摘要：本文介紹了風(fēng)光牌高壓變頻器在廣西信發(fā)鋁電有限公司電廠送風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用情況。應(yīng)用結(jié)果表明，采用 變頻器對(duì)電廠送風(fēng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行調(diào)速節(jié)能改造，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：風(fēng)光高壓變頻器電廠送風(fēng)機(jī)節(jié)能

Abstract:ThispaperdescribestheapplicationsofFengguangbrandhigh-voltageinvertersonblowersinGuangxiXinfaAluminum&Co..Theapplicationresultsshowthatthefrequencyofthepowerplantequipmentblowerspeedenergysaving,withgoodeconomicandsocialbenefits.

Keywords:Fengguangbrandhigh-voltageinverterPowerblowerEnergy

1.引言

火力發(fā)電廠在生產(chǎn)過程中，當(dāng)發(fā)電負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，需要對(duì)鍋爐燃燒工況進(jìn)行調(diào)節(jié)。具體調(diào)節(jié)方法是通過改變鍋爐的給煤量、風(fēng)量、給水量來進(jìn)行調(diào)節(jié)。而相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)各電廠水量、風(fēng)量的調(diào)節(jié)一般是通過改變閥門或擋板的開度來實(shí)現(xiàn)的，但這種調(diào)節(jié)方式屬于節(jié)流調(diào)節(jié)，在運(yùn)行中這種調(diào)節(jié)方式存在許多問題。

2.送風(fēng)機(jī)節(jié)流調(diào)節(jié)方式存在的問題

（1）節(jié)流調(diào)節(jié)方式浪費(fèi)電能。

鍋爐在設(shè)計(jì)時(shí)，選用風(fēng)機(jī)的額定容量通常大于實(shí)際需要量，其配套拖動(dòng)電機(jī)的額定容量則更大。實(shí)際運(yùn)行時(shí)不得不關(guān)小風(fēng)門進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)。在節(jié)流過程中，風(fēng)機(jī)特性曲線不變，轉(zhuǎn)速不變，僅僅依靠關(guān)小風(fēng)門，人為增加管道阻力來減小流量。風(fēng)門開度減小，阻力損失相應(yīng)增加，但系統(tǒng)輸入功率并無減小，而是白白損失在節(jié)流過程中。

（2）節(jié)流調(diào)節(jié)的系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度差。

由于風(fēng)門的檔板開度與流量的非線性關(guān)系，加上執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械傳動(dòng)間隙的影響，檔板開度調(diào)節(jié)既不靈敏又不精確，無法實(shí)現(xiàn)流量的快速、準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。

（3）節(jié)流調(diào)節(jié)運(yùn)行費(fèi)用大。

在節(jié)流調(diào)節(jié)方式中，風(fēng)機(jī)長期處于高速、大負(fù)載下運(yùn)行，消耗電能大，維護(hù)工作量大，設(shè)備壽命低，并且運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)噪音大。

3.高壓變頻調(diào)速技術(shù)的作用和節(jié)能原理

異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率f來改變同步轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，在調(diào)速中從高速到低速都可以保持較小的轉(zhuǎn)差率，因而消耗轉(zhuǎn)差功率小，效率高，是異步電動(dòng)機(jī)最為合理的調(diào)速方法。目前，變頻調(diào)速已成為異步電動(dòng)機(jī)最主要的調(diào)速方式，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。

高壓變頻調(diào)速具有如下顯著的優(yōu)點(diǎn)：

(1)高效節(jié)能：含變壓器在內(nèi)的整機(jī)效率在96％以上，可減少由負(fù)載檔板或閥門調(diào)節(jié)方式導(dǎo)致的節(jié)流損失。

(2)提高功率因數(shù)：目前單元級(jí)聯(lián)式的高壓變頻器，其輸入電流諧波含量小于國家標(biāo)準(zhǔn)的限制要求，功率因數(shù)可保證在0.95以上，輸入功率因數(shù)大大提高，無需投資功率補(bǔ)償設(shè)備，并可降低有關(guān)的設(shè)備投資與維護(hù)費(fèi)用。

