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    一、引言

    隨著電力行業(yè)改革的不斷深化，電力企業(yè)逐步由生產(chǎn)型向經(jīng)營型轉(zhuǎn)變，由高耗能企業(yè)向節(jié)約型企業(yè)發(fā)展。為提高企業(yè)效益，降低發(fā)電成本將是經(jīng)營型企業(yè)長期堅(jiān)持的目標(biāo)，為此，節(jié)能降耗工作便成為發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理的重要內(nèi)容。火電廠如何實(shí)現(xiàn)低耗高效是一個(gè)被長期關(guān)注和不斷發(fā)展的行業(yè)問題。在全球能源危機(jī)的大背景下，節(jié)能降耗技術(shù)也得到了日新月異的發(fā)展和普及。

    變頻調(diào)速在節(jié)能、調(diào)速精度、調(diào)速范圍等方面具有同其它調(diào)速裝置無法比擬的優(yōu)越性，以及可以方便實(shí)現(xiàn)同自動化控制系統(tǒng)（如DCS系統(tǒng)等）的通訊，使其在各領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。我公司＃1、＃2一次風(fēng)機(jī)采用北京合康HIVERT-Y3109/040p高壓變頻器，本文以我公司一次風(fēng)機(jī)變頻改造項(xiàng)目為實(shí)例，由此說明變頻器裝置在各行業(yè)技術(shù)改造中的廣闊應(yīng)用前景。 

    二、變頻改造介紹 

    1、設(shè)備選型 

    寧波明州熱電有限公司鍋爐一次風(fēng)機(jī)由一臺三相10kV，500kW高壓電動機(jī)拖動。 

    一次風(fēng)機(jī)電動機(jī)參數(shù)： 

    型號：YKK4506－4 額定功率：500kW 

    額定電壓：10kV 額定電流：34.3A 

    額定頻率：50HZ 

    根據(jù)電機(jī)額定功率500kW，額定電壓10kV，選用北京合康億盛科技有限公司自主研發(fā)和生產(chǎn)，適合驅(qū)動高壓異步電動機(jī)的變頻器HIVERT-Y3109/040p，采用手動旁路；功率單元自動旁路功能等；另帶有風(fēng)罩（風(fēng)道部分用戶自己做接到外面），適配電機(jī)為500kW。屬于“一拖一”手動旁路方式，變頻器接入原電氣回路如圖1所示。

                           

    旁路柜中有三個(gè)隔離開關(guān)K1、K2和K3，其中K2和K3為一個(gè)雙刀雙投的隔離開關(guān)。雙刀雙投隔離開關(guān)的特點(diǎn)是兩個(gè)方向只能合其一，實(shí)現(xiàn)機(jī)械互鎖，防止誤操作將工頻電源反送到變頻器輸出側(cè)而導(dǎo)致變頻器損壞。

    變頻運(yùn)行：K1、K2閉合，K3斷開，由合閘斷路器DL為變頻器供電，再通過變頻器本地或遠(yuǎn)程啟動電機(jī)變頻運(yùn)行；

    工頻定速運(yùn)行：K1、K2斷開，K3閉合，由合閘斷路器DL直接啟動電機(jī)定速運(yùn)行；

    變頻器維護(hù)、修理：K1、K2斷開，變頻器與高壓電源完全隔離。

    旁路柜與上級高壓斷路器DL有聯(lián)鎖關(guān)系，旁路柜隔離開關(guān)未合到位時(shí)，不允許DL合閘，DL合閘時(shí)，絕對不允許操作隔離開關(guān)，以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，確保操作人員和設(shè)備的安全。隔離開關(guān)與DL的聯(lián)鎖通過操作手柄上的電磁鎖實(shí)現(xiàn)，在DL合閘狀態(tài)下，操作手柄被鎖死。

    2、改造方案

    整個(gè)改造方案包括三部分：

    （1）變頻器安裝在離風(fēng)機(jī)約50米的電除塵配電室二樓小室，其中安裝的主要設(shè)備包括變頻器主柜體、壁掛式空調(diào)機(jī)、變頻柜頂風(fēng)道，而變頻器的所有就地操作以及運(yùn)行參數(shù)和報(bào)警參數(shù)的檢查設(shè)置都在變頻器就地完成。

