一次風(fēng)機(jī)變頻改造

張晉軒

（山西潞安余吾熱電有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046100）

0 引言

風(fēng)機(jī)是火電廠運(yùn)行的主要設(shè)備，耗電量占廠用電的30%左右。傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板的開度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸出功率不隨機(jī)組的負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，風(fēng)門開度一般在30%～40%。如130 MW負(fù)荷時(shí)電機(jī)電流在140A左右，90MW負(fù)荷時(shí)電機(jī)電流在120A左右，風(fēng)門開度很小，一次風(fēng)機(jī)經(jīng)常在較低的效率工況下運(yùn)行，耗電率較大，為此對(duì)一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，實(shí)現(xiàn)了一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨機(jī)組負(fù)荷變化而自動(dòng)調(diào)整。

1 設(shè)計(jì)方案

1．1 總體思路

一次風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式采用變頻器一拖一的方式，6．3 kV電源經(jīng)變頻裝置輸入刀閘到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘送至電動(dòng)機(jī)；6．3kV電源還可經(jīng)旁路開關(guān)及刀閘直接啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。風(fēng)機(jī)接線圖如圖1所示。具體實(shí)施方案如下：

1．1．1 土建施工方案

根據(jù)公司鍋爐零米區(qū)域設(shè)備現(xiàn)狀，結(jié)合變頻設(shè)備的改造要求，經(jīng)仔細(xì)勘察，決定在原除塵除灰MCC房間小室靠近除塵側(cè)修建長(zhǎng)15m、寬6m的房間用作新增一次風(fēng)機(jī)變頻小室，變頻器2臺(tái)一排，雙向?qū)ΨQ排列，考慮帶電安全距離，變頻器距墻邊緣1．2m。

綜合考慮到設(shè)備防水、地面基礎(chǔ)、工程造價(jià)等問(wèn)題后，決定將地面采用抬高方式進(jìn)行基礎(chǔ)澆灌，并增加預(yù)埋件和基礎(chǔ)型槽鋼，分別用作變頻器室搭建和變頻設(shè)備安裝。

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選用100mm×48mm×5．3mm規(guī)格的槽鋼；基礎(chǔ)型鋼應(yīng)預(yù)埋在基礎(chǔ)里，其頂部平面可與地平面相平或稍高一點(diǎn)；基礎(chǔ)型鋼應(yīng)可靠接地；柜體應(yīng)安裝或點(diǎn)焊在基礎(chǔ)型鋼上，從而保證基礎(chǔ)型鋼和變頻器柜體的可靠連接。

圖1 風(fēng)機(jī)接線方式

1．1．2 電氣施工方案

為嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程要求，在新增一次風(fēng)機(jī)變頻小室內(nèi)安裝雙層電纜橋架，橋架安裝于原鍋爐MCC小室電纜橋架至變頻器小室，橋架上層為低壓和控制信號(hào)電纜層，下層為動(dòng)力電纜層。

電纜實(shí)施方案如下：①對(duì)于高壓電纜部分，拆除原一次風(fēng)機(jī)A／B電機(jī)側(cè)6kV高壓進(jìn)線電纜，重新敷設(shè)6kV開關(guān)柜至變頻裝置及變頻裝置至一次風(fēng)機(jī)A／B電機(jī)的6kV高壓電纜并接入；②對(duì)于低壓電纜部分，施放變頻裝置至DCS、6kV開關(guān)柜、380V交直流電源電纜并接入。

根據(jù)風(fēng)機(jī)電機(jī)功率計(jì)算，為滿足設(shè)備的運(yùn)行要求，決定在變頻小室內(nèi)安裝10匹純制冷空調(diào)2臺(tái)，采用工業(yè)空調(diào)，空調(diào)均按照冗余方式考慮，單臺(tái)空調(diào)故障不會(huì)影響設(shè)備的安全運(yùn)行。

為保證變頻小室控制電源的穩(wěn)定，增加一臺(tái)就地開關(guān)柜（2路電源），供控制電源雙回路及檢修電源、空調(diào)的可靠運(yùn)行，控制電源分別取自不同開關(guān)，照明及檢修電源與空調(diào)電源共用。

1．2 工作模式和連鎖方式

工作模式如下：①合QS3、QF，電機(jī)工頻運(yùn)行；②合QS2、QS1、QF，電機(jī)變頻運(yùn)行；③變頻器故障或檢修時(shí)，分QF、QS1、QS2，合QS3、QF。

電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，變頻器被旁路。QS1、QS2和QS3為手動(dòng)隔離刀閘，QS2與QS3之間機(jī)械聯(lián)鎖。