(3)軟啟、軟停：減少對(duì)電網(wǎng)和負(fù)載的沖擊，延長電機(jī)等設(shè)備的使用壽命。采用變頻調(diào)速后，可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)和軟制動(dòng)，幾乎不產(chǎn)生沖擊，正常運(yùn)行時(shí)又大多低于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，可大大延長電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子軸及軸承等電氣與機(jī)械壽命。

（4）節(jié)能效果明顯。

對(duì)風(fēng)機(jī)而言，流體力學(xué)有以下原理：輸出風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n成正比；輸出壓力H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比；輸出軸功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正正比；即：

風(fēng)機(jī)特性如圖1所示。風(fēng)機(jī)工作在A點(diǎn)時(shí)，其功率為PA=H1×Q1／102；風(fēng)機(jī)工作在B點(diǎn)時(shí)，其功率為PB=H2×Q2／102。因Q2H1，故PA與為PB的值變化較大，說明采用變工頻工作方式時(shí)，改變風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，風(fēng)機(jī)的軸功率減小很大，節(jié)能效果顯著。

圖1 風(fēng)機(jī)特性曲線圖

當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量需要改變時(shí)，如調(diào)節(jié)風(fēng)門的開度，則會(huì)使大量電能白白消耗在擋板及管路系統(tǒng)阻力上。如采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量，可使軸功率隨流量的減小大幅度下降?？梢姡ㄟ^變頻對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能，且節(jié)能空間可觀。

4.電廠送風(fēng)機(jī)應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)例

廣西信發(fā)鋁電有限公司電廠有3臺(tái)155MW發(fā)電機(jī)組（汽機(jī)），4臺(tái)520t/h鍋爐。每臺(tái)鍋爐配備兩臺(tái)離心式送風(fēng)機(jī)，每臺(tái)送風(fēng)機(jī)參數(shù)相同，以3#爐甲送風(fēng)機(jī)為例介紹，其拖動(dòng)電機(jī)基本參數(shù)如表1所示，靠改變風(fēng)機(jī)風(fēng)門的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量。風(fēng)機(jī)的效率低，損耗大，尤其風(fēng)量小時(shí)，效率極低。

為了降低廠用電率，減少發(fā)電成本，公司電廠領(lǐng)導(dǎo)決定在3#、4#發(fā)電機(jī)組4臺(tái)送風(fēng)機(jī)上采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的4套1000kW/6kV高壓變頻器對(duì)3#、4#發(fā)電機(jī)組送風(fēng)機(jī)分別進(jìn)行改造。

4.1送風(fēng)機(jī)變頻控制方案

變頻調(diào)速系統(tǒng)本體操作方面，采用RS485通訊，DCS控制和監(jiān)控，提高了系統(tǒng)的安全性能。通過目前電廠已有的DCS對(duì)高壓變頻器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，通過RS485通訊多地對(duì)高壓變頻器運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。

送風(fēng)機(jī)變頻器受DCS控制時(shí)分自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式。手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行操作人員通過改變DCS操作畫面控制變頻器轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)煙氣含氧量的調(diào)節(jié)。自動(dòng)控制時(shí)，正常情況下，變頻風(fēng)機(jī)作為運(yùn)行風(fēng)機(jī)長期運(yùn)行，調(diào)節(jié)器發(fā)出風(fēng)門全開指令，由變頻器接受遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)器的自動(dòng)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)，調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速滿足機(jī)組不同負(fù)荷的要求。當(dāng)變頻器故障跳閘時(shí)，經(jīng)判斷為變頻器內(nèi)部故障，而送風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)均正常的情況下，可以手動(dòng)切換到工頻狀態(tài)，最大可能地降低變頻器跳閘后工頻運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)的影響。

