高壓變頻器在電廠風(fēng)機(jī)和泵改造中實(shí)現(xiàn)節(jié)能的應(yīng)用

石海鵬，趙亞瑩，陳柄君

(1.東華熱電有限公司，內(nèi)蒙古包頭014040;2.東北電力大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，吉林吉林132012;3.長(zhǎng)春供電公司，長(zhǎng)春130041)

東華熱電有限公司現(xiàn)有兩臺(tái)300 MW供熱調(diào)峰機(jī)組，2005年底正式開始商業(yè)運(yùn)營(yíng)。在2008年成為華電集團(tuán)內(nèi)蒙古分公司首家采用高壓變頻器實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的試點(diǎn)單位。首先采用哈爾濱九州電氣公司的Power smart 6000－A/071型高壓變頻器兩臺(tái)機(jī)組共四臺(tái)凝結(jié)水泵進(jìn)行了改造，在積累了一定的調(diào)試及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)后，又引進(jìn)國(guó)電南自公司AD6000S－2000型高壓變頻器兩臺(tái)機(jī)組的四臺(tái)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造。相繼引進(jìn)湖北三環(huán)公司的SH－HVF－Y6K/1800型高壓變頻器對(duì)雙機(jī)共四臺(tái)一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造。運(yùn)行3年多以來，使我廠廠用電率年年低于同類機(jī)組平均水平。在實(shí)際應(yīng)用中我們也發(fā)現(xiàn)了高壓變頻器運(yùn)行中的一些問題，現(xiàn)將運(yùn)行情況和產(chǎn)生的問題做以論述。

1 凝結(jié)水泵變頻改造前設(shè)備狀況及存在的問題

我廠單機(jī)凝結(jié)水系統(tǒng)配置三臺(tái)筒袋式多級(jí)離心水泵，配置電機(jī)型號(hào)為YLKK450－4，額定功率為560 kW，額定電壓為6 kV，額定電流為62.7 A。原運(yùn)行方式為兩臺(tái)工作，一臺(tái)備用。通過凝結(jié)水主管上的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥門進(jìn)行節(jié)流，節(jié)流損失大，閥門位開度難以控制，并存在如下問題［1］。

1.1 凝結(jié)水泵變頻改造前存在的問題

凝結(jié)水系統(tǒng)由調(diào)節(jié)閥門開度方式控制水的流量，這種調(diào)節(jié)方式主要存在以下幾個(gè)問題:

①采用給水泵定速運(yùn)行，閥門調(diào)節(jié)流量損失大，出口壓力高，管損嚴(yán)重，系統(tǒng)效率低下，造成能源浪費(fèi);

②當(dāng)流量降低，閥門位開度減小時(shí)，調(diào)節(jié)閥前后壓差增加工作安全特性變壞，壓力損失嚴(yán)重，造成能耗增加;

③長(zhǎng)期處在40%～70%閥門開度，加速閥體自身磨損，導(dǎo)致閥門控制特性變差;

④管網(wǎng)壓力過高威脅系統(tǒng)設(shè)備密封性能，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致閥門泄露，不能關(guān)嚴(yán)等情況發(fā)生;

⑤設(shè)備使用壽命短，日常維修量大，維修成本過高，造成各種資源極大浪費(fèi)。

解決上述問題重要手段之一就是采用變頻調(diào)速控制技術(shù)［2］，利用高壓變頻器對(duì)冷凝結(jié)水泵電機(jī)進(jìn)行變頻控制，實(shí)現(xiàn)給水流量的變負(fù)荷、變壓力的調(diào)節(jié)，這樣不僅解決了控制閥調(diào)節(jié)線性度差，純滯延大等難以控制的缺點(diǎn)，而且提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，更重要的是減小了因調(diào)節(jié)閥門孔口變化造成的壓流損失，減輕了控制閥的磨損，降低了系統(tǒng)對(duì)管路密封性能的破壞，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，維護(hù)量大減，改善了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性。

1.2 電氣連接方式

在原有基礎(chǔ)上，將電機(jī)電纜由原斷路器QF下口抽出，置入變頻器旁路柜內(nèi)，經(jīng)刀閘QS1進(jìn)入變頻器，由刀閘QS2下口引出接入電機(jī)，同時(shí)增放電纜經(jīng)刀閘QS3，設(shè)變頻器工頻旁路。這種連接方式可提高凝結(jié)水系統(tǒng)的穩(wěn)定性，當(dāng)變頻器需要檢修或發(fā)生故障時(shí)，無需更換線路即可切換至工頻運(yùn)行。主接線見圖1所示:

圖1 凝結(jié)水泵及變頻器主接線

1.3 節(jié)能效果

經(jīng)過對(duì)凝結(jié)水變頻器投入生產(chǎn)運(yùn)行后的觀察比較，凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行時(shí)電流明顯較工頻運(yùn)行時(shí)降低，且由于一臺(tái)變頻調(diào)節(jié)的凝結(jié)水泵即可負(fù)擔(dān)機(jī)組70%負(fù)荷以下的凝結(jié)水供水量，而原系統(tǒng)在機(jī)組負(fù)荷大于50%就需要兩臺(tái)工頻泵供水，兩種調(diào)節(jié)方式中變頻調(diào)節(jié)節(jié)能效果明顯［3］。

