摘　要: 隨著高壓變頻裝置應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大, 300MW 機(jī)組軸流靜葉可調(diào)引風(fēng)機(jī)也開始應(yīng)用。300MW 機(jī)組引風(fēng)機(jī)采用變頻裝置后, 風(fēng)量的調(diào)節(jié)相對原有運行方式有很大的改動, 并且高壓變頻裝置自身的可靠性也將會影響機(jī)組的正常工作。現(xiàn)結(jié)合陽光電廠引風(fēng)機(jī)的變頻改造項目, 介紹如何根據(jù)電廠有關(guān)系統(tǒng)的特點, 使用高壓變頻調(diào)速裝置對引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造。變頻調(diào)速裝置不僅可以明顯地達(dá)到節(jié)能目的, 更主要是調(diào)節(jié)性能好, 同時也改善了風(fēng)機(jī)和電動機(jī)啟動, 延長了設(shè)備的使用壽命。 關(guān)鍵詞: 引風(fēng)機(jī); 變頻調(diào)速裝置; 300MW 機(jī)組 Abstract:A long w ith the w ide app licat ion of h igh vo ltage variable frequency device, the use of 300MW unit axial flow induced draft fan is started. A fter the induced fan fo r 300MW emp loyed variable frequency device,the air flow regulat ion has great changes, and the reliability of the h igh vo ltage variable frequency device it self could affect the no rmal operat ion of the unit. Tak ing Yangguang Power P lant as an examp le, th is paper describes how to upgrade induced fan by h igh vo ltage variable frequency device based on the characterist ics of related system in the power p lant s. The h igh vo ltage variable frequency device could no t only ach ieve the purpo se of energy saving, but also imp rove the startup of fan and mo to rs and extend the equipment life. Key words: induced draft fan; variable frequency speed cont ro l device; 300MW unit 山西陽光發(fā)電有限責(zé)任公司（下稱陽光電廠）1 號燃煤機(jī)組設(shè)計出力為300MW。機(jī)爐配有2 臺AN-28 型靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī), 額定風(fēng)量928800m[sup]3[/sup]h , 全壓為3196Pa; 配用YKK800-8-W 型電動機(jī), 額定功率2000kW , 額定電壓6kV , 額定電流254A , 電機(jī)無調(diào)速裝置, 靠改變風(fēng)機(jī)靜葉的角度來調(diào)節(jié)風(fēng)量。 發(fā)電廠的發(fā)電負(fù)荷一般在50%～ 100% 之間變化, 發(fā)電機(jī)輸出功率變化, 鍋爐處理也要相應(yīng)調(diào)整, 鍋爐的送風(fēng)量、引風(fēng)量相應(yīng)變化, 引風(fēng)機(jī)出力靠改變風(fēng)機(jī)葉片的角度來調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方法盡管比一般采用控制入口擋板開度來實現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)方法有一定的節(jié)能效果, 但是節(jié)流損失仍然很大, 特別是低負(fù)荷時節(jié)流損失更大。其次靜葉調(diào)節(jié)動作遲緩, 造成機(jī)組負(fù)荷相應(yīng)遲滯。異步電動機(jī)在啟動時啟動電流一般達(dá)到電機(jī)額定電流的8～ 10倍, 對廠用電形成沖擊, 同時強(qiáng)大的沖擊轉(zhuǎn)矩對電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命也存在很大的不利影響。 