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　　摘 要：本文介紹了楊柳青熱電廠在鍋爐風(fēng)機(jī)變頻改造中的探索和經(jīng)驗，介紹了東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司高壓變頻裝置的技術(shù)特點。通過改造前后的對比，分析了系統(tǒng)的安全可靠性以及節(jié)能效果。

　　關(guān)鍵詞：高壓變頻器 風(fēng) 機(jī) 節(jié) 能

　　1 引言

　　天津華能楊柳青熱電有限責(zé)任公司位于天津市西郊，早期的幾臺小容量機(jī)組因為能耗高、效率低，在幾年前已經(jīng)全部停運(yùn)，并先后建成4×300MW的四臺燃煤發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量達(dá)1200MW。

　　隨著節(jié)能降耗建設(shè)節(jié)能性社會日益深入人心，高壓大功率變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟，變頻調(diào)速技術(shù)在火電廠逐漸得到了廣泛應(yīng)用，其中鍋爐風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用比較普遍。楊柳青熱電廠之前沒有高壓變頻改造的嘗試，基本沒有這方面的經(jīng)驗。2006年楊柳青熱電廠組織專業(yè)人員對國內(nèi)外高電壓、大功率的變頻器進(jìn)行了考查、論證。最后得出結(jié)論：高電壓、大功率變頻調(diào)速裝置，無論是可靠性、節(jié)能性還是調(diào)節(jié)性都優(yōu)于其它調(diào)節(jié)方式。所以公司決定對#5、#6機(jī)組共四臺引風(fēng)機(jī)和四臺一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，華能集團(tuán)公司通過國際上公開招標(biāo)的方式，采購了所需的8臺由東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器。

　　2 變頻改造的可行性分析

　　楊柳青發(fā)電廠#5、#6機(jī)組為300MW燃煤發(fā)電機(jī)組,于1998年投運(yùn)。鍋爐為BLK-1025液態(tài)排渣、雙燃燒室（W型火焰）、塔式直流爐。由于采用液態(tài)排渣設(shè)計，燃燒室溫度高、容積熱負(fù)荷大，造成燃燒室容積相對較小;由于是塔式爐，造成爐本體高程大，下返煙道長;由于采用二次風(fēng)旋流強(qiáng)度可調(diào)的噴燃器，造成燃燒器的風(fēng)阻大;由于以上多種原因，比一般的爐體的煙風(fēng)系統(tǒng)阻力大，配置的送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)的容量大，鍋爐風(fēng)機(jī)的電耗較高。通過電機(jī)變頻調(diào)速改造，不對風(fēng)機(jī)及泵的本體、風(fēng)道管道部分進(jìn)行更改，通過變轉(zhuǎn)速可實現(xiàn)風(fēng)壓、風(fēng)量、水流量的調(diào)節(jié)，機(jī)務(wù)方面不存在問題。根據(jù)現(xiàn)場條件及調(diào)研結(jié)果看，運(yùn)行自動控制調(diào)整及電氣部分更改也可實現(xiàn)。以下對送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速前后的效果進(jìn)行實際與理論分析（以#5鍋爐1列風(fēng)機(jī)為例，相關(guān)參數(shù)取于風(fēng)機(jī)試驗報告）：

　　綜合分析：

　　送風(fēng)機(jī)為動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，無擋板節(jié)流損失，變頻調(diào)速節(jié)電效果不明顯，在滿負(fù)荷時還要多浪費電8.3kW，在低負(fù)荷時只能節(jié)電81.40kW。

　　引風(fēng)機(jī)為靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，變頻調(diào)速節(jié)電效果明顯，在滿負(fù)荷時節(jié)電126.49kW，在低負(fù)荷時節(jié)電349.8kW。

　　一次風(fēng)機(jī)為離心式風(fēng)機(jī)，入口擋板調(diào)節(jié)，變頻調(diào)速節(jié)電效果明顯，在滿負(fù)荷時節(jié)電358.149kW，在低負(fù)荷時節(jié)電340.2kW。

　　由此可見，引風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)的改造潛力巨大，變頻改造后能達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

　　3 變頻器基本原理

　　DHVECTOL-DI變頻裝置采用多電平串聯(lián)技術(shù)，6kV系統(tǒng)由移相變壓器、功率單元和控制器組成。此工程的變頻裝置設(shè)計為每8個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相，共24個功率單元，。輸入側(cè)由移相變壓器給每個單元供電，構(gòu)成48脈沖整流方式;這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1。每個功率單元結(jié)構(gòu)以及電氣性能完全一致，為交-直-交單相逆變電路，整流側(cè)為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM輸出控制。通過對每個單元的PWM波形進(jìn)行重組，可得到正弦PWM波形,這種波形正弦度好，dv/dt小，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。

