2×700MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速改造

涂 聰， 李光耀， 涂國(guó)斌

(1. 江西中電電力工程有限責(zé)任公司 南昌分公司，江西 南昌 330096；2. 上海電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心有限公司，上海 200063；3. 南昌ABB發(fā)電機(jī)有限公司，江西 南昌 330096)

0 引 言

某電廠2×700MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組1#、2#鍋爐分別配備兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)，該引風(fēng)機(jī)為靜葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)AN37e6。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，引風(fēng)機(jī)卻在60%～70%額定負(fù)荷下運(yùn)行，可見引風(fēng)機(jī)選型裕量過(guò)大，長(zhǎng)期處于低出力區(qū)域運(yùn)行，明顯增加了鍋爐輔機(jī)廠用電耗率，影響機(jī)組的發(fā)供煤耗升高，降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行匹配也較差，2#爐A引風(fēng)機(jī)運(yùn)行中出力大于B引風(fēng)機(jī)，B引風(fēng)機(jī)經(jīng)常突然出現(xiàn)振動(dòng)值變大的情況，給引風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行造成了隱患。

為解決上述問題，對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，將引風(fēng)機(jī)入口靜葉開度固定在全開的角度，將煙道系統(tǒng)阻力減小至最低限度，減小系統(tǒng)節(jié)流損失，提高風(fēng)機(jī)的工作效率。同時(shí)，由節(jié)流調(diào)節(jié)改為變速調(diào)節(jié)后，不僅其節(jié)能效果明顯，也可以有效避免引風(fēng)機(jī)的喘振和搶風(fēng)情況的發(fā)生，提高了引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。

1 改造實(shí)施方案

1.1 工況分析

該電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)和電機(jī)主要參數(shù)如表1所示。

表1 鍋爐引風(fēng)機(jī)和電機(jī)主要參數(shù)

在機(jī)組不同負(fù)荷的情況下，對(duì)鍋爐引風(fēng)機(jī)進(jìn)行了性能測(cè)試，2#爐現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的主要數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 2#爐現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)

另外，在機(jī)組負(fù)荷600MW工況下，B機(jī)組引風(fēng)機(jī)電流為313～317A，最大值不超過(guò)340A，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行最大功率為340×6×1.732×0.845=2986kW，冗余容量為3800-2986=814kW。

在機(jī)組負(fù)荷300～350MW工況下，引風(fēng)機(jī)電流在205～225A，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行最大功率為225×6×1.732×0.845=1975kW，冗余容量為3800-1975=1825kW。

通過(guò)引風(fēng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可看出，電動(dòng)機(jī)功率選擇過(guò)大，實(shí)際運(yùn)行效率明顯偏低；同時(shí)2臺(tái)引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行匹配也較差，A引風(fēng)機(jī)的出力明顯高于B引風(fēng)機(jī)，給引風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行造成了隱患。

根據(jù)以上分析認(rèn)為，從經(jīng)濟(jì)性和安全穩(wěn)定性兩方面考慮，該鍋爐引風(fēng)機(jī)電機(jī)都比較適合進(jìn)行變頻改造。

1.2 變頻器的選擇

利用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)無(wú)疑要在原有的裝置中加裝一套變頻調(diào)節(jié)設(shè)備，也就是說(shuō)如該變頻器性能不好，將增加一個(gè)設(shè)備故障點(diǎn)，影響機(jī)爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為此變頻器的性能選擇至關(guān)重要。選擇時(shí)除了考慮一些常規(guī)的性能指標(biāo)外，還著重注意了以下幾點(diǎn)： 選用的元件是否穩(wěn)定、成熟；產(chǎn)生的諧波分量是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；電源短時(shí)中斷恢復(fù)時(shí)對(duì)其影響程度；個(gè)別元件故障時(shí)能保持短時(shí)間的運(yùn)行等功能。

在對(duì)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造前，收集、了解了國(guó)內(nèi)一些變頻裝置的資料，并進(jìn)行了比較，最后選擇了國(guó)內(nèi)某公司的產(chǎn)品。兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)各配備一臺(tái)高壓變頻器，變頻器型號(hào)為HARSVERT-A06/490。變頻器性能基本要求如下：

(1) 變頻裝置為直接高-高結(jié)構(gòu)，不采用輸出升壓形式；變頻裝置采用電壓源型，且不應(yīng)對(duì)普通6kV電動(dòng)機(jī)主絕緣有任何特殊要求；變頻裝置逆變主電路拓?fù)鋺?yīng)采用多電平形式。