當(dāng)單臺(tái)變頻器故障跳閘時(shí)，系統(tǒng)聯(lián)跳變頻器上口的高壓開關(guān)，由送風(fēng)機(jī)原有的連鎖動(dòng)作邏輯實(shí)現(xiàn)單側(cè)送風(fēng)機(jī)掉閘，鍋爐聯(lián)跳單側(cè)引風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)爐自動(dòng)降負(fù)荷的控制邏輯。爐膛負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過狀態(tài)前饋控制自動(dòng)提高另一臺(tái)送風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并延時(shí)關(guān)閉跳閘送風(fēng)機(jī)的擋板，從而減小單臺(tái)送風(fēng)機(jī)掉閘對(duì)爐膛負(fù)壓值產(chǎn)生的擾動(dòng)影響。

4.2風(fēng)光高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

廣西信發(fā)鋁電公司電廠3#、4#發(fā)電機(jī)組配置送風(fēng)機(jī)4臺(tái)，送風(fēng)機(jī)改造選用風(fēng)光JD-BP37-1000F高壓變頻器4臺(tái)、并配置自動(dòng)旁路柜，用于變頻/工頻切換。采用“一拖一”變頻控制。風(fēng)光JD-BP37-1000F變頻器參數(shù)如表2所示。

4.3變頻改造主回路

廣西信發(fā)鋁電公司電廠3#、4#爐送風(fēng)機(jī)采用4套JD-BP37-1000F（1000kW/6kV）高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速控制。4臺(tái)送風(fēng)機(jī)改造主回路相同，以3#爐甲送風(fēng)機(jī)為例系統(tǒng)改造主回路如圖2所示。

圖2  3#爐甲送風(fēng)機(jī)旁路柜原理圖

原來2臺(tái)鍋爐送風(fēng)機(jī)全部采用工頻運(yùn)行，對(duì)4臺(tái)送風(fēng)機(jī)增設(shè)變頻調(diào)速裝置，采用一拖一加自動(dòng)旁路的方式。將原送風(fēng)機(jī)風(fēng)門調(diào)節(jié)的運(yùn)行方式改為由變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的運(yùn)行方式。當(dāng)變頻器故障或檢修，可選擇自動(dòng)或手動(dòng)方式切換至工頻運(yùn)行。當(dāng)送風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)在DCS界面上調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)頻率去調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的目的。

為了保證發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行，送風(fēng)機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)旁路方案采用手動(dòng)/自動(dòng)控制方式。選擇手動(dòng)控制方式時(shí)，在旁路手動(dòng)狀態(tài)下，通過判斷，確認(rèn)單側(cè)送風(fēng)機(jī)跳閘的故障點(diǎn)是在變頻器本體，原有送風(fēng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)沒有問題的情況下，可以將送風(fēng)機(jī)手動(dòng)恢復(fù)工頻運(yùn)行方式，并將恢復(fù)工頻運(yùn)行的送風(fēng)機(jī)風(fēng)門為工頻控制狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)煙氣含氧量的調(diào)節(jié)，從而達(dá)到一臺(tái)引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速，另一臺(tái)引風(fēng)機(jī)風(fēng)門調(diào)整下兩種不同的控制對(duì)象，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)爐的全負(fù)荷響應(yīng)的控制要求。

如選擇自動(dòng)控制方式時(shí)，在旁路自動(dòng)狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障且自動(dòng)投入允許，系統(tǒng)將首先分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入、輸出開關(guān)，經(jīng)過一定延時(shí)后，工頻旁路開關(guān)合閘，電機(jī)投入電網(wǎng)工頻運(yùn)行。同時(shí)DCS邏輯將風(fēng)量調(diào)節(jié)方式轉(zhuǎn)為工頻調(diào)節(jié)方式，此時(shí)運(yùn)行人員參與調(diào)節(jié)，確保爐膛燃燒穩(wěn)定。

變頻器維修完成，系統(tǒng)恢復(fù)變頻器運(yùn)行時(shí)，可以關(guān)閉送風(fēng)機(jī)入口擋板，依靠單臺(tái)變頻送風(fēng)機(jī)帶鍋爐50%～70%的負(fù)荷，將送風(fēng)機(jī)切換至變頻運(yùn)行方式，依托變頻器提供的飛車啟動(dòng)功能，在送風(fēng)機(jī)沒有完全停止的情況下恢復(fù)設(shè)備運(yùn)行，從而大大減少機(jī)組減負(fù)荷的時(shí)間。