    （2）電氣開關(guān)部分的改造10kV高壓開關(guān)加裝了變頻器保護(hù)回路和“工頻/變頻工作方式”切換把手，配合一次風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行和工頻兩種工作方式的切換，另外從380V低壓交流廠用母線段和220V直流母線段完成了對變頻器控制電源和操作電源的供電改造。

    （3）熱工邏輯和DCS操作畫面的改造一次風(fēng)機(jī)變頻器改造后主要的工作方式選擇和變頻器啟動允許程控邏輯方案如下。

    在DCS原有一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)畫面上增加一次風(fēng)機(jī)工作方式提醒。在一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)畫面上增加變頻器啟動按鈕，在工頻方式下，畫面提示一次風(fēng)機(jī)在工頻方式，在原操作按鈕上按下啟動，則合10kV開關(guān)，并在風(fēng)機(jī)運(yùn)行中調(diào)整風(fēng)機(jī)入口動葉開度以維持風(fēng)壓。在變頻方式下，畫面提示一次風(fēng)機(jī)在變頻方式，仍在原按鈕上按下啟動，一次風(fēng)機(jī)變頻工作方式下的10kV開關(guān)與變頻器啟動順序是，當(dāng)操作員按下啟動按鈕，首先合一次風(fēng)機(jī)10kV開關(guān)，等待30s（變頻器電抗器充電時(shí)間），檢測變頻器準(zhǔn)備好信號存在，再按下變頻器啟動按鈕，啟動變頻器。這時(shí)運(yùn)行風(fēng)機(jī)的入口動葉保持全開，通過調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速改變風(fēng)機(jī)出力以維持適合鍋爐運(yùn)行工況的風(fēng)壓。 

    在原鍋爐大聯(lián)鎖啟動MFT的條件中增加變頻器運(yùn)行信號，當(dāng)在變頻運(yùn)行方式下，變頻停止，則啟動MFT。并將變頻器合、跳閘回路引入鍋爐電氣大聯(lián)鎖。 

    3、變頻方式下一次風(fēng)機(jī)的控制方式 

    （1）保留原來的一次風(fēng)機(jī)擋板調(diào)節(jié)方式，一次風(fēng)機(jī)在變頻方式運(yùn)行時(shí)，入口調(diào)整擋板應(yīng)全開，通過變頻器改變電機(jī)轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)出口壓力。 

    （2）一次風(fēng)機(jī)在工頻方式運(yùn)行時(shí)，利用原有的風(fēng)口擋板調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 

    （3）變頻方式啟動時(shí)，擋板全開且變頻器輸出為最高轉(zhuǎn)速。再根據(jù)鍋爐實(shí)際工況通過變頻調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。 

    三、節(jié)能分析 

    經(jīng)過改造，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠，節(jié)能效果明顯。 

    按照目前兩爐一機(jī)運(yùn)行方式，參照一次風(fēng)機(jī)相同工況對比，風(fēng)機(jī)變頻投入運(yùn)行前后的用電情況如下表。 

    一次風(fēng)機(jī)改變頻后節(jié)能情況核算

    日期 未用變頻電量（kWh） 用變頻電量（kWh） 日期

    4月13日 17433 12457 5月8日

    4月14日 17245 12454 5月9日

    4月15日 17061 12171 5月10日

    4月16日 16961 12133 5月11日

    平均用電量 17175 12304 　

    日節(jié)電（kWh） 4871 

    綜上，日節(jié)電量為4871kWh（已扣除發(fā)熱損耗），按年正常運(yùn)行7000h計(jì)，年節(jié)電量為1420781kWh。

    以0.5元/kWh的電費(fèi)計(jì)，年節(jié)約電費(fèi)71萬元，投資回收期約為1.50年，折合10500小時(shí)。 

    四、變頻改造中應(yīng)注意的問題 

    熱電廠充分利用變頻器進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造，不僅能提高經(jīng)濟(jì)效益，而且能產(chǎn)生巨大的社會效益，促進(jìn)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。但在技術(shù)上，要根據(jù)不同的生產(chǎn)設(shè)備，選擇相應(yīng)特性的變頻器，如在對鍋爐風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻器改造中，注意除必須考慮變頻器的提速、降速特性是否滿足燃燒工藝的要求以外，還同時(shí)在技術(shù)上必須要考慮下列問題，以免帶來投資的損失。 

