大功率變頻器在陡河發(fā)電廠二期吸風機上的應用

席治國

摘要： 隨著中壓變頻器技術的日趨成熟，大功率變頻器的應用也越來越廣泛。變頻器的節(jié)能效果無庸質疑。保證大功率變頻器的穩(wěn)定運行才是保證機組可靠運行及實現(xiàn)節(jié)能降耗的關鍵問題，下面結合陡河發(fā)電廠3、4號機組吸風機加裝變頻器后的使用情況做一探討。希望通過技術交流，促進保證變頻器穩(wěn)定運行工作的進一步開展。

關鍵詞：穩(wěn)定運行 節(jié)能 運行條件 密閉空水冷

概述：高壓變頻技術隨著功率元件耐壓等級的提高及計算機技術的日趨成熟。大功率的變頻器在電廠中的應用已經(jīng)相當普遍。變頻器的使用對于節(jié)能降耗、降低廠用電率及保護電機等方面都能起到非常積極的作用。陡河發(fā)電廠利用機組大修的機會對3、4號機組的甲乙吸風機進行了加裝變頻器的改造。吸風機電機參數(shù)和如下：型號EFLA-KK ；額定功率2050kW；額定轉速592rpm；額定電壓6.0kV；額定電流240A。所使用變頻器為利德華福公司生產(chǎn)的產(chǎn)品型號為：HARSVERT-A06/260。其中3號機組吸風機加裝變頻器改造于2009年3月完工，4號機組吸風機加裝變頻器改造于2009年10月完工。完工后變頻器即投運，投運后4臺變頻器運行非常穩(wěn)定至今沒有發(fā)生任何故障，節(jié)能效果明顯，目前可以說改造是非常成功的。

經(jīng)濟綜合測試評價：

我們先簡單了解一下變頻器的工作原理： 我們知道，交流電動機的同步轉速表達式位： n＝60 f(1－s)/p (1) ；式中n—異步電動機的轉速； f—異步電動機的頻率； s—電動機轉差率； p—電動機極對數(shù)。 由式(1)可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機轉速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。根據(jù)現(xiàn)場吸風機的運行要求我們將變頻器設定在25～50Hz之間運行。在此范圍內(nèi)電機運行的電流在30A～100A;對應電壓在3KV～6 KV可調(diào)。

但眾所周知變頻器的節(jié)電多少主要視機組的負荷大小情況而定。因此每天的節(jié)電量也是有很大的差異，我廠節(jié)能組通過對電度的綜合統(tǒng)計得出平均每臺變頻器每天節(jié)電約1.3萬度。如此每臺變頻器每年按運行300天、每度電成本按0.3元計算一年可節(jié)省直接經(jīng)濟費用為： 4×1.3×0.3×300＝468萬元。變頻器總投資費用（包括設備費428萬、土建費用40萬、空調(diào)費用30萬）約為500萬左右。按此計算變頻器運用一年即可收回總投資費用。經(jīng)濟效益還是非常可觀的。

此外加裝變頻器后可實現(xiàn)對電機的軟啟動，減少了直接啟動對于電機的沖擊，大大延長電機的使用壽命。加裝變頻器的積極作用可謂是一舉多得。

如何保證穩(wěn)定運行：

變頻器的積極作用已經(jīng)在實際運行中得到了充分體現(xiàn)。但是所有的積極作用的前提是變頻器要穩(wěn)定運行。如果變頻器不能夠保證穩(wěn)定運行經(jīng)常出現(xiàn)故障造成跳閘不僅不會起到積極作用反而會給用戶帶來更大的麻煩。因此在加裝變頻器之前我們主要考慮的是如何保證變頻器的穩(wěn)定運行。

在此之前我廠已經(jīng)在凝結泵，給水泵等設備上使用了變頻器，但效果不太理想，特別是大功率的變頻器；例如給水泵（電機容量為1600KW）上使用的4臺AB變頻器，據(jù)統(tǒng)計累計發(fā)生故障達數(shù)十次。發(fā)生過諸如：電源故障、轉換板故障、波吸收電阻壞、保護故障、干擾故障、脈沖控制板故障、功率元件故障、PCL故障、控制單元冷卻風扇故障等二次控制方面的故障。經(jīng)過總結分析造成變頻器出現(xiàn)問題主要因素為2點：1：運行溫度；2：運行環(huán)境。

要解決以上兩個問題就要在變頻器房間的環(huán)境及室內(nèi)的冷卻方式上下工夫。通過與廠家技術人員和其他兄弟單位的溝通并總結了以往變頻器的冷卻方案的優(yōu)缺點。我們決定在3、4號機吸風機變頻器室采用密閉空水冷的冷卻方案。