當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時, 其運行效率變化不大, 其流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比, 壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比, 軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比, 當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低后, 其軸功率隨轉(zhuǎn)速的三次方降低, 驅(qū)動風(fēng)機(jī)的電機(jī)所需的電功率亦可相應(yīng)降低, 所以調(diào)速是風(fēng)機(jī)節(jié)能的重要途徑。采用變頻調(diào)速后可以實現(xiàn)對引風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速的線性調(diào)節(jié), 通過改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速使?fàn)t膛負(fù)壓、鍋爐氧量等指標(biāo)與引風(fēng)機(jī)風(fēng)量維持一定的關(guān)系。 由于目前引風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)方式不能很好地滿足鍋爐燃燒能力及穩(wěn)定性運行的需要, 所以有必要對引風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能和調(diào)節(jié)性能的改造, 以滿足機(jī)組整體調(diào)節(jié)性能的需要。 變頻調(diào)速裝置可以優(yōu)化電動機(jī)的運行狀態(tài),大大提高其運行效率, 達(dá)到節(jié)能的目的。過去受價格、可靠性以及容量等因素的限制, 在我國火力發(fā)電市場上一直未能得到更廣泛的應(yīng)用。近年來, 隨著電力電子器件、控制理論和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展, 變頻器的價格不斷下降, 可靠性不斷增強(qiáng),高壓大容量變頻器已經(jīng)在發(fā)電廠輔機(jī)得到廣泛應(yīng)用。 本次陽光電廠1 號機(jī)組的引風(fēng)機(jī)上采用了2套高壓變頻裝置, 利用變頻器來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速, 以此來調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓。按目前電廠1 號機(jī)2 臺引風(fēng)機(jī)運行的實際情況, 在機(jī)組滿發(fā)的情況下, 引風(fēng)機(jī)運行電流只有140 A 左右, 從節(jié)約成本的角度考慮, 變頻器并沒有按照電機(jī)的額定功率來選型, 而是按照電機(jī)實際運行電流來考慮,最終選定的型號為HARSV EST2A 06ö220。該高壓變頻器為北京利德華福電氣技術(shù)有限公司制造, 屬于HARSV EST2A 系列電壓源型全數(shù)字控制變頻器, 為高—高方式, 采用H 橋串聯(lián)方案。額定容量為2 250 kVA , 額定電壓為6 kV , 額定電流為220A。改造工期從2005 年5 月底～ 2005 年6月初, 共40 天, 與1 號機(jī)組大修后同步啟用, 1 號機(jī)組引風(fēng)機(jī)高壓變頻裝置于2005 年6 月10 日正常投運。 1　高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用情況 1、1　高壓變頻器的組成 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司的高壓變頻器由變壓器柜、功率柜、控制柜3 個部分組成。為單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu), 其變頻器原理如圖1 所示。 1、2　高壓變頻器與現(xiàn)場接口方案 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司的高壓變頻器的控制部分由高速單片機(jī)、人機(jī)界面和PLC 構(gòu)成。單片機(jī)實現(xiàn)PWM 控制和功率單元的保護(hù); 人機(jī)界面提供友好的全中文監(jiān)控界面, 同時可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制; 內(nèi)置PLC 則用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理, 可以和用戶現(xiàn)場靈活接口, 滿足用戶的特殊需要。該變頻器使用西門子S72200 系列PLC, 具有較好的與DCS 系統(tǒng)接口的能力, 根據(jù)風(fēng)機(jī)的特性、運行要求以及變頻器控制的具體要求采取了相應(yīng)的控制方案。 1、2、1　DCS 系統(tǒng)與變頻器的接口方案 DCS 系統(tǒng)與變頻器之間的信號總共有11 個,其中開關(guān)量信號9 個, 模擬量信號有2 個, 見表1。 1、2、2　電纜敷設(shè)及所用材料 引風(fēng)機(jī)變頻器送往DCS 系統(tǒng)MC 柜的開關(guān)量信號電纜共用14 芯, 見表2;DCS 系統(tǒng)RC 柜送往引風(fēng)機(jī)變頻器的開關(guān)量信號電纜共用4 芯; DCS系統(tǒng)送往引風(fēng)機(jī)變頻器的模擬量信號電纜及引風(fēng)機(jī)變頻器送往DCS 系統(tǒng)MC 柜的模擬量信號電纜共用4 芯。