　　4 可靠性設(shè)計

　　鍋爐風(fēng)機(jī)作為鍋爐的重要輔機(jī)，為了確保汽輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)發(fā)滿發(fā)，鍋爐機(jī)組則要保持出力穩(wěn)定，這就要求鍋爐風(fēng)機(jī)保持出力穩(wěn)定。設(shè)備改造原則上應(yīng)以最可靠的系統(tǒng)、最少的投入、最短的時間、帶來最好的效益。四臺變頻裝置均配置了工頻與變頻間自動切換的功能，一次回路見圖1。

圖1：變頻器一次回路

　　4.1工頻與變頻間的自動切換的功能

　　為了保障了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，變頻器在切換過程通過邏輯程序與擋板調(diào)節(jié)相互配合最大限度的減小系統(tǒng)的波動，同時另一臺變頻器采用風(fēng)壓閉環(huán)調(diào)節(jié)，自動、快速的調(diào)節(jié)輸出頻率，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)在整個切換過程中的動態(tài)平衡。

　　變頻器正常運(yùn)行中操作變切工指令或者變頻器重故障時，變頻器將啟動變切工程序，實現(xiàn)變頻運(yùn)行向工頻運(yùn)行的切換。切換過程中當(dāng)檢測到變頻器停止輸出后，立即將擋板調(diào)節(jié)到工頻運(yùn)行時需要的擋板開度，因為變頻運(yùn)行時擋板是處于全開狀態(tài)的，變頻運(yùn)行在不同的頻率，就對應(yīng)工頻運(yùn)行下的一個擋板開度;同時，另一臺風(fēng)機(jī)根據(jù)當(dāng)時的壓力自動調(diào)節(jié)變頻輸出，最大限度的減小了系統(tǒng)的波動。切換中對電機(jī)的沖擊電流在電機(jī)額定電流三倍左右，與設(shè)置的切換時間相關(guān)。變切工的時序圖見圖2，圖3是一臺引風(fēng)機(jī)的變切工的實測圖：

圖2：變切工的時序圖

圖3：引風(fēng)機(jī)變切工的實測圖

　　風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行中操作工切變指令時，變頻器將啟動工切變程序，實現(xiàn)工頻運(yùn)行向變頻運(yùn)行的切換。在切換過程前需要將變頻器的給定頻升到50HZ，就能實現(xiàn)無擾切換，切換后需要將擋板慢慢打開，同時降低給定頻率，直到擋板全部打開。在工頻切變頻的過程中，當(dāng)KM1接觸器合閘的瞬間會對變頻器有一個沖擊，必須保證次沖擊電流小于變頻器的過流保護(hù)定值，變頻器初期有一個“恒頻增壓”的過程，電流有一個增加到減少的過程，變頻器的過載整定值也應(yīng)當(dāng)大于此電流。工切變的時序圖見圖4，圖5是一臺引風(fēng)機(jī)工切變的實測圖

圖4：工切變的時序圖

圖5：引風(fēng)機(jī)工切變的實測圖

　　4.2 瞬時停電再啟動功能

　　當(dāng)高壓6KV母線進(jìn)行切換或者母線上大電機(jī)起動時會造成高壓電網(wǎng)瞬間閃動，變頻器若不具備瞬停功能，會立即停機(jī)，等待重新起動會經(jīng)過相當(dāng)長的時間，會給生產(chǎn)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。DHVECTOL-DI變頻器具備的瞬時停電再起動功能，可以根據(jù)電源恢復(fù)時電動機(jī)自由旋轉(zhuǎn)的實際速度計算出對應(yīng)的輸出頻率，以此頻率為起始頻率使電動機(jī)重新起動并加速到停電前的運(yùn)行狀態(tài)，實現(xiàn)了電機(jī)的連續(xù)運(yùn)行。現(xiàn)場測試瞬時停電再啟動的電流波形如圖6。

圖6：瞬停再啟動時電流波形

　　4.3 變頻器的軟勵磁技術(shù)

　　級聯(lián)式高壓大功率變頻器的軟勵磁技術(shù)是我公司二○○五年注冊的專利技術(shù)。軟勵磁主回路圖見圖7，變壓器在受6KV高壓電前先由一路380VAC的充電電源加到移相變壓器的三次繞阻（額定380VAC）充電，充電回路中串聯(lián)了充電電阻，充電電阻用接觸器KM20、KM21控制，從而實現(xiàn)充電電壓由小到大的控制。充電電源上并接了一個錯相保護(hù)器，可用來檢測充電電源及相序。

