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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(dòng)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(tái)三相10kV，500kW高壓電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。 

    一次風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)參數(shù)： 

    型號(hào)：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(dòng)高壓異步電動(dòng)機(jī)的變頻器HIVERT-Y3109/040p，采用手動(dòng)旁路；功率單元自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jí)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(duì)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(duì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)，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(dòng)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(dòng)，一次風(fēng)機(jī)變頻工作方式下的10kV開關(guān)與變頻器啟動(dòng)順序是，當(dāng)操作員按下啟動(dòng)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(hào)存在，再按下變頻器啟動(dòng)按鈕，啟動(dòng)變頻器。這時(shí)運(yùn)行風(fēng)機(jī)的入口動(dòng)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(dòng)MFT的條件中增加變頻器運(yùn)行信號(hào)，當(dāng)在變頻運(yùn)行方式下，變頻停止，則啟動(dòng)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(dòng)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(duì)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(huì)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(duì)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(dòng)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(dòng)旁路。 

    2、對(duì)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(dòng)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(dòng)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(duì)于高壓變頻器系統(tǒng)，體積相對(duì)較大，一般由4—5面柜體組成，對(duì)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(duì)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(duì)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(hào)干擾，控制系統(tǒng)最好埋設(shè)獨(dú)立的接地系統(tǒng)，對(duì)接地電阻的要求不大于4Ω。到變頻器的信號(hào)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(dòng)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(dòng)方面，對(duì)企業(yè)有很大的實(shí)用價(jià)值。