馮營(yíng)電力公司二次風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速改造研究

孫 亮

(焦作煤業(yè)(集團(tuán))馮營(yíng)電力有限責(zé)任公司，河南 焦作 454002))

1 概述

馮營(yíng)電力有限責(zé)任公司2×60MW綜合利用發(fā)電項(xiàng)目，是焦作煤業(yè)集團(tuán)解決煤炭生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煤矸石、煤泥等低熱值資源綜合利用而興建的。焦作煤業(yè)(集團(tuán))馮營(yíng)電力公司總裝機(jī)容量為2×6萬千瓦，各采用一臺(tái)500KW的二次風(fēng)機(jī)。改變頻前二次風(fēng)機(jī)主要采用進(jìn)口風(fēng)門檔板調(diào)節(jié)，以控制風(fēng)量，其輸出功率不能隨機(jī)組負(fù)荷變化而變化。此方式具有能耗高、系統(tǒng)振動(dòng)大等缺點(diǎn)，另電機(jī)的啟動(dòng)電流較大，對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械的沖擊大，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用高，同時(shí)調(diào)節(jié)閥門容易磨損，電機(jī)軸瓦溫度高，風(fēng)機(jī)振動(dòng)增大，影響機(jī)組正常運(yùn)行，給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來隱患。

2 改造目的

為了降低生產(chǎn)成本，降低能耗，適應(yīng)我國(guó)關(guān)于節(jié)能減排規(guī)劃的要求，采用低消耗、低排放、高效率的持續(xù)發(fā)展理念的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式，再者變頻節(jié)能技術(shù)的廣泛的應(yīng)用，獲取了較大的節(jié)能效果和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。隨著變頻器技術(shù)產(chǎn)品的成熟與穩(wěn)定應(yīng)用，我們把這一節(jié)能成果又進(jìn)一步擴(kuò)大到了高壓電機(jī)上，并于2007年5月完成了對(duì)二次風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速改造。

3 改造方案

3.1 主回路方案選擇

高壓變頻器廠家提供一拖一手動(dòng)旁路方案與自動(dòng)旁路方案選擇。一拖一手動(dòng)旁路方案在檢修變頻器時(shí)，有明顯斷電點(diǎn)，能夠保證人身安全，同時(shí)也可手動(dòng)使負(fù)載投入工頻電網(wǎng)運(yùn)行;手動(dòng)旁路可人為判斷故障后再切換，比較安全;造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)［1］。

自動(dòng)旁路方案能在變頻器出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)入工頻電網(wǎng)中，切開變頻調(diào)速系統(tǒng)，而負(fù)載不用停機(jī)，滿足現(xiàn)場(chǎng)不能停機(jī)的要求。但價(jià)格比較高，使用復(fù)雜，電機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)向工頻運(yùn)行轉(zhuǎn)換，自動(dòng)旁路一般也不會(huì)有問題，但如果是由于電機(jī)及其負(fù)載的故障引起變頻器停機(jī)，再次旁路，有可能使故障擴(kuò)大化。此外當(dāng)電機(jī)在低于工頻的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，如果自動(dòng)切換到工頻，電機(jī)轉(zhuǎn)速突然升高，爐膛負(fù)壓、風(fēng)量等參數(shù)會(huì)發(fā)生突變，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定。

根據(jù)馮營(yíng)電廠風(fēng)機(jī)負(fù)荷的重要性，公司決定采用的變頻器一拖一手動(dòng)旁路方案。具體的設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

QF為我廠二次風(fēng)機(jī)原有真空斷路器，QS1、QS2、QS3為3臺(tái)高壓變頻器高壓隔離刀閘(旁路切換柜內(nèi))。當(dāng)二次風(fēng)機(jī)需變頻狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，首先應(yīng)將刀閘QS3拉開，然后將刀閘QS1和QS2合上，最后將QF真空斷路器合上，使高壓變頻器得電，啟動(dòng)變頻器驅(qū)動(dòng)二次風(fēng)機(jī)。為保證電氣運(yùn)行人員操作的安全性和準(zhǔn)確性，在QS1、QS2和QS3刀閘之間實(shí)現(xiàn)電氣互鎖，保證QS2和QS3不能同時(shí)閉合;為提高刀閘操作的安全性，同時(shí)再增加機(jī)械互鎖，能進(jìn)一步保證QS2和QS3不能同時(shí)閉合。當(dāng)需二次風(fēng)機(jī)工頻狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，首先應(yīng)將刀閘QS1和QS2可靠斷開，然后將刀閘QS3旁路刀閘合上，刀閘操作、檢查完畢，最后再合上真空斷路器QF直接二次風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行［2］。

為了保障高壓變頻器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，能及時(shí)、有效斷開變頻器進(jìn)線真空斷路器QF，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的保護(hù)。變頻器發(fā)生故障時(shí)發(fā)出的跳閘指令，聯(lián)跳真空斷路器QF，保證變頻器故障狀態(tài)下自動(dòng)斷開電源。

為保障運(yùn)行人員對(duì)高壓變頻器的操作安全，同時(shí)將斷路器QF與三把刀閘QS1、QS2和QS3實(shí)現(xiàn)電氣互鎖，運(yùn)行人員只有在真空斷路器QF可靠斷開的情況下，才能操作QS1、QS2和QS3三把刀閘。

圖1 一次主回路接線圖Fig.1 main circuitwiring

3.2 控制方案

馮營(yíng)電廠機(jī)組控制系統(tǒng)為上海新華DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制，高壓變頻調(diào)速裝置滿足了過程控制系統(tǒng)的要求，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備無級(jí)調(diào)速。高壓變頻器按設(shè)定的程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)頻率、轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，以達(dá)到調(diào)速或節(jié)能目的。

