變頻調(diào)速技術(shù)在燃機(jī)電廠的應(yīng)用

羅萼

（廣東粵電中山熱電廠有限公司，廣東中山 528445）

變頻調(diào)速技術(shù)在燃機(jī)電廠的應(yīng)用

羅萼

（廣東粵電中山熱電廠有限公司，廣東中山 528445）

對(duì)粵電中山熱電廠高、低壓給水泵、省煤器再循環(huán)泵定速運(yùn)行和變頻運(yùn)行比較，分析了高、低壓變頻技術(shù)在熱電廠輔機(jī)設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀。結(jié)果表明：高、低壓變頻技術(shù)是對(duì)整個(gè)機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行的系統(tǒng)項(xiàng)目，既可滿足生產(chǎn)過(guò)程對(duì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的要求，又可達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

變頻調(diào)速；高壓給水泵；省煤器再循環(huán)泵；經(jīng)濟(jì)性

粵電中山三角天然氣熱電冷聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目位于中山市東北部的三角鎮(zhèn)，由廣東粵電集團(tuán)有限公司投資建設(shè)，規(guī)劃最終建設(shè)6臺(tái)39萬(wàn)千瓦級(jí)燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)熱電冷聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。首期建設(shè)三套F級(jí)改進(jìn)型的高效一拖一雙軸聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，每套機(jī)組包括一臺(tái)低NOx燃?xì)廨啓C(jī)、一臺(tái)燃機(jī)發(fā)電機(jī)、一臺(tái)蒸汽輪機(jī)、一臺(tái)汽機(jī)發(fā)電機(jī)、一臺(tái)無(wú)補(bǔ)燃三壓再熱型余熱鍋爐及其相關(guān)的輔助設(shè)備。根據(jù)本工程工藝系統(tǒng)的特點(diǎn)，以余熱鍋爐高壓給水泵和省煤器再循環(huán)泵為例，對(duì)節(jié)能效果進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估，分析6 kV和380 V電動(dòng)泵采用變頻器的應(yīng)用可行性。

1 高壓給水泵定速運(yùn)行和變頻運(yùn)行比較

本工程每臺(tái)余熱鍋爐采用2臺(tái)容量100%高壓給水泵，電機(jī)功率1 980 kW，電壓為6 kV，一臺(tái)工作一臺(tái)備用。

1.1 定速運(yùn)行

高壓給水泵采用定速方案運(yùn)行時(shí)，各相關(guān)主要指標(biāo)參數(shù)見(jiàn)表1。

1.2 變頻運(yùn)行

高壓給水泵采用變頻方案運(yùn)行時(shí)，各相關(guān)主要指標(biāo)參數(shù)見(jiàn)表2。

1.3 經(jīng)濟(jì)性評(píng)估

以F型機(jī)組常見(jiàn)的運(yùn)行方式作為節(jié)能計(jì)算的基礎(chǔ)，即年運(yùn)行小時(shí)數(shù)按6 600小時(shí)，75%及其以上的高負(fù)荷占總運(yùn)行時(shí)間的90%，75%以下低負(fù)荷運(yùn)行小時(shí)數(shù)占10%，其中高負(fù)荷運(yùn)行小時(shí)數(shù)中100%負(fù)荷占三分之二（3 960小時(shí)），75%負(fù)荷占三分之一（1 980小時(shí)）；低負(fù)荷運(yùn)行小時(shí)數(shù)中50%占70%（462小時(shí)），30%負(fù)荷占30%（198小時(shí)）。高壓給水泵采用變頻運(yùn)行后[2]，節(jié)能效果如表3所示。

表1 高壓給水泵定速運(yùn)行指標(biāo)

表2 高壓給水泵變頻運(yùn)行指標(biāo)

