华能平凉发电一次风机变频改造

一、前言
　　火力发电厂既是电能生产企业，也是耗能大户，要提高发电厂综合效益，必须降低厂用电率和发电煤耗。由于电的能价比高，在资金有限的情况下，积极引进节电项目能创造更大的效益。如大家所知，火力发电厂辅机出力随发电机负荷的大小而变化，一次风机作为主要辅机，基本上采用控制风机挡板的开度来调节，而作为电动机消耗的能量变化则不大，以致于造成很大一部分能量损耗。改为变频调节后，通过改变电机转速控制风压，实现调整需要，减少节流损失，最终达到节电目的。本文以我公司一次风机变频改造项目为实例，采用北京合康亿盛科技有限公司生产的高压变频器，说明变频装置在电力行业技术改造中的广阔应用前景。

二、改造方案
　　机组正常运行工况，两台一次风机运行。为了节约投资，我们对所有机组两台一次风机电动机进行了变频改造，保留现有的一次风机电动机和高压开关，分别增加一台高压变频器，考虑6kV开关室位置情况，在一次风机附近建设变频器小间。一次风机电动机采用变频控制方式，一次风调节挡板仍保留，一次风控制逻辑在DCS系统内设计编制，增加一次风机变频控制站，实现了手、自动控制及无扰切换等功能。
　　一次风机变频运行时，调节挡板保持全开，一次风通过改变一次风机电动机转速来调节；变频器出现故障时，风机跳闸后，手动切换至工频定速运行，调节挡板同时也自动参与一次风压控制。
　　风机变频运行向定速切换时，应停运风机，手动切换一次回路后，按原启动方式投入运行。
　　变频器接入原电气回路如图1所示。合康亿盛的一次风机变频装置的手动旁路由三把刀闸组成，其中QS2和QS3属于单刀双掷刀闸，一个在合位时，另一个必定在分位。

　　一次风机电机进行变频改造后，原先DCS系统对一次风系统的控制方式发生了根本改变，必须对所有设计一次风系统的顺控、自动逻辑和画面进行全面修改，增加变频模式下操作、顺控启停、事故联锁、协调控制等功能。
　　
三、变频器主要技术规范
　　1．安装、投运变频器装置后原电机不加任何改动可直接应用。
　　2．6kV主电源故障时，变频器在3秒钟内不停机，一旦主电源重新受电，装置系统能自动恢复正常工作而无需运行人员的任何干预，以满足主电源母线切换的需要。
　　3．变频器内部通讯采用光纤连接，以提高通讯速度和抗干扰能力，变频器内部强弱电信号分开布置光电隔离、铁壳屏蔽，对本体控制系统就地控制柜没有谐波影响，柜内设有屏蔽端子和接地设施。变频装置冷却系统可靠，考虑冗余配置。单台冷却风机故障不影响系统正常运行，并报警远传到控制室。每一套冷却装置拆装方便，并不影响变频装置的安全可靠运行。
　　4．变频装置提供电动机所需的过载、过流、过压、欠压、过热、缺相保护以及进线变压器的保护和变频器过载，变频器过热等保护功能。
　　5．变频装置动力电源和控制电源分开供电，动力电源为变频调速系统内部供电，控制电源独立于动力电源系统。控制电源故障时，变频器不能立即停机，能保持运行半小时以上，以便维护人员处理电源故障。变频器自备UPS，可维持30min。变频器可在输出不带电机的情况下进行空载调试，也可在使用380VAC进行空载调试。
　　6．当6kV母线上电动机成组启动时，对变频器运行无影响。系统的共模电压由进线变压器承担，不大于20kV，电动机不承受共模电压。变频器瞬时失电后，如果超过5个周波，变频器自动使输出功率为零，使电容上的容量输出时间较长。待输入电压恢复正常后，重新提升输出频率到给定值，此过程由加减时间控制，不应有初始化时间。如果失电时间超过3秒，则变频器保护停机，需要系统复位后才能重新启动。

四、经济效益分析
   （一）直接经济效益
　　我公司共4台300MW机组，每台机组有2台一次风机电机。一次风机采用上海鼓风机厂生产的1788B/1224型单吸离心式风机，单台风量82.2M3/S，其配套电动机采用上海电机厂生产的YKK500-4型电机，额定电压6KV，额定电流175.4A，额定功率1600KW，转速1484rpm。
　　为了摸准2#机组一次风机改造前后效益，在2008年7月中旬进行了3#机组一次风机改造后效率试验。试验参数主要有一次风机电流、一次风压力。试验时，一次风机调整门全开,随着机组负荷变化，一次风机通过转速调整一次风压力。本次试验共有四个工况，机组负荷分别为：180MW、200MW、250MW、300MW。
　　从试验中一次风机运行功率参数来看，在一次风机改造前，机组负荷越小，一次风系统节流损失越大；改造后，系统阻力损失大幅下降，相应的功率也就节省下来了，所以在低负荷时节电效果明显。
　　参照2007年1-12月份负荷变化工况，统计规律为1、2、3、11、12月份为电力系统高峰时段，4、5、6、7、8、9、10月份为电力系统低谷时段，并且机组调峰比较频繁。如果按全年运行7000小时计算，合计可节电4383984kWh，按照0.207元/kWh价格计算，合计约节省90万元，三到四年可收回全部投资。详细计算见下表：

  （二）间接经济效益
　　1．改造前一次风机工频启动时，电动机承受8-10倍的冲击电流，而采用变频启动后，电动机由于软启动，启动电流小，启动过程平稳，对电网和电机没有冲击，对风机也不产生大的启动转矩冲击，可延长设备使用寿命，降低维修费用，减少维修改造量。
　　2．采用变频运行后，由于电机轴功率下降，一次风机转速降低，减轻了机械振动和噪声，可延长设备使用寿命，改善了劳动环境。
　　3．变频器保护功能齐全，质量可靠，可提高控制可靠性。
　　4．采用变频运行后，一次风稳定可靠，提高了一次风系统运行稳定性。

五、结论
　　一次风机变频器投入运行后，运行良好，调节平稳，运行电流明显下降，调节范围宽泛，具有明显的节电效能，达到了预期的收益。
　　改造前后试验数据表明一次风机采用变频调速的运行效率明显比定速运行采用调节阀调节时高，尤其是机组低负荷运行时。
　　一次风机电动机采用变频器调速，调速范围大，电动机转速稳定，动态响应性能好，调节性能平稳，有利于一次风系统运行稳定可靠，改善了机组调节品质。
　　采用变频技术降低电耗效果明显，符合国家节能政策，达到了节约能源，降低厂用电的目的，值得进一步推广应用。