DCS 系統(tǒng)內(nèi)部電纜需800 m。 1、2、3　DCS 畫面增加的內(nèi)容 為實現(xiàn)對變頻引風(fēng)機(jī)的啟?？刂萍稗D(zhuǎn)速調(diào)節(jié), 在DCS 畫面上增加: （1） 變頻器啟停操作功能塊, 用于遠(yuǎn)方啟停變頻器; （2） 變頻器轉(zhuǎn)速控制功能塊; （3） 變頻器輕故障報警塊, 重故障報警塊, 工頻旁路狀態(tài)。 1、3　變頻器運行方式及控制邏輯 正常情況下, 2 臺風(fēng)機(jī)投入變頻調(diào)速運行方式,考慮到變頻器有可能故障, 引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)還具備1 臺變頻、1 臺工頻的運行方式和2 臺工頻的運行方式。 變頻器運行方式分為就地控制及遠(yuǎn)方控制兩種。遠(yuǎn)程控制狀態(tài)時,DCS 輸出的轉(zhuǎn)速命令信號跟蹤變頻器轉(zhuǎn)速反饋就地控制時, 對變頻器遠(yuǎn)方操作無效。 變頻器受DCS 控制時分自動和手動兩種方式。手動狀態(tài)時, 運行人員通過改變DCS 操作畫面轉(zhuǎn)速控制塊控制變頻器轉(zhuǎn)速, 實現(xiàn)負(fù)壓的調(diào)節(jié)。 1、3、1　引風(fēng)機(jī)變頻器啟動的允許條件 由于變頻器啟動的前提為引風(fēng)機(jī)電機(jī)高壓開關(guān)必須合閘及啟動反饋為1, 原有的風(fēng)機(jī)啟動條件保留下來作為引風(fēng)機(jī)變頻器啟動的允許條件, 而變頻器就地送來的就緒信號作為另一啟動條件。在變頻器遠(yuǎn)方啟動的調(diào)試過程中, 發(fā)現(xiàn)由于變頻器轉(zhuǎn)速設(shè)定塊中的命令可能在一個較高的轉(zhuǎn)速位, 而此時啟動變頻器必須會對爐膛負(fù)壓有一個較大的擾動, 且容易造成運行誤操作, 所以在啟動中加入了電機(jī)轉(zhuǎn)速命令必須小于30% 的限制?！? 1、3、2　引風(fēng)機(jī)變頻器轉(zhuǎn)速調(diào)整的自動 A、B 變頻器轉(zhuǎn)速自動調(diào)整的開關(guān)量部分: 當(dāng)引風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)節(jié)投入自動及閉鎖A、B 變頻器轉(zhuǎn)速投自動, 同時當(dāng)偏差回路中形成值超過一定值（暫定為50% ） 時, 自動切除自動。當(dāng)爐膛負(fù)壓低一值時, 觸發(fā)延時3 s 后閉鎖轉(zhuǎn)速增加; 當(dāng)爐膛負(fù)壓高一值時, 觸發(fā)延時3 s 后閉鎖轉(zhuǎn)速減少。 A、B 變頻器轉(zhuǎn)速自動的模擬量部分: 由于調(diào)節(jié)對象與引風(fēng)靜葉自動一樣, 所以將原有的偏差形成回路直接引出作為現(xiàn)有的變頻調(diào)節(jié)的偏差作用于現(xiàn)有的引風(fēng)變頻控制。并就變頻的特點加入了結(jié)合轉(zhuǎn)速的平衡回路, 將兩側(cè)的出力保持平衡。同時也獨立地加入其單、雙風(fēng)機(jī)變頻方式的增益回路, 由于原有的偏差形成回路中包含了總風(fēng)量的前饋部分, 故在新的變頻轉(zhuǎn)速回路中就不再增加。考慮到一旦發(fā)生單臺引風(fēng)機(jī)變頻跳閘, 又不能恢復(fù)變頻方式運行, 將原有的擋板控制回路中的電流平衡回路改為位置反饋平衡回路, 同時將另一臺引風(fēng)機(jī)變頻逐步加到最大后投入引風(fēng)自動。 1、3、3　引風(fēng)機(jī)變頻涉及到的相關(guān)跳閘保護(hù) 單側(cè)風(fēng)機(jī)的變頻器跳閘后, 需要聯(lián)跳相應(yīng)一側(cè)的送風(fēng)機(jī), 且聯(lián)關(guān)相應(yīng)擋板及靜葉的邏輯不變。雙側(cè)風(fēng)機(jī)變頻跳閘后由于相應(yīng)的高壓開關(guān)聯(lián)跳故, 保留原鍋爐大連鎖跳閘回路不變。 1、4　引風(fēng)變頻自動參數(shù)整定試驗 啟動A、B 引風(fēng)機(jī)的變頻器, 將C0421 與C0422（原2 臺引風(fēng)機(jī)的擋板） 的靜葉開至100% , 將爐膛負(fù)壓設(shè)為- 50 Pa; 啟動A、B 送風(fēng)機(jī)后, 將其動葉C0321、C0322 （原2 臺送風(fēng)機(jī)的擋板） 的開度調(diào)至10%; 將A、B 引風(fēng)機(jī)變頻在最低轉(zhuǎn)數(shù)225 röm in下, 將引風(fēng)變頻同時投入自動, 先進(jìn)行定值擾動,將設(shè)定值進(jìn)行20% 變化的擾動試驗, 對自動變化進(jìn)行記錄; 針對壓力調(diào)節(jié)的特性, 先將積分時間放到4 m in, 比例系數(shù)放到013, 逐步改變比例系數(shù),用臨界比例帶法進(jìn)行參數(shù)設(shè)定, 出現(xiàn)調(diào)節(jié)的等幅振蕩后, 根據(