國電重慶恒泰電廠引風機變頻節(jié)能改造

謝碧蓉，肖 寒，劉建國

(1.重慶電力高等?？茖W校，重慶400053;2.國電重慶恒泰發(fā)電有限公司，重慶400053)

0 引言

引風機是火電廠重要的輔助設備之一，它將鍋爐燃燒產生的高溫煙氣經除塵裝置后排向煙道，用來調整鍋爐爐膛負壓的穩(wěn)定。國電重慶恒泰發(fā)電有限公司2臺300MW火電機組，鍋爐引風機選用成都電力機械廠生產的 AN28e6型，該機軸功率為1608kW、額定流量290.9m3/s、楊程4687Pa、額定轉速740r/min、效率84.2%，采用靜葉調節(jié)方式。匹配湘潭電機集團有限公司YKK710-8W型，額定功率1800kW、6kV，效率95%的臥式電機。爐膛壓力調節(jié)系統(tǒng)通過調節(jié)引風機靜葉開度控制爐膛負壓，3個爐膛壓力測點經濾波之后三取中作為反饋信號，送風指令經滯后環(huán)節(jié)作為前饋信號。調節(jié)系統(tǒng)設有防失速、閉鎖升、閉鎖降、優(yōu)先升、優(yōu)先降等功能。

按我國現行的火電設計規(guī)程SDJ-79規(guī)定，燃煤鍋爐的引風機的風量裕度為5% ～10%，風壓裕度為10%～15%。隨著發(fā)電負荷的大范圍調整，引風機風量也因鍋爐負荷變化而經常處于低效率狀態(tài)，大量能量浪費在風道擋板上。為了節(jié)能降耗，需要對引風機進行變頻改造。

1 變頻裝置與電動機一次接線方案

變頻裝置與電動機采用“一拖一”方式，如圖1所示。

1.1 工作過程

圖1 一拖一連接示意圖

變頻器一次回路由3個高壓真空接觸器KM1～KM3和2個高壓隔離開關QS1和QS2組成。6kV電源經高壓隔離開關QS1、真空接觸器KM2到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經真空接觸器KM3、高壓隔離開關QS2送至電動機，電動機變頻運行;6kV電源還可經真空接觸器KM1直接起動電動機，電動機工頻運行。KM1與KM2、KM3電氣閉鎖，在KM1合上的情況下，KM2和KM3都不能合上;在KM2合上的情況下，才能合上 KM3，但 KM1不能合上。KM3、KM1任何時候都不能同時合閘，以保證變頻器安全。隔離開關QS1、QS2的作用是對隔離變頻器進行維護時保證維護人員安全。非維護期兩個隔離開關處于合閘狀態(tài)。

1.2 工作方案

1.2.1 變頻啟動

(1)變頻器在啟動之前 QS1、QS2已經手動合上;

(2)變頻器在接收到DCS發(fā)送的“變頻方式運行”指令后，自動合 KM2、KM3(KM1處于斷開位置)，在系統(tǒng)條件允許(柜門已關、控制電源正常、風扇開關正常和沒有其它電氣故障)的情況下，延時300s向DCS發(fā)出“請合高壓”信號;

(3)DCS在接收到“請合高壓”信號后，合6kV高壓開關;

(4)變頻器在接收到6kV高壓開關已合信號后，延時30s后給DCS發(fā)一個“請求運行”信號;

(5)DCS在接受到“請求運行”信號后，發(fā)出“運行指令”。變頻器在接收到“運行指令”信號后開始運行，同時給DCS發(fā)一個“變頻運行”狀態(tài)信號，運行頻率從0Hz按照設定的時間升頻至給定頻率值;

(6)DCS可以在變頻器啟動前將“頻率給定信號”給定到預定值。

1.2.2 變頻正常停機

(1)在運行期間需要正常停機時，DCS給變頻器發(fā)出“停機”信號;

(2)變頻器接收到“停機”信號后，運行頻率按照設定的時間降至0Hz，然后斷開“變頻運行”信號，延時 2s發(fā)出“高壓分斷”信號，然后斷開KM2、KM3。

1.2.3 變頻緊急停機

變頻器控制柜設置“緊急停機”按鈕，可就地緊急分斷高壓開關。

變頻器在正常運行時，若需要緊急停機，可以由DCS直接斷開6kV開關(一般情況不要進行此項操作)。

1.2.4 變頻故障切工頻

變頻器正常運行時，KM2、QS1、QS2、KM3 閉合，KM1斷開。如果變頻器出現重大故障，則:

(1)先斷開KM2、KM3;(2)延時3s或者接收到DCS發(fā)送的“擋板就位信號”;(3)合KM1。

1.2.5 變頻正常運行切工頻

(1)變頻器接收到“變頻切工頻”指令，頻率升到50Hz，同時 DCS調節(jié)擋板開度;(2)斷開KM2、KM3;(3)合 KM1。

1.2.6 工頻切變頻

(1)變頻器接收到“工頻切變頻”指令;

(3)變頻器預處理就緒，斷開KM1，延時500ms合KM3，變頻器給出“請求允許”信號;

(4)DCS根據“請求運行”，自動運行變頻器，變頻器自動檢測電機運行相位和頻率，在沒有電流沖擊的情況下，電機投入變頻運行，直至 DCS給定頻率。

1.2.7 工頻正常停機

由DCS控制斷開高壓開關。

2 技術規(guī)范

恒泰電廠引風機變頻裝置主要技術規(guī)范如下:

所謂涉外商事法庭是指一國的國際商事法庭只審理與其有實質性聯(lián)系的國際商事案件，國內商事案件以及與本國無實質性聯(lián)系的案件不在該法庭的管轄范圍內。荷蘭阿姆斯特丹國際商事法庭就只負責審理涉及荷蘭的國際商事糾紛[注]參見廖宇羿：《域外國際商事法庭建設最新發(fā)展及啟示》。，屬于涉外商事法庭。這類商事法庭從其不審理國內案件來看，具有國際性，但從其只審理與本國有關的國際案件來看，其國際性又極其有限。

(1)變頻裝置自帶UPS電源，采用一拖一方式;配置檢修旁路，當變頻器故障時，任何一臺電機在任何時刻都可切換為工頻運行狀態(tài);

(2)變頻調速裝置具有就地監(jiān)控和遠方DCS監(jiān)控方式，并可對其進行遠程/現場控制的切換。遠程采用DCS控制，在控制中心可以采用以前的控制系統(tǒng)對變頻器進行監(jiān)控;在就地監(jiān)控方式下，通過變頻器上的液晶觸摸屏顯示，可進行就地人工啟停變頻器，調整轉速、頻率;

(3)變頻調速裝置為高——高結構，系統(tǒng)輸入為6kV、50Hz，采用單元串聯(lián)多電平技術和移相式PWM控制方式，6kV直接輸出，不需輸出升壓變壓器;輸入側的干式移相變壓器要求銅線繞制，并采用封閉柜體;

(4)變頻調速裝置輸出波形不會引起電機的諧振，轉矩脈動小于0.1%;變頻器有共振點頻率跳躍功能，可避免風機喘振現象;

(5)變頻調速裝置的控制系統(tǒng)采用全數字微機控制，有很強的故障自診斷功能，具有完整的故障監(jiān)測電路和精確的故障報警保護，能對所發(fā)生的故障類型及故障位置提供中文指示，能在就地顯示并遠方報警，便于運行檢修人員辨別和解決所出現的問題;

(6)變頻器控制系統(tǒng)具有在線檢測功能。運行中可監(jiān)測并顯示變頻器輸入電壓、電流，輸出電壓、電流、頻率，電機轉速等參數以及其他需要顯示的參數;

(7)變頻調速裝置內置PLC，具有與機組DCS系統(tǒng)的通訊接口，并能以硬接線形式反饋變頻調速裝置的主要狀態(tài)和故障報警信號;

(8)變頻調速裝置對旁路柜內的一次元件具有自動控制和電氣閉鎖功能;對于一拖一配置方案可能出現的所有運行方式，都可通過對旁路柜內的一次元件進行手動或自動操作來實現，同時，各一次元件間的互鎖邏輯也由變頻調速裝置自身來完成;

(9)變頻調速裝置設有以下保護:過電壓、過電流、欠電壓、缺相保護、短路保護、超頻保護、失速保護、變頻器過載、電機過載保護、半導體器件的過熱保護、瞬時停電保護等，并能聯(lián)跳輸入側6kV開關。

3 引風機變頻控制方案

通過變頻器將工頻電源變換為頻率、電壓均連續(xù)可調的電源，實現引風機電機調速運行，從而達到控制爐膛負壓的目的。變頻器的自動控制沿襲原爐膛壓力控制方案，主要有:

(1)3個爐膛壓力測點經濾波之后再經過三取中，作為反饋信號;送風量作為前饋信號。

(2)當爐膛壓力低二值或SCS強降信號來時，強降引風機電機轉速;爐膛壓力高二值或SCS強升信號來時，強升引風機電機轉速。

(3)MFT發(fā)生，引風機電機轉速在原值下迅速減小轉速，該轉速是總風量的函數，經過一定時間(時間可調)后，引風電機轉速擋釋放到正常，由爐膛壓力控制。

(4)當A、B引風機變頻器調節(jié)均在手動位時，其手動指令自動保持一致。當A、B引風機變頻器均在自動位時，變頻器頻率給定自動平衡。

(5)為防止引風機在變頻控制方式下，運行人員誤操引風機靜葉調節(jié)擋板，特設置“當引風機在變頻控制時，強制全開引風機靜葉調節(jié)擋板”指令。

(6)為保證變頻器安全運行，該變頻器限制頻率調節(jié)范圍為20Hz～50Hz，且變化時間為3min。

(7)引風機變頻器調節(jié)在自動時，當指令最大或最小時，引風機將閉鎖負荷指令增、減;當爐膛壓力遠高于其設定點時，引風機指令最大或最小時，邏輯回路將產生RUN DOWN信號送至LDC的負荷指令回路，迫使負荷指令緩慢下降。

4 改造效果

引風機變頻改造后，降低了機組廠用電率，提高了機組調節(jié)性能。

4.1 經濟效益顯著

恒泰電廠地處重慶綦萬地區(qū)，機組調峰頻繁，日均負荷較低，引風機變頻改造后降低了廠用電率，經濟效益明顯。引風機變頻改造后年節(jié)約廠用電量:

電動機額定參數:PN=1800kW，UN=6kV，IN=215A。根據日發(fā)電量，日平均負荷約為210MW。

(1)未改變頻運行時的功率，負荷210MW，對應引風機靜葉檔板開度60%:

Pg1=1.732×U×I×cosφ=1.732×6×104×0.85=918.65kW

(2)變頻運行時，風門全開，由變頻器調節(jié)風機速度以滿足風量要求:

Pb1=1.732×U×I×cosφ×η2=1.732×6×45×0.85=397.49kW

(3)每小時節(jié)電量:

△P1=(Pg1-Pb1)×t=918.65-397.49=521.16kW·h

(4)節(jié)電率:(521.16÷918.65)×100%≈56.73%

(5)每臺電機全年運行如按4000小時、電費暫按0.3273元/kW·h計，如系統(tǒng)按上述工況運行則:

全年節(jié)約電量約=(4000×521.16)=208.464萬kW·h

(6)2臺電機全年節(jié)約電費約=208.464×0.3273×2=136.46萬元

(7)每噸標煤按 500元計算，折合標煤約2729.2噸。

4.2 鍋爐爐膛負壓調節(jié)性能得到顯著改善

引風機變頻改造后，通過變頻器將工頻電源變換為頻率、電壓均連續(xù)可調的電源，實現引風機電機調速運行，從而達到控制爐膛負壓的目的。變頻器的自動調節(jié)沿襲原爐膛壓力控制方案，保留原引風機靜葉調節(jié)系統(tǒng)，方便在引風機變頻器故障或者檢修(工頻)情況下切換使用。

變頻調節(jié)后，爐膛負壓調節(jié)性能得到進一步改善。變動負荷情況下，負壓波動范圍:＜±150Pa;穩(wěn)態(tài)負荷情況下，負壓波動范圍:＜±50Pa。

5 結論

國電重慶恒泰電廠對引風機進行變頻改造后，不僅降低了機組廠用電率，實現了節(jié)能降耗的目標，而且改善了機組的調節(jié)性能。經過一段時間的運行，機組各方面性能指標均達到較好的狀態(tài)。

［1］謝碧蓉，向賢兵，曾蓉.熱工過程自動控制技術［M］.北京:中國電力出版社，2007.

［2］王志祥，黃偉.熱工保護與順序控制［M］.北京:中國電力出版社，2008.

［3］曾蓉，謝碧蓉，許紅兵.熱工保護與順序控制［M］.北京:中國電力出版社，2009.