密閉空水冷：

所謂密閉空水冷是指在一個密閉的房間內(nèi)將冷風和熱風通過風道分離開，這樣便于防止冷熱風混風造成冷卻效果降低。通過風道內(nèi)的循環(huán)風機在變頻器間內(nèi)部實現(xiàn)循環(huán)，將變頻器的熱風通過風道匯集起來通過冷卻器冷卻后再將冷風通過風道排出來直接對變頻器進行冷卻。此方案的優(yōu)點是冷卻效果好，冷卻系統(tǒng)運行穩(wěn)定、省電，且室內(nèi)密閉循環(huán)夠充分保證變頻器室內(nèi)的清潔。

此方案雖然優(yōu)點很多但是實現(xiàn)起來有一定的條件限制。首先要有作為主要冷卻介質的冷水，其次要合理選擇冷卻器的容量，及風道的排風量以保證冷卻效果。經(jīng)過討論我們決定用深井水作為冷媒（我廠的深井水溫長期保證在16度左右，且水質干凈是優(yōu)良的冷卻水源），水源取自我廠煤場路消防管道，主管道采用DN80鍍鋅直埋保溫鋼管，敷設方式為地下直埋。入變頻器室的分支管道為DN50，管材同主管道，在2個分支管道安裝閥門以控制流量。處理后的井水用管道輸送至主廠房爐側一、二期空調(diào)回水水箱回收，以現(xiàn)實循環(huán)利用。

我們將變頻器的發(fā)熱量（每臺變頻器按容量的4％計算）及冷卻水的水溫參數(shù)及冷卻要求（室內(nèi)溫度要求在28度左右）提供給空調(diào)廠家通過招標方式購置冷卻設備。最終我們選用了山東金光公司的冷卻設備。冷卻設備安裝的具體實施方案為：在每個變頻器室內(nèi)分別安裝2臺（一用一備）冷卻器型號為ZKD6，在室內(nèi)安裝冷、熱風風道，風道內(nèi)安裝循環(huán)風機排風量為6000m3/h。

此套冷卻設備投運后冷卻效果非常理想室內(nèi)溫度長期保持在25度左右，即使在夏天室內(nèi)溫度也不會超過28度。此外冷卻設備運行非常穩(wěn)定且省電，靠變頻器本身頂部的18臺風機就可實現(xiàn)風道的循環(huán)。密閉空水冷方案的成功實施即達到了良好的冷卻效果又保證了室內(nèi)的環(huán)境清潔?？芍^是一舉多得，良好的運行溫度和運行環(huán)境為變頻器的穩(wěn)定運行提供了保證。

輕、重故障設定：

在保證變頻器運行環(huán)境的同時我們對變頻器輕、重故障保護的設定也結合以往變頻器的使用經(jīng)驗做了相應的調(diào)整。變頻器本身具備很多保護條件具體分為輕故障和重故障。其中輕故障條件發(fā)生變頻器只是報警而不跳閘。重故障條件發(fā)生變頻器立即跳閘。在綜合考慮了保證機組穩(wěn)定運行和保證變頻器安全運行后我們將某些不必要的重故障條件改為輕故障以免變頻器出現(xiàn)意外跳閘情況影響機組穩(wěn)定運行。具體變頻器的輕、重故障條件匯總如下：

輕故障匯總：

（1）單元旁路（以下情況，功率單元可以旁路運行：功率單元輸入缺相；功率單元過熱；功率單元直流母線欠壓、單元過壓；功率單元驅動故障；功率單元電源故障）

（2）控制電源掉電；常用控制電掉電；備用控制電掉電

（3）變壓器輕度過熱130℃；

（4）在高壓就緒的情況下，風機故障；

（5）電機120％過載；

（6）DCS模擬給定掉線；

（7）柜體超溫（溫度過于40℃，可設定為重故障）

（8）運行中柜門打開（可設定為重故障）

二、重故障

重故障匯總

（1）電機電流達到200%額定值，立即保護

（2）電機電流達到120％額定值超過1分鐘

（3）系統(tǒng)故障

實踐證明我們所做的工作是非常有成效的，我廠目前安裝的這四臺吸風機變頻器運行非常穩(wěn)定，沒有發(fā)生過任何故障,節(jié)能效果明顯，經(jīng)濟效益顯著。

結束語

目前全世界都在開展節(jié)能降耗的工作，作為用煤大戶的發(fā)電企業(yè)這是我們義不容辭的責任，而變頻器的應用是一個主要手段，將來大功率變頻器的應用也必將越來越廣泛。我相信只要我們肯于做工作大功率變頻器的穩(wěn)定運行是完全有保證的，經(jīng)濟效益與機組安全運行的雙贏也必然能夠實現(xiàn)。