圖7：軟勵磁主回路圖

　　軟勵磁技術(shù)的實現(xiàn)大大的增強(qiáng)了變頻器實際能力，有效的抑制了變壓器送電時的過電壓和涌流現(xiàn)象，避免了單元在送電時的沖擊，延長了單元內(nèi)部核心器件的使用壽命。另一個方面，軟勵磁技術(shù)它能實現(xiàn)380VAC充電電源完成變頻器高壓調(diào)試的功能，簡化了變頻器的調(diào)試過程，有效的解決了調(diào)試送電難的問題;特別是變頻器使用了工頻與變頻自動互切的功能后，如果變頻器因故障切換到工頻運(yùn)行，在變頻器故障排除后，由工頻運(yùn)行轉(zhuǎn)為變頻運(yùn)行的過程中，可以利用軟勵磁功能事先測試變頻器的恢復(fù)情況，從而降低了切換失敗的風(fēng)險，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。采用軟勵磁技術(shù)后變頻器的啟動時序見圖8。

圖8：變頻器的啟動時序

　　6 經(jīng)濟(jì)效益分析

　　6.1間接經(jīng)濟(jì)效益分析

　　6.1.1電機(jī)軟啟動，無沖擊電流

　　DHVECTOL-DI變頻器對電機(jī)進(jìn)行軟啟動，根據(jù)電機(jī)的現(xiàn)場使用要求，我們可以改變電機(jī)的啟動時間和變頻點，電機(jī)啟動曲線，使得電機(jī)在帶上負(fù)載后完好地適應(yīng)負(fù)載和工藝要求，可確保電機(jī)的安全運(yùn)行并延長其使用壽命，節(jié)省維護(hù)費用。

　　6.1.2高功率因數(shù)

　　DHVECTOL-DI變頻器在整個調(diào)節(jié)范圍內(nèi)都可維持高功率因數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)到0.95以上，負(fù)載極小時功率因數(shù)也可以達(dá)到0.9以上，電壓源型變頻調(diào)速技術(shù)相比電流源型變頻調(diào)速、串極調(diào)速等技術(shù)的功率因數(shù)都高，所以完全不需要增加功率因數(shù)補(bǔ)償設(shè)備。

　　6.1.3 輸出脈動轉(zhuǎn)矩小

　　DHVECTOL-DI變頻器不需要外部輸出濾器就可提供正弦輸出電壓，變頻器有較低的輸出電壓失真，幾乎不增加電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)噪音。DHVECTOL-DI變頻器大大降低了輸出的諧波電流（低于4%），避免了電動機(jī)發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動。從而減少了設(shè)備上的機(jī)械應(yīng)力。

圖9 實測出的無電網(wǎng)污染變頻器輸出電壓與輸出電流波形

　　6.1.4 電機(jī)保護(hù)功能

　　變頻器安裝了電機(jī)保護(hù)裝置，能區(qū)分變頻器故障和電動機(jī)及電纜故障，當(dāng)變頻器至電機(jī)的電纜或電動機(jī)故障后不切工頻運(yùn)行，從而有效的保護(hù)了電機(jī)。

　　6.2 直接經(jīng)濟(jì)效益分析

　　由于在相同條件下風(fēng)壓和流量的大小與電機(jī)電流的大小成正比所以這里只用工頻運(yùn)行檔板調(diào)節(jié)時的電機(jī)電流和變頻調(diào)節(jié)時變頻器的輸入電流作一比較從而說明節(jié)電效果。（風(fēng)機(jī)的功率因數(shù)為0.85 變頻器為0.96）

　　以上只是利用電流的變化進(jìn)行的比較，實際運(yùn)行中不同工況的節(jié)能效果有所差異，但從結(jié)果上看節(jié)能效果非常顯著,達(dá)到了變頻改造的目的。

　　7 結(jié)束語

　　天津華能楊柳青熱電有限責(zé)任公司對5#、6#爐的鍋爐風(fēng)機(jī)變頻改造雖然是初次嘗試，由于前期的數(shù)據(jù)分析充分，進(jìn)行了大量的調(diào)研和論證，這次變頻改造非常成功，達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。隨著高壓變頻技術(shù)的發(fā)展, 以及國家產(chǎn)業(yè)政策的支持,變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域不斷的擴(kuò)大,變頻技術(shù)在電力行業(yè)重要輔機(jī)設(shè)備上的推廣,收到了顯著的經(jīng)濟(jì)效益,也代表了今后更多行業(yè)節(jié)能技術(shù)的方向。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1 《高壓大功率變頻器產(chǎn)品技術(shù)手冊》 東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司

　　2 《鍋爐培訓(xùn)教材》 天津華能楊柳青熱電有限責(zé)任公司