發(fā)電成本按0.76元/kWh計(jì)，高壓給水泵一年節(jié)省費(fèi)用約202萬(wàn)元。高壓給水泵變頻器容量為3 000 kVA，按國(guó)產(chǎn)設(shè)備價(jià)格500元/kVA和進(jìn)口設(shè)備價(jià)格800元/kVA計(jì)算，如采用“一拖一”方案，兩臺(tái)變頻器設(shè)備費(fèi)用分別為300萬(wàn)元和480萬(wàn)元，增加的土建費(fèi)用按10萬(wàn)元計(jì)算，投資回收年限分別約為1.5年和2.3年，遠(yuǎn)低于機(jī)組運(yùn)行年限，具有顯著的經(jīng)濟(jì)收益［1］。

表3 高壓給水泵變頻運(yùn)行節(jié)能指標(biāo)

2 省煤器再循環(huán)泵定速運(yùn)行和變頻運(yùn)行比較

本工程每臺(tái)余熱鍋爐采用2臺(tái)容量100%省煤器再循環(huán)泵，電壓為380 V，一臺(tái)工作一臺(tái)備用。

2.1 定速運(yùn)行

省煤器再循環(huán)泵采用定速方案運(yùn)行時(shí)，各相關(guān)主要指標(biāo)參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 省煤器再循環(huán)泵定速運(yùn)行指標(biāo)

2.2 變頻運(yùn)行

省煤器再循環(huán)泵采用變頻方案運(yùn)行時(shí)，各相關(guān)主要指標(biāo)參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 省煤器再循環(huán)泵變頻運(yùn)行指標(biāo)

2.3 經(jīng)濟(jì)性評(píng)估

以F型機(jī)組常見(jiàn)的運(yùn)行方式作為節(jié)能計(jì)算的基礎(chǔ)，即年運(yùn)行小時(shí)數(shù)按6600小時(shí)，75%及其以上的高負(fù)荷占總運(yùn)行時(shí)間的90%，75%以下低負(fù)荷運(yùn)行小時(shí)數(shù)占10%，其中高負(fù)荷運(yùn)行小時(shí)數(shù)中100%負(fù)荷占三分之二（3960小時(shí)），75%負(fù)荷占三分之一（1980小時(shí)）；低負(fù)荷運(yùn)行小時(shí)數(shù)中50%占70%（462小時(shí)），30%負(fù)荷占30%（198小時(shí)）。省煤器再循環(huán)泵采用變頻運(yùn)行后，節(jié)能效果如表6所示。

表6 省煤器再循環(huán)泵變頻運(yùn)行節(jié)能指標(biāo)

發(fā)電成本按0.76元/kWh計(jì)，省煤器再循環(huán)泵一年節(jié)省費(fèi)用約11.3萬(wàn)元。省煤器再循環(huán)泵變頻器容量為80 kVA，價(jià)格按500元/kVA計(jì)算，采用“一拖一”方案，兩臺(tái)變頻器設(shè)備費(fèi)用為8萬(wàn)元，投資回收年限約為8.5個(gè)月，遠(yuǎn)低于機(jī)組運(yùn)行年限，具有顯著的經(jīng)濟(jì)收益。

3 變頻調(diào)速應(yīng)用建議

將變頻調(diào)速技術(shù)運(yùn)用到燃機(jī)電廠輔機(jī)中，可有效提升機(jī)組調(diào)節(jié)性能，達(dá)到有效改善經(jīng)濟(jì)效益的目的，但在使用的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)。

3.1 可靠性方面的考慮

由于電廠自身的因素，使其需要性能可靠較高的高壓變頻器，才能夠使電廠在安全有效的環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)行。所運(yùn)用的高壓元器件的逆變器其結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，元件數(shù)量也相對(duì)較少，加之故障非常少，但若通過(guò)低壓元件串聯(lián)結(jié)構(gòu)的方式，那么變頻器的元件數(shù)量就非常多，極易導(dǎo)致故障增加，為此，現(xiàn)目前主要運(yùn)用中性點(diǎn)漂移和單元件旁路等技術(shù)，此外，通過(guò)增加自動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)的方式也可以有效將變頻器故障隔離起來(lái)。但因目前電廠所采用的風(fēng)機(jī)水泵通常都準(zhǔn)備了備用泵，故多為一對(duì)一的變頻器配置，當(dāng)某臺(tái)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，也不會(huì)導(dǎo)致其他受到影響。