1．3 控制及DCS接口配置

1．3．1 控制方式

閉環(huán)控制時(shí)，控制對(duì)象為壓力、流量，控制依據(jù)為輸入模擬量值，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

開環(huán)控制分兩種：①控制對(duì)象為轉(zhuǎn)速：該方式可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，轉(zhuǎn)速由工況調(diào)節(jié)，輸入的模擬量為頻率變化的依據(jù)；②控制對(duì)象為頻率：該方式實(shí)現(xiàn)就地操作，輸出頻率為直接設(shè)置。

1．3．2 DCS接口配置

采用和利時(shí)公司的DCS系統(tǒng)，變頻器開關(guān)量輸入5個(gè)點(diǎn)，輸出5個(gè)點(diǎn)；模擬量輸入2個(gè)點(diǎn)（4mA～20mA），輸出3個(gè)點(diǎn)（4mA～20mA）。

1．4 高壓變頻調(diào)速裝置的基本性能

（1）變頻器的結(jié)構(gòu)為高壓變高壓，直接輸出6kV，不需要升壓變壓器，其輸出方式為PWM，即單元串聯(lián)移相式，輸出的相電壓為11電平。

（2）其多脈沖整流輸入對(duì)電壓和電流具有失真保護(hù)作用。

（3）負(fù)載變化在20%～100%時(shí)其功率因數(shù)可以達(dá)到或超過(guò)0．96（無(wú)需對(duì)功率因數(shù)增加補(bǔ)償裝置）。

（4）變頻器輸出波形為正弦電流和電壓（無(wú)需濾波器），對(duì)電機(jī)要求不高，電機(jī)在不必降低功率的情況下也可以使用；其中的軟啟動(dòng)功能保證了電機(jī)的安全、長(zhǎng)期運(yùn)行，使得電機(jī)啟動(dòng)沖擊時(shí)不會(huì)引起電網(wǎng)電壓的下跌。

（5）電機(jī)不會(huì)因輸出波形而產(chǎn)生諧振，其轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小于0．1%，風(fēng)機(jī)不會(huì)發(fā)生喘振，變頻器具有共振點(diǎn)頻率跳躍的功能。

（6）輸出電纜長(zhǎng)度不會(huì)對(duì)變頻裝置產(chǎn)生影響，共模電壓和電壓變化率不會(huì)影響電機(jī)。

（7）變頻器可以在不帶電機(jī)輸出或低壓的情況下進(jìn)行空載調(diào)試。

（8）采用啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)150%的無(wú)速度傳感器矢量控制。

（9）變頻器能夠隨電網(wǎng)電壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，在電壓降低35%的情況下，變頻器可實(shí)現(xiàn)降額運(yùn)行。

（10）其逆變器的效率為98．5%。

（11）采用具有自診斷功能的DSP全數(shù)字控制系統(tǒng)。

（12）可自動(dòng)檢測(cè)電機(jī)參數(shù)、自動(dòng)優(yōu)化控制系統(tǒng)參數(shù)。

（13）采用光纖將變頻器的功率單元和主控系統(tǒng)通訊連接，其抗干擾能力強(qiáng)、通信速率和安全性能較高。

（14）帶有功率單元旁路技術(shù)（選件、非標(biāo)配），當(dāng)單元出現(xiàn)故障時(shí)，仍能保證系統(tǒng)的運(yùn)行。

（15）控制系統(tǒng)可在線檢測(cè)變頻器的輸入電壓、電流、頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)速等。

2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

實(shí)施一次風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速改造后，單臺(tái)風(fēng)機(jī)（1 600 kW／6kV）節(jié)能率19%，一年節(jié)約電量約103．2萬(wàn)kWh，節(jié)約電費(fèi)約39．8萬(wàn)元，全廠共有4臺(tái)風(fēng)機(jī)，一年就可節(jié)約電費(fèi)約159．2萬(wàn)元。

3 總結(jié)

本方案采用高速變頻調(diào)速裝置對(duì)風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行變頻控制，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)量的變負(fù)荷調(diào)節(jié)，不僅解決了風(fēng)門調(diào)節(jié)線性度差、滯延大等問(wèn)題，而且提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；更重要的是減小了因風(fēng)門變化造成的壓流損失，減輕了風(fēng)門的磨損，降低了系統(tǒng)對(duì)風(fēng)道密封性能的破壞，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，使系統(tǒng)維護(hù)量減小，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約了能源，為降低廠用電率提供了良好的途徑。

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