高壓變頻調(diào)速技術(shù)在某發(fā)電廠中的應(yīng)用

任 英

（無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫 214200）

高壓變頻調(diào)速技術(shù)在某發(fā)電廠中的應(yīng)用

任 英

（無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫 214200）

給水泵、凝結(jié)泵、引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、磨煤機(jī)等拖動(dòng)系統(tǒng)，是發(fā)電機(jī)組的重要輔機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)也是電廠廠用電系統(tǒng)中重要的負(fù)荷設(shè)備，屬于電廠中的主要耗電大戶。在電廠中，輔機(jī)系統(tǒng)耗電量約占廠用電量的80%左右，其中鍋爐給水泵、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵等給排水輔機(jī)系統(tǒng)，其耗電量約占整個(gè)廠用電系統(tǒng)的45%，而鍋爐送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)等風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，其耗電量約占整個(gè)廠用電系統(tǒng)的30%。發(fā)電機(jī)組容量規(guī)模的進(jìn)一步提高，其對輔機(jī)設(shè)備功率性能也提出了更高的要求，高能耗、響應(yīng)慢、調(diào)節(jié)性能差等已成為輔機(jī)系統(tǒng)制約發(fā)電機(jī)組安全高效運(yùn)行的瓶頸[1]。因此，采取合理的高壓變頻調(diào)速控制方案對電廠輔機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)升級改造，有效增強(qiáng)輔機(jī)系統(tǒng)中水泵、風(fēng)機(jī)等電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能，可提高其運(yùn)行的安全可靠性和電能綜合利用效率，確保發(fā)電機(jī)組安全高效進(jìn)行電能生產(chǎn)，促進(jìn)電廠在低碳綠色環(huán)保技術(shù)要求的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的[2]。

1 電廠風(fēng)機(jī)節(jié)能改造方案

1.1 工程概況

電廠3號600 MW火力發(fā)電機(jī)組的2臺(tái)6.3 kV高壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)功率設(shè)計(jì)值偏大，存在嚴(yán)重“大馬拉小車”問題。3號機(jī)組一次風(fēng)機(jī)輔機(jī)系統(tǒng)，鼓風(fēng)機(jī)型號為17881 Z/1165，軸功率為1 868 kW，額定流量為110 m3/min，全壓為14.318 kPa，額定轉(zhuǎn)速為1480 r/min，能量轉(zhuǎn)換效率為86.5%；配套電動(dòng)機(jī)型號為YKK630-6 kV,額定功率為2 240 kW，額定電壓為6.3 kV，額定電流為248 A，額定轉(zhuǎn)速為1 480 r/min，功率因數(shù)為0.9。從大量歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)可知，該發(fā)電機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行工況時(shí)，其風(fēng)機(jī)動(dòng)、靜葉調(diào)節(jié)過程中的節(jié)流損失，相比于額定運(yùn)行工況下節(jié)流損失會(huì)增加35%～45%，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率較低，能耗非常嚴(yán)重，嚴(yán)重影響到發(fā)電機(jī)組的廠用電率。結(jié)合風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，從理論分析可知，如采用6.3 kV高壓變頻節(jié)能調(diào)速控制方案，對3號機(jī)組的風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行變頻節(jié)能升級改造，可以降低風(fēng)機(jī)系統(tǒng)廠用電率40%左右。

1.2 節(jié)能升級改造方案

為了滿足綠色環(huán)保節(jié)能電廠技術(shù)升級改造要求，減少電能資源浪費(fèi)，降低電廠廠用電率，并提高風(fēng)機(jī)系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制性能，決定采用高壓變頻器對3號發(fā)電機(jī)組2臺(tái)6.3 kV高壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)升級改造。按照3號機(jī)組2臺(tái)高壓風(fēng)機(jī)并聯(lián)獨(dú)立運(yùn)行工藝需求，并考慮到風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，決定采用1臺(tái)高壓變頻器拖動(dòng)1臺(tái)高壓風(fēng)機(jī)的單元接線自動(dòng)切換改造方案，其具體邏輯接線如圖1所示。

圖1 6.3 kV高壓風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造方案

從圖1可知，除了采用6.3 kV高壓變頻器外，虛線部分為本次節(jié)能升級改造內(nèi)容的主要一次系統(tǒng)，由3個(gè)6.3 kV高壓真空接觸器（KM1、KM2、KM3）、2個(gè)6.3 kV高壓隔離開關(guān) （QS1、QS2）、1個(gè)TV互感器共同組成一面旁路柜。電廠廠用電6.3 kV電源經(jīng)QF11用戶開關(guān)、QS1高壓隔離開關(guān)、KM2高壓真空接觸器與高壓變頻調(diào)速裝置相連，變頻調(diào)速裝置經(jīng)內(nèi)部運(yùn)算模塊形成對應(yīng)的控制策略，經(jīng)KM3高壓真空接觸器和QS2高壓隔離開關(guān)與6.3kV高壓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)相連，將電源供給電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)輔機(jī)系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能控制運(yùn)行。為了提高輔機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，在變頻調(diào)速控制裝置出現(xiàn)故障后為確保發(fā)電機(jī)組安全高效的運(yùn)行，6.3 kV電源還可以通過KM1高壓真空接觸器直接供給高壓風(fēng)機(jī)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)工頻運(yùn)行。