2 引風(fēng)機(jī)的變頻改造前設(shè)備狀況及存在的問題

我廠每臺(tái)爐配有兩臺(tái)靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)，配用電機(jī)型號(hào)為:YKK710－8，額定功率:2 000 kW，額定電壓6 kV，額定電流:238 A。原調(diào)節(jié)方式為靜葉調(diào)節(jié)，存在的問題如下:

①因采用調(diào)節(jié)風(fēng)門的方法使效率低下。

②風(fēng)量單位時(shí)間流過風(fēng)機(jī)的空氣量也很低，造成軸功率輸出很大。

③效率在風(fēng)機(jī)軸上的功率因有部分損失而不能全部傳遞給空氣，風(fēng)機(jī)工作主要指標(biāo)不符要求。

2.1 電氣連接方式

引風(fēng)機(jī)連接方式與凝結(jié)水泵基本相同，但國(guó)電南自公司在旁路柜內(nèi)增設(shè)了一個(gè)QS4刀閘(見下圖)，變頻器可通過QS4刀閘可靠接地。將QS1與QS4設(shè)為雙擲刀閘，QS2與QS3為雙擲刀閘，這種設(shè)置方式降低了在工頻變頻切換時(shí)誤操作機(jī)率，同時(shí)也對(duì)變頻器也起到了保護(hù)的目的。

圖2 高壓引風(fēng)機(jī)雙擲刀閘主接線

2.2 節(jié)能效益

兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)改為變頻調(diào)節(jié)后較原靜葉調(diào)節(jié)方式耗電量約減少35%，同時(shí)電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，減少了啟動(dòng)電流的沖擊，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)等設(shè)備壽命。風(fēng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，消除了喘振現(xiàn)象，減輕了風(fēng)機(jī)葉輪及軸承等主要部件的磨損，風(fēng)道的振動(dòng)和磨損也隨之減輕。延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)葉輪及軸承等主要部件的使用壽命，節(jié)省了設(shè)備的維修和經(jīng)濟(jì)效益。且直觀節(jié)電效果如下:風(fēng)機(jī)平均每天運(yùn)行10小時(shí)，每月按30天計(jì)，每度電費(fèi)按1.0元/度計(jì)，實(shí)際功率大約2 000 kw:每天平均耗電量:12 000 kw×10小時(shí)=12 000度，每月耗電量:2 000度/天×每月30天=360 000度/月，月平均節(jié)電率按33%計(jì)算。每月節(jié)約電量360 000度×節(jié)電率33%=118800度/月，每月節(jié)約電費(fèi):118800度×1.0元/度=118800元。投資回收期:630000元÷118 800元/月≈5個(gè)月。

2.3 運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題

由于引風(fēng)機(jī)設(shè)置在電除塵后部，變頻器設(shè)置位置和電除塵器接近［4］。電除塵的電場(chǎng)對(duì)變頻器通信產(chǎn)生一定影響，也容易引發(fā)變頻器通信板與模塊間的通信故障。

3 應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)及結(jié)論

通過改變電動(dòng)機(jī)的供電頻率f來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，是目前交流電動(dòng)機(jī)最好的調(diào)速方式［5］。高壓輔機(jī)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性直接影響火力發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，一旦這些關(guān)鍵輔機(jī)設(shè)備由于變頻器故障而非正常停運(yùn)，往往會(huì)導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷大幅下降甚至發(fā)生跳機(jī)、鍋爐熄火等事故。造成的損失是節(jié)能效益無法彌補(bǔ)的。

由于我廠購(gòu)置的是三種不同廠家、不同型號(hào)高壓變頻器均采用相同的技術(shù)，即多重化技術(shù)。所謂多重化技術(shù)就是每相由幾個(gè)低壓SPWM功率單元串聯(lián)組成，各功率單元由一個(gè)多繞組的隔離變壓器供電，用高速微處理器實(shí)現(xiàn)控制和以光導(dǎo)纖維隔離驅(qū)動(dòng)。在三種變頻器幾年的運(yùn)行中，也發(fā)現(xiàn)一些問題，對(duì)高壓變頻器的發(fā)展存在一定制約。所以不少的變頻器在實(shí)際運(yùn)行中還需不斷完善。經(jīng)過幾年的使用我們總結(jié)了幾條經(jīng)驗(yàn)供大家借鑒。

3.1 散熱和防塵問題

變頻器與電機(jī)間電纜不能過長(zhǎng)，這就決定了變頻器需安裝于輔機(jī)附近。變頻器中的降壓變壓器和功率模塊發(fā)熱量較大，需要風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)進(jìn)行冷卻，而生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)灰塵較多，如果灰塵進(jìn)入變頻器柜內(nèi)導(dǎo)致絕緣下降或擊穿損壞元器件。只能在變頻器柜通風(fēng)口加裝濾網(wǎng)。一旦濾網(wǎng)堵塞會(huì)造成功率柜散熱效果差，易導(dǎo)致功率模塊過熱損壞。濾網(wǎng)必須經(jīng)常更換清洗。