主回路如圖2所示，控制具體介紹如下，旁路柜在變頻器進(jìn)、出線端增加了兩個(gè)隔離刀閘，以便在變頻器退出而電機(jī)運(yùn)行于旁路時(shí)，能安全地進(jìn)行變頻器的故障處理或維護(hù)工作。

旁路柜主要配置：三個(gè)真空接觸器（KM1、KM2、KM3）和兩個(gè)刀閘隔離開關(guān)K1、K2。KM2與KM3實(shí)現(xiàn)電氣互鎖，當(dāng)KM1、KM2閉合，KM3斷開時(shí)，電機(jī)變頻運(yùn)行；當(dāng)KM1、KM2斷開，KM3閉合時(shí)，電機(jī)工頻運(yùn)行。另外，KM1閉合時(shí)，K1操作手柄被鎖死，不能操作；KM2閉合時(shí)，K2操作手柄被鎖死，不能操作。

電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，若需對(duì)變頻器進(jìn)行故障處理或維護(hù)，切記在KM1、KM2分閘狀態(tài)下，將隔離刀閘K1和K2斷開。

合閘閉鎖：將變頻器“合閘允許”信號(hào)串聯(lián)于KM1、KM2合閘回路。在變頻器故障或不就緒時(shí)，真空接觸器KM1、KM2合閘不允許；在KM1、KM2合閘狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障，則“合閘允許”斷開，KM1、KM2跳閘，分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入電源。

如變頻器發(fā)生隱患，變頻器發(fā)送“變頻器報(bào)警”信號(hào)至DCS，此時(shí)變頻器繼續(xù)運(yùn)行，檢修人員可到本地根據(jù)變頻器報(bào)警信號(hào)的信息排除隱患。

4.4送風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能效果

鍋爐送風(fēng)機(jī)變頻改造后至今運(yùn)行一年多來，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)軟啟動(dòng)，減小了對(duì)電網(wǎng)的沖擊；減少了對(duì)設(shè)備的維護(hù)量，節(jié)約了維護(hù)費(fèi)用；送風(fēng)機(jī)變頻改造后，風(fēng)門全開，由變頻實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，電機(jī)以及送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，系統(tǒng)效率得到提高；由于降低了送風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，設(shè)備噪聲大大降低，深受現(xiàn)場(chǎng)工作人員的歡迎。

為了考察變頻改造的效果，廠節(jié)能服務(wù)中心將工頻運(yùn)行的2#機(jī)組送風(fēng)機(jī)和變頻運(yùn)行的3#、4#機(jī)組送風(fēng)機(jī)進(jìn)行比較，主要統(tǒng)計(jì)運(yùn)行數(shù)據(jù)如表3、表4所示。三個(gè)機(jī)組負(fù)荷分別取主汽流量420t/h、502t/h兩種情況，三個(gè)機(jī)組均運(yùn)行168h。

2#爐平均主汽流量=420.2t/h，3#爐平均主汽流量=421.5t/h，4#爐平均主汽流量=420.8t/h，三個(gè)機(jī)組負(fù)荷基本相同。與2#相比，3#爐引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行7天節(jié)電54 176kW·h，耗電率降低0.35%；4#爐引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行7天節(jié)電54 163kW·h，耗電率降低0.35%。在負(fù)荷基本相同的情況下，3#、4#爐送風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行耗電較2#爐送風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行節(jié)電30.43%。

2#爐平均主汽流量=502.2t/h，3#爐平均主汽流量=502.5t/h，4#爐平均主汽流量=502.8t/h，在負(fù)荷基本相同的情況下，3#、4#爐送風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行耗電較2#爐送風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行節(jié)電26.96%。

5.結(jié)束語

山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-1000F高壓變頻器在廣西信發(fā)鋁電公司電廠3#、4#爐送風(fēng)機(jī)投運(yùn)以來，其性能穩(wěn)定、節(jié)能效果明顯。鍋爐送風(fēng)機(jī)隨著鍋爐出力和燃燒狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，在提高工作效率的同時(shí)又得到極大的經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的推廣意義。