3.2 變頻器輸入諧波對(duì)電力系統(tǒng)的影響

若變頻器所輸入的電流諧波非常大，則非常容易給電力系統(tǒng)帶來(lái)影響，主要表現(xiàn)為：致使測(cè)量?jī)x器儀表的誤差因此增加，對(duì)性能控制以及計(jì)量精度造成影響；使得供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)作，還可能致使大面積停電情況出現(xiàn)；對(duì)電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電子裝置以及通信設(shè)備等造成影響，使得其無(wú)法進(jìn)行正常運(yùn)行；致使變壓器、電機(jī)以及電容器等出現(xiàn)耗損增加，最終造成燒損或者過(guò)熱現(xiàn)象。要使輸入諧波被及時(shí)有效的消除，則可通過(guò)運(yùn)用多脈沖整流技術(shù)的變頻器，并保持18脈沖的方式才能夠使輸入諧波能夠滿足整流電路要求。

3.3 變頻器輸出波形對(duì)電機(jī)的影響

若變頻器所輸出的波形其質(zhì)量并不佳，則可能導(dǎo)致電機(jī)因此受到影響。變頻器輸出諧波可能會(huì)致使電機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)以及附加發(fā)熱現(xiàn)象，噪音也會(huì)因此增加，輸出的dt/dv以及共模電壓可能會(huì)對(duì)電機(jī)造成絕緣現(xiàn)象?，F(xiàn)目前，高壓變頻器主要通過(guò)加裝輸出濾波器或者多電平的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出波形質(zhì)量的改善。

3.4 與電廠運(yùn)行條件的適應(yīng)性

電廠高壓廠用電源并不是穩(wěn)定不變的，在大電機(jī)啟動(dòng)、廠用電源切換、故障恢復(fù)等過(guò)程中電壓會(huì)低于正常值，因此要求變頻器能承受此電壓波動(dòng)，避免頻繁關(guān)斷。同時(shí)，在短時(shí)停電并恢復(fù)后，變頻器應(yīng)能自動(dòng)搜索電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)無(wú)沖擊再啟動(dòng)，將電機(jī)拖至故障前的運(yùn)行狀態(tài)，保證電機(jī)持續(xù)可靠運(yùn)行，避免不必要的停機(jī)。在電機(jī)調(diào)速范圍內(nèi)的任何轉(zhuǎn)速下，應(yīng)能不需停車而直接無(wú)沖擊啟動(dòng)高壓變頻器。

3.5 與繼電保護(hù)的適應(yīng)性

高壓變頻器應(yīng)能滿足電機(jī)及連接電纜各種故障時(shí)的繼電保護(hù)要求，同時(shí)還需考慮變頻、工頻切換時(shí)對(duì)繼電保護(hù)的要求。

3.6 布置方面的考慮

高壓變頻器體積較大，如1 500 kW的變頻器，加上旁路柜長(zhǎng)度達(dá)6 m～7 m，單獨(dú)安裝需要約9 m×4 m的房間，還需考慮通風(fēng)散熱及空調(diào)。對(duì)于凝結(jié)水泵的高壓變頻器等需要安裝在主廠房?jī)?nèi)的設(shè)備，可能會(huì)增大主廠房尺寸，對(duì)于主廠房布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)有一定的影響。

3.7 調(diào)速范圍的考慮

當(dāng)采用變頻調(diào)速時(shí)，原來(lái)按照工頻設(shè)計(jì)的水泵、風(fēng)機(jī)、電機(jī)等的運(yùn)行參數(shù)都發(fā)生了較大的變化，另外管網(wǎng)的特性曲線也會(huì)發(fā)揮一定的影響。超范圍調(diào)速有時(shí)難以實(shí)現(xiàn)節(jié)能，應(yīng)根據(jù)實(shí)際計(jì)算確定調(diào)速范圍。

4 結(jié)語(yǔ)

在火力發(fā)電中，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(jí)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。

［1］汪偉林，李嘉詳，景杰.漳山電廠變頻改造項(xiàng)目過(guò)程及經(jīng)濟(jì)效益分析［J］.能源與節(jié)能，2013（2）：21-23.