(2) 整流用移相變壓器應(yīng)采用干式變壓器，干式變壓器要求銅線繞制，并有高質(zhì)量柜體封閉。對(duì)干式變壓器有如下要求：

① 干式變壓器高壓端子側(cè)以6kV交聯(lián)聚乙烯電纜接至6kV系統(tǒng)，低壓側(cè)端子與功率單元通過(guò)軟導(dǎo)線連接。

② 變壓器應(yīng)能在100%額定電壓時(shí)空載下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行；105%額定電壓時(shí)，在自然風(fēng)冷情況下可在額定電流下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，在強(qiáng)迫風(fēng)冷情況下可在1.5倍額定電流下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。

③ 變壓器負(fù)載能力如表3所示。

表3 變壓器負(fù)載能力

④ 變壓器在各分接頭位置時(shí)，應(yīng)能夠承受線端突發(fā)短路的動(dòng)、熱穩(wěn)定而不產(chǎn)生任何損傷、變形及緊固件松動(dòng)。

⑤ 變壓器應(yīng)具有就地三相線圈溫度指示，溫度表為微處理式數(shù)字表。所有溫度數(shù)字表都具有一級(jí)報(bào)警和二級(jí)報(bào)警接點(diǎn)輸出，接點(diǎn)容量為DC110V，5A，并能輸溫度模擬量，模擬量采用4～20mA，并能自動(dòng)起動(dòng)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。

(3) 變頻裝置的功率單元為模塊化設(shè)計(jì)，方便從機(jī)架上抽出、移動(dòng)和變換，所有單元可以互換。變頻器具備內(nèi)部單元旁路和外部工頻旁路功能，保證整個(gè)系統(tǒng)在變頻器故障中仍正常運(yùn)行。內(nèi)部單元旁路自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，模塊單元一組旁路后，系統(tǒng)滿載時(shí)降容率≥20%，模塊單元二組旁路后仍能運(yùn)行，模塊單元故障需要手動(dòng)切至外部工頻旁路運(yùn)行。

(4) 變頻裝置輸出符合IEEE 519 1992及中國(guó)供電部門對(duì)電壓失真最嚴(yán)格的要求，高于國(guó)標(biāo)GB14549—1993對(duì)諧波失真的要求。變頻裝置對(duì)電網(wǎng)反饋的諧波要求也符合IEEE 519 1992及中國(guó)供電部門對(duì)電壓失真最嚴(yán)格的要求，高于國(guó)標(biāo)GB14549—1993對(duì)諧波失真的要求。變頻裝置輸出波形不會(huì)引起電機(jī)的諧振，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小于0.1%，同時(shí)避免風(fēng)機(jī)喘振現(xiàn)象。變頻器可自動(dòng)跳過(guò)共振點(diǎn)。變頻器效率達(dá)到98%以上，變頻裝置整個(gè)系統(tǒng)的效率(包括輸入隔離變壓器等)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)必須達(dá)到96%以上，并在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)不變。

1.3 變頻器的控制與調(diào)節(jié)

電動(dòng)機(jī)前端由3個(gè)高壓隔離開關(guān)QS41、QS42、QS43組成，如圖1所示。要求QS42和QS43不能同時(shí)閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時(shí)，QS41和QS42閉合，QS43斷開；工頻運(yùn)行時(shí)，QS43閉合，QS41和QS42斷開。其特點(diǎn)： 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。

圖1 電動(dòng)機(jī)前端

變頻器可通過(guò)“遠(yuǎn)控/本控”開關(guān)的切換，實(shí)現(xiàn)“本機(jī)控制”與“遠(yuǎn)方控制”?！斑h(yuǎn)方控制”與原有的DCS連接，在引風(fēng)機(jī)控制畫面中增加了變頻器畫面，與變頻器輸出接口連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。運(yùn)行人員可以通過(guò)DCS中的畫面對(duì)引風(fēng)機(jī)和變頻器的工作電流、轉(zhuǎn)速及運(yùn)行、停止、故障等狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外，變頻器的控制調(diào)節(jié)還通過(guò)負(fù)壓調(diào)節(jié)器接受爐膛負(fù)壓信號(hào)和來(lái)自送風(fēng)系統(tǒng)的前饋信號(hào)，綜合運(yùn)算后經(jīng)手、自動(dòng)切換單元輸出4～ 20mA到變頻器的控制端。調(diào)節(jié)變頻器輸出電源的頻率，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變引風(fēng)量，達(dá)到穩(wěn)定爐膛負(fù)壓的目的。

與常規(guī)的控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)比較，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行操作方式基本不變，主要區(qū)別在于由調(diào)整引風(fēng)門開度改為調(diào)節(jié)引風(fēng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。為了保證生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行，當(dāng)一臺(tái)變頻器故障時(shí)，聯(lián)跳相應(yīng)引風(fēng)機(jī)開關(guān)，短時(shí)出現(xiàn)單邊運(yùn)行。將故障變頻器隔離后，引風(fēng)電動(dòng)機(jī)可切換為工頻運(yùn)行，風(fēng)量仍由風(fēng)門檔板調(diào)節(jié)。