3.2 變頻器負(fù)載過流問題

變頻器在運(yùn)行期間，均發(fā)生過“負(fù)載過流”保護(hù)動(dòng)作的現(xiàn)象，由于擋板不嚴(yán)、電機(jī)倒轉(zhuǎn)等原因，使變頻器啟動(dòng)負(fù)載過大，輸出過電流而無法啟動(dòng)。同時(shí)，對(duì)變頻器也有較大沖擊，易使變頻器功率模塊損壞。

3.3 變頻器旁路問題

變頻器旁路柜內(nèi)設(shè)置的多為手動(dòng)刀閘，且內(nèi)部構(gòu)件簡(jiǎn)單，經(jīng)過一定切換后會(huì)出現(xiàn)刀閘分、合不到位的狀態(tài)，無法讓處理器判斷刀閘位置，不能確認(rèn)變頻器是否具備上電條件，影響變頻器的投運(yùn)。在變頻器發(fā)生故障需將輔機(jī)設(shè)備切換至工頻運(yùn)行時(shí)，延長(zhǎng)設(shè)備的啟動(dòng)時(shí)間，對(duì)處理機(jī)組異常不利。容易引起刀閘的觸點(diǎn)發(fā)熱、放電。給變頻器的安全運(yùn)行存帶來隱患。變頻器進(jìn)行工頻/變頻切換時(shí)，必須先將輔機(jī)設(shè)備停運(yùn)和停電，無法實(shí)現(xiàn)無擾切換，對(duì)機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行造成很大的影響。

3.4 變頻器故障維修問題

采用多重化技術(shù)的變頻器IGBT模塊造價(jià)較高，各廠基本均將其列為事故備件，備件數(shù)量很少。模塊結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，由于檢修技術(shù)和檢修設(shè)備的限制無法在廠內(nèi)進(jìn)行維修，一旦發(fā)生模塊故障只能進(jìn)行返廠處理，維修工期、運(yùn)輸時(shí)間較長(zhǎng)。導(dǎo)致輔機(jī)設(shè)備在模塊故障返廠檢修時(shí)被迫長(zhǎng)時(shí)間工頻運(yùn)行，削弱了變頻器的節(jié)能效果。

3.5 變頻器輔助設(shè)備的問題

因?yàn)樽冾l器工作環(huán)境差，變頻器本身發(fā)熱量大，加速了變頻器內(nèi)部的電纜、光纖、控制板等設(shè)備的老化。發(fā)生過熱時(shí)故障觸摸屏無法監(jiān)視的狀況需要熱傳感器監(jiān)測(cè)，因一臺(tái)變頻器功率模塊冷卻風(fēng)機(jī)故障變頻器被迫停運(yùn)，會(huì)造成模塊過熱而被擊穿［6］。我廠處于內(nèi)蒙境內(nèi)，全年干旱少雨空氣中風(fēng)沙較大，我廠的變頻器中卻裝有濕度感應(yīng)裝置而用于防塵只有一層簡(jiǎn)單的濾網(wǎng)。各個(gè)變頻器生產(chǎn)廠家不能根據(jù)用戶的需求情況對(duì)輔助設(shè)備進(jìn)行選擇，使變頻器經(jīng)常出現(xiàn)水土不服的現(xiàn)象。各個(gè)用戶還需要根據(jù)自身情況添加輔助設(shè)備，或者對(duì)變頻器的安裝進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。無形中增加了變頻器生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)成本和用戶的使用成本。

4 結(jié)束語(yǔ)

從東華熱電有限公司應(yīng)用高壓變頻器三年來看，利大于弊是有目共睹的，起到了節(jié)能降耗的目的。因其直接和間接的經(jīng)濟(jì)效益使我廠的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本降低。由此可見，高壓變頻器在電廠的應(yīng)用前景還是非常廣闊的。對(duì)電廠的節(jié)能降耗，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力還是大有裨益的。我們相信，隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，高壓變頻裝置會(huì)不斷前行，一代又一代的新興產(chǎn)品會(huì)問世，給我們帶來更大更好更安全的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］胡炫，朱虎，楊志.高壓變頻器在發(fā)電廠引風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用與節(jié)能分析［J］.電機(jī)與控制應(yīng)用，2010.37(2):37－39.

［2］黃立陪.變頻應(yīng)用技術(shù)及電動(dòng)機(jī)調(diào)速［M］.北京:人民郵電出版社，1997.

［3］中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì).風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速節(jié)能手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

［4］杜金城.電氣變頻調(diào)速設(shè)計(jì)技術(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2001.

［5］張進(jìn)秋，陳永利，張中民.可編程控制的原理及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004，1.

［6］馮垛生，張淼.變頻的應(yīng)用與維修［M］.廣州:華南理工大學(xué)出版社，2002.