［2］林燦銘，陳暖文.給水泵變頻改造應(yīng)用實(shí)例［J］.廣東電力，2010，23（3）：77-79.

(編輯：王智圣)

（5）IGBT換型前后總損耗對(duì)比分析

現(xiàn)有IGBT的Psh=Pcond+Psw+Pf+Prec=5 100· D+3.7·fsw+3 360·D+1.65·fsw=8 460·D+5.35·fsw

換型 后 IGBT的 Psh=Pcond+Psw+Pf+Prec= 2 880·D+3.7·fsw+3 000·D+1.45·fsw=5 880·D+ 5.15·fsw

因此，在相同的測(cè)試環(huán)境下，使用相同的設(shè)備，在相同的頻率和占空比條件下對(duì)現(xiàn)有和換型后的IGBT模塊分別進(jìn)行溫升和開(kāi)關(guān)損耗測(cè)試，發(fā)現(xiàn)換型后的IGBT模塊通過(guò)電流能力更高，發(fā)熱量明顯比現(xiàn)有的IGBT模塊發(fā)熱量更低，溫升明顯減小，損耗也更小，基本可以解決過(guò)流過(guò)載導(dǎo)致的牽引逆變器IGBT故障爆裂的問(wèn)題。

5 總結(jié)及結(jié)論

廣州地鐵A2型車牽引逆變器功率元器件IG? BT模塊常因使用老化、過(guò)流等因素出現(xiàn)頻繁故障、爆裂的情況，對(duì)列車正線運(yùn)營(yíng)造成較大影響。通過(guò)對(duì)IGBT故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及其歷年來(lái)的故障可靠性和壽命分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前使用的IGBT型號(hào)并不能滿足現(xiàn)在的使用要求，通過(guò)采取IGBT換型研究，即使用功率更大、內(nèi)阻更小、電流通過(guò)能力更強(qiáng)的IGBT，可有效解決該問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

［1］長(zhǎng)客－龐巴迪軌道車輛有限公司.廣州地鐵A2型電客車維修手冊(cè)［Z］.2006.

［2］董錫明.軌道列車可靠性、可用性、維修性和安全性（RAMS）［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

［3］英飛凌公司.IGBT用戶說(shuō)明書(shū)［Z］.2012.

作者簡(jiǎn)介：李兆新，男，1981年生，湖北人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：車輛維修、技改國(guó)產(chǎn)化等技術(shù)管理。

(編輯：王智圣)

The Application of Frequency Control Technology in Gas Turbine Power Plant

LUO E
（Guangdong Yudean Zhongshan Thermal Power Plant Co.，Ltd.，Zhongshan528445，China）

This paper provided a comparison of constant-speed operation and frequency-controlled operation of the high and low pressure feed water pumps，as well as the economizer recirculation pump in Yudean Zhongshan Thermal Power Plant.The present application of high-and low-voltage frequency conversion in auxiliary equipments of the thermal power plant was analyzed.Results show that the high-and low-voltage frequency control technology is a system project that optimizes the operation and realizes the economic running of the entire unit，being capable of both meeting the requirement of motor speed control in the production process and achieving the goal of higher energy efficiency.

frequency control；high pressure feed water pump；economizer recirculation pump；economy

TM62

B

1009－9492(2014)07－0209－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.07.058

羅 萼，男，1979年生，湖北黃石人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：電廠電氣一二次設(shè)備運(yùn)行維護(hù)。

2014－05－21