2 改造后引風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)調(diào)試與試驗(yàn)

變頻器安裝后，投入系統(tǒng)運(yùn)行前還需進(jìn)行必要的調(diào)試，其目的主要是檢查所選擇的變頻器其性能、功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求以及滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。主要內(nèi)容如下。

(1) 具備條件：

① 相關(guān)變頻器工作的一、二次設(shè)備安裝、組態(tài)完畢；

② 變頻器柜內(nèi)變壓器耐壓試驗(yàn)、直流電阻測(cè)量合格；

③ 6kV電纜、變頻器閘刀柜內(nèi)支持瓷瓶、避雷器等試驗(yàn)合格；

④ 檢查各接線正確、緊固；

⑤ 變頻器參數(shù)設(shè)置正確；

⑥ 引風(fēng)機(jī)等機(jī)務(wù)設(shè)備具備試車條件。

(2) 試驗(yàn)項(xiàng)目：

① 閘刀閉鎖功能試驗(yàn)。主要檢查出線閘刀和旁路閘刀的機(jī)械閉鎖功能；“高壓允許合閘”閉鎖功能；防止帶負(fù)荷拉合閘刀功能。

② 靜態(tài)調(diào)試。將變頻器控制電源送上，引風(fēng)機(jī)開關(guān)處于試驗(yàn)狀態(tài)。檢查“本機(jī)控制”(觸摸屏控制)、“遠(yuǎn)方控制”(DCS控制)時(shí)的開關(guān)動(dòng)作狀態(tài)及變頻器面板、DCS畫面上的各種狀態(tài)顯示是否正確對(duì)應(yīng)。

③ 動(dòng)態(tài)調(diào)試。引風(fēng)機(jī)開關(guān)、變頻器柜將正式通電。分別檢查“工頻旁路”狀態(tài)以及“變頻控制”狀態(tài)下，在DCS上或變頻器面板上操作引風(fēng)機(jī)、變頻器的起、停、調(diào)是否正常，轉(zhuǎn)速、電流是否下確；在“工頻旁路”狀態(tài)時(shí)與“變頻控制”狀態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)向是否一致；在“變頻控制”時(shí)人為模擬故障保護(hù)動(dòng)作、信號(hào)是否正確。

④ 帶負(fù)荷試驗(yàn)。主要了解正常運(yùn)行工況下引風(fēng)機(jī)、變頻器的風(fēng)量、電流、轉(zhuǎn)速(頻率)，檢查變頻器額定輸出電流時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速、變頻器頻率，以便確定變頻器的“始動(dòng)頻率”值以及是否投用限流功能。

⑤ 動(dòng)力電源切換試驗(yàn)。變頻器在正常運(yùn)行時(shí)，電源發(fā)生短時(shí)波動(dòng)或工作廠用電中斷備用電切換成功，這時(shí)變頻器應(yīng)不發(fā)生跳機(jī)。

3 改造后效果

該電廠機(jī)組鍋爐引風(fēng)機(jī)加裝變頻器后，首先節(jié)能效果非常顯著。其次引風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)方式由靜葉節(jié)流調(diào)節(jié)方式改為變頻轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，不僅降低了節(jié)流損失，同時(shí)由于變速調(diào)節(jié)改善了風(fēng)機(jī)運(yùn)行的特性曲線，消除了由于定壓節(jié)流調(diào)節(jié)工況下產(chǎn)生的高、低壓壓頭差，使風(fēng)機(jī)壓頭與系統(tǒng)壓頭得到了良好的匹配。避免了節(jié)流調(diào)節(jié)方式下經(jīng)常出現(xiàn)的系統(tǒng)阻力線位于性能曲線途中失速線的上方時(shí)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定性的出現(xiàn)，從而避免了風(fēng)機(jī)在非穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)葉片激振，導(dǎo)致疲勞斷裂的隱患，也有效地消除了2臺(tái)引風(fēng)機(jī)之間的失速搶風(fēng)現(xiàn)象，大大提高了鍋爐設(shè)備運(yùn)行的安全性。

改為變頻調(diào)節(jié)后： (1) 避免了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電機(jī)的沖擊損害；(2) 提高了引風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制能力；(3) 由于轉(zhuǎn)速的降低，風(fēng)機(jī)的葉輪、軸承等壽命得以延長(zhǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 成都電力機(jī)械廠.軸流式通風(fēng)機(jī)使用說(shuō)明書[G〗.2011.