    1、鍋爐的安全運(yùn)行是全廠動力的根本保證，雖然變頻調(diào)速裝置是可靠的，但一旦出現(xiàn)問題，必須確保鍋爐安全供汽，所以，必須實(shí)現(xiàn)工頻——變頻運(yùn)行的切換系統(tǒng)（旁路系統(tǒng)），在生產(chǎn)過程中，采用手工切換如能滿足設(shè)備運(yùn)行工藝要求，建議盡量不要選用自動旁路。 

    2、對于大慣量負(fù)荷的電機(jī)（如鍋爐引風(fēng)機(jī)），在變頻改造后，要注意風(fēng)機(jī)可能存在扭曲共振現(xiàn)象，運(yùn)行中，一旦發(fā)生共振，將嚴(yán)重?fù)p壞風(fēng)機(jī)和拖動電機(jī)。所以，必須計(jì)算或測量風(fēng)機(jī)——電機(jī)連接軸系扭振臨界轉(zhuǎn)速以及采取相應(yīng)的技術(shù)措施（如設(shè)置頻率跳躍功能避開共振點(diǎn)、軟連接及機(jī)座加震動吸收橡膠等）。 

    3、采用變頻調(diào)速控制后，如果變頻器長時(shí)間運(yùn)行在1/2工頻以下，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的下降，電機(jī)散熱能力也下降，同時(shí)電機(jī)發(fā)熱量也隨之減少。所以電機(jī)的本身溫度其實(shí)是下降的，仍舊能夠正常運(yùn)行而不至溫度過高。 

    4、變頻器不能由輸出口反向送電，在電氣回路設(shè)計(jì)中必須注意，不僅要求在電氣二次回路中實(shí)現(xiàn)電氣的連鎖，同時(shí)要求在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)互鎖，以確保變頻器的運(yùn)行安全。 

    5、低壓變頻器，由于體積較小，在改造中的安裝地點(diǎn)選擇比較容易些。但對于高壓變頻器系統(tǒng)，體積相對較大，一般由4—5面柜體組成，對改造項(xiàng)目來講，一般都需要重新建造變頻器室。因此，選擇變頻器室位置，既要考慮離電機(jī)設(shè)備不能太遠(yuǎn)，又要考慮周圍環(huán)境對變頻器運(yùn)行可能造成的影響。變頻器的安裝和運(yùn)行環(huán)境要求較高，為了使變頻器能長期穩(wěn)定和可靠運(yùn)行，對安裝變頻器室的室內(nèi)環(huán)境溫度要求最好控制在0——40℃之間，如果溫度超過允許值，應(yīng)考慮配備相應(yīng)的空調(diào)設(shè)備。同時(shí)，室內(nèi)不應(yīng)有較大灰塵、腐蝕或爆炸性氣體、導(dǎo)電粉塵等。 

    6、要保證變頻器柜體和廠房大地的可靠連接，保證人員和設(shè)備安全。為防止信號干擾，控制系統(tǒng)最好埋設(shè)獨(dú)立的接地系統(tǒng)，對接地電阻的要求不大于4Ω。到變頻器的信號線，必須采用屏蔽電纜，屏蔽線的一端要求可靠接地。 

    7、在選擇變頻器時(shí)，根據(jù)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況，可以考慮采用降低一檔功率的做法，如我公司在二次風(fēng)機(jī)中就采用132kW變頻器控制160kW功率的電動機(jī)，運(yùn)行中情況也一直良好。 

    五、總結(jié) 

    交流變頻調(diào)速器，以適用性強(qiáng)、可靠性高、操作使用方便等性能，受到用戶的歡迎。它應(yīng)用在調(diào)速、節(jié)電、軟啟動方面，對企業(yè)有很大的實(shí)用價(jià)值。