3.2.1 與DCS系統(tǒng)的接口方案。DCS系統(tǒng)與高壓變頻器之間的信號(hào)總共有10個(gè)，其中開關(guān)量信號(hào)8個(gè)，模擬量信號(hào)有2個(gè)。二次風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速改造后的DCS系統(tǒng)介紹如表1所示。

表1 DCS系統(tǒng)介紹Table 1 DCS system Introduction table

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3.2.2 DCS增加畫面內(nèi)容：增加二次風(fēng)機(jī)高壓變頻器頻率調(diào)節(jié)模塊;增加二次風(fēng)機(jī)高壓變頻器運(yùn)行電流指示;增加二次風(fēng)機(jī)高壓變頻器輕故障報(bào)信號(hào);增加二次風(fēng)機(jī)高壓變頻器故障報(bào)警信號(hào)。正常情況下，二次風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速運(yùn)行方式。

3.2.3 二次風(fēng)機(jī)高壓變頻器啟動(dòng)條件：滿足二次風(fēng)機(jī)原有啟動(dòng)條件;高壓變頻器無重故障信號(hào);高壓變頻器開關(guān)在合閘位置，6kV高壓側(cè)部分反饋為1;高壓變頻器就地就緒信號(hào)到位，PLC反饋啟動(dòng)就緒為1。

4 改造效果評(píng)價(jià)

4.1 良好的經(jīng)濟(jì)效益

北京利德華福HARSVERT—A系列高壓變頻器采用模塊化設(shè)計(jì)，便于高壓變頻器的運(yùn)輸和安裝，縮短了設(shè)備的安裝、調(diào)速時(shí)間。高壓變頻器從2007年7月20日開始進(jìn)行設(shè)備安裝，2007年7月23日完成設(shè)備的全部調(diào)試工作，二次風(fēng)機(jī)投入變頻運(yùn)行。經(jīng)過長(zhǎng)期的安全、可靠運(yùn)行，二次風(fēng)機(jī)改造前后實(shí)際耗電量的統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 二次風(fēng)機(jī)能耗表Tab.2 Second fan energy consumption

由表2可知，二次風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速改造后，設(shè)備運(yùn)行電流降低25A，耗電量降低158多萬 kW?h，設(shè)備節(jié)電率為50.6%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)到了預(yù)期節(jié)能目標(biāo)。

4.2 降低對(duì)廠用電系統(tǒng)的沖擊

二次風(fēng)機(jī)高壓變頻器調(diào)速改造后，高壓電機(jī)啟動(dòng)電流隨頻率緩慢遞增至工作電流，實(shí)現(xiàn)了高壓電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)。同工頻直接啟動(dòng)相比，啟動(dòng)電流有了大幅度的降低，對(duì)廠用電系統(tǒng)幾乎沒有沖擊［3］。

4.3 延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命

二次風(fēng)機(jī)采用高壓變頻調(diào)速，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流小，降低了對(duì)其繞組的電應(yīng)力和絕緣的損害，提高了電動(dòng)機(jī)的使用壽命。同時(shí)，變頻調(diào)速改造后，調(diào)風(fēng)擋板的使用頻率降低，這就大大延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)擋板、密封和軸承的使用壽命。

4.4 減少電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊

電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)的最大啟動(dòng)電流為額定電流的7倍;星角啟動(dòng)為4～5倍;電機(jī)軟啟動(dòng)器也要達(dá)到2.5倍［4］。電動(dòng)機(jī)采用變頻器啟動(dòng)后，啟動(dòng)基本沒有沖擊，電流從零開始，僅是隨著轉(zhuǎn)速增加而上升，不管怎樣都不會(huì)超過額定電流［5］。因此鍋爐高壓輔機(jī)變頻運(yùn)行解決了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的大電流沖擊問題，消除了大啟動(dòng)電流對(duì)電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主機(jī)的沖擊應(yīng)力。

五 小結(jié)

發(fā)電廠生產(chǎn)工藝的特殊性和變頻調(diào)速技術(shù)的復(fù)雜性，決定了變頻調(diào)速技術(shù)在發(fā)電廠的應(yīng)用有區(qū)別于其他行業(yè)的特殊性。在技術(shù)條件、工程設(shè)計(jì)、安裝調(diào)速和運(yùn)行維護(hù)方面必須進(jìn)行認(rèn)真的研究。在技術(shù)方面，要注意設(shè)備的可靠性、抗干擾能力、散熱和防塵;在工程設(shè)計(jì)方面，要注意設(shè)備的選型、科學(xué)性、運(yùn)行和操作的合理性以及經(jīng)濟(jì)性等。

［1］白愷等.火電廠大型電動(dòng)機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)的可行性［J］.華北電力技術(shù)，1999，29(11)：33 ～35.

［2］程漢湘.高壓變頻器的實(shí)現(xiàn)方法研究［J］.電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2000，12(2)：16-18.

［3］丁旭元，程林，劉耀年.電機(jī)效率變化對(duì)變頻改造節(jié)能效果的影響［J］.節(jié)能，2010，(11)：25-28，2.

［4］傅光輝，李劍軍.汽輪機(jī)循環(huán)冷卻水泵變頻改造［J］.能源研究與管理，2010，(01)：51-52，59.

［5］高義，劉艷霞，王畢斐.熱電廠高壓變頻工程設(shè)計(jì)應(yīng)用［J］.中國(guó)科技博覽，2010，12(5)：252 ～252.