2 節(jié)能技術(shù)升級改造應(yīng)用效果分析

2.1 3號機(jī)組日平均電力負(fù)荷計(jì)算

為了較為準(zhǔn)確地分析3號機(jī)組高壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能控制技術(shù)升級改造后所取得的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益，將3號機(jī)組2011年1月升級改造后1月—12月的電力負(fù)荷運(yùn)行情況進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而分析3號機(jī)組每天的平均日負(fù)荷曲線。3號機(jī)組2011年1月—12月每天典型數(shù)據(jù)所組成的日平均負(fù)荷波動(dòng)曲線如圖2所示。

圖2 3號機(jī)組日平均負(fù)荷波動(dòng)曲線

從圖2可知，通常在7：00前發(fā)電機(jī)所帶電力負(fù)荷偏低，7：00后開始上升，10：00達(dá)到最高負(fù)荷，并基本維持最高負(fù)荷持續(xù)到12：00，之后有所下降，從13：00～18：00負(fù)荷維持在一個(gè)較高點(diǎn)，從19：00開始有所上升并維持2～3 h，最后到21：00開始慢慢下降，直到初始負(fù)荷。圖2所示的3號機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)基本滿足電力負(fù)荷日波動(dòng)特性，通過對3號機(jī)組24 h的負(fù)荷進(jìn)行加權(quán)平均，獲得3號機(jī)組日平均負(fù)荷大約為每小時(shí)426 MW。2011年3號機(jī)組全年發(fā)電量為2 377 826 MWh，年運(yùn)行小時(shí)數(shù)為4 247.18 h，由此可以計(jì)算出3號機(jī)組每小時(shí)平均功率為428.29 MW，與圖2計(jì)算獲得的429 MW基本相等。統(tǒng)計(jì)分析可知，機(jī)組按照330 MW、400 MW、500 MW、600 MW 4個(gè)運(yùn)行工況運(yùn)行，其負(fù)荷工況運(yùn)行小時(shí)數(shù)大約為8 h，8 h，4 h，4 h，相應(yīng)計(jì)算出的日平均負(fù)荷為427 MW，與日平均負(fù)荷426 MW比較符合。

2.2 節(jié)能效益分析

3號機(jī)組一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)其在不同工況條件下工頻和變頻運(yùn)行電動(dòng)機(jī)所消耗電能，詳見表1所示。

從表1可知看出，3號機(jī)組高壓一次風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速節(jié)能升級改造后，其在不同負(fù)荷工況下從工頻運(yùn)行的功率1 557.93 kW、1 582.36 kW、1 722.83 kW、1 801.31 kW有效降低到變頻運(yùn)行功率的401.6 kW、479.58 kW、868.82 kW、1 189.57 kW。當(dāng)機(jī)組電力負(fù)荷不斷下降時(shí)，變頻調(diào)速所取得的節(jié)能效果越好，在330 MW負(fù)荷工況，其節(jié)約功率最為明顯，節(jié)約1 156.33 kW。3號機(jī)組一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)升級改造后，其一天可以節(jié)約電量為23 935.88 kWh，一年大約可以節(jié)約電量（按年運(yùn)行小時(shí)數(shù)4 247.18 h計(jì)算）為4 235 833 kWh。

表1 一次風(fēng)機(jī)工頻及變頻運(yùn)行數(shù)據(jù)對比

按照平均每千瓦時(shí)發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為320 g計(jì)算，則可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約1 355.5 t。按照火電廠上網(wǎng)電價(jià)0.38元/kWh計(jì)算，則3號機(jī)組一次風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速節(jié)能升級改造后，一年可以節(jié)約資金約161萬元。6.3 kV變頻調(diào)速裝置按照950元/kW進(jìn)行估算，則3號機(jī)組一次風(fēng)機(jī)單臺(tái)變頻調(diào)速裝置的升級改造成本約為213萬元，只需1.5年就能完全收回成本。

3號機(jī)組一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻調(diào)速節(jié)能升級改造后，不僅節(jié)能效果十分明顯，每年可以節(jié)約213萬元，而且調(diào)節(jié)運(yùn)行較為靈活方便，且大大降低風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流，確保風(fēng)機(jī)輔機(jī)系統(tǒng)具有較高安全可靠性。

3 結(jié)束語

隨著電力電子技術(shù)理論研究和工程實(shí)踐應(yīng)用的進(jìn)一步完善，高壓變頻器在響應(yīng)性、調(diào)節(jié)性等各項(xiàng)技術(shù)性能方面均有很大拓寬和提高[5]。電廠高壓一次風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速裝置，其投資較低且節(jié)能效益較為明顯，通常在1～2年內(nèi)就能完全收回投資成本。在火力發(fā)電行業(yè)中，風(fēng)機(jī)、水泵等輔機(jī)負(fù)荷種類較多、功率較大，應(yīng)充分結(jié)合輔機(jī)系統(tǒng)各種工況特性，合理選用變頻器進(jìn)行節(jié)能升級改造，提高輔機(jī)設(shè)備運(yùn)行的高效穩(wěn)定性和調(diào)速的準(zhǔn)確可靠性，確保發(fā)電機(jī)組安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的高效穩(wěn)定發(fā)電運(yùn)行。

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[1]周希章,周全.電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

[2]吳忠智,吳加林.變頻器應(yīng)用手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[3]謝茹.210 MW發(fā)電機(jī)組風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速改造[J].中國設(shè)備工程,2010(5)：62-63.

[4]李鳳鳴.高壓變頻調(diào)速在300 MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用[J].華北電力技術(shù),2006(1)：34-37.

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Application of high voltage speed adjust and frequency conversion in some power plant

REN Ying
(Wuxi Institute of Arts and Technology，Yixing 214200，China）

1009-1831（2012）06-0031-02

F407.61；TK018

E

2012-08-17

任英（1981），女，江蘇無錫人，助教，主要從事電子教學(xué)工作。