）減少風機葉片和軸承的磨損，延長大修周期、節省維修費用。風機、管網振動大幅減小，降低了噪聲對環境的影響；

（5）變頻器的過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護功能，使系統的安全可靠性大大提高；

（6）由于變頻器具有工頻/變頻自動切換功能，變頻器發生重故障時可在2-3秒內切換到工頻運行，且在變頻調速控制系統檢修維護或故障時，工頻控制系統照樣可以正常運行，滿足風機系統對電機高可靠性運行的要求；

（7）實現了高壓變頻裝置與主控室DCS系統連接,DCS系統能夠滿足實時性的要求，經過電廠運行的邏輯實現對變頻器的控制，對各種數據的分析和判斷，這也是電廠提高效率的關鍵環節之一。

5　結語

在發電企業中，風機水泵類等高耗能設備較多，應用變頻調速技術進行節能改造已經逐漸被接受。實際運行中變頻器在經歷了各種電氣、機械、環境溫度影響下動作迅速可靠，運行穩定，節能效果顯著，是一種理想的調速控制方式，經濟效益及社會效益十分明顯。

[1]王占奎等編.變頻調速應用百例[M].北京科學出版社出版,1999.4

[2]吳忠智,吳加林編著.變頻器應用手冊[M].北京機械工業出版社,2002(07).

[3]陳建行,劉茂山.高壓變頻器在壽光金太陽熱電廠輔機節能改造中的應用[J].變頻器世界，2010(12).

[4]郭立川等.泵與風機（第三版）[M].北京:中國電力出版社.

李會祥（1965—），遼寧阜新人，工程師，從事技術改造項目前期工作，節能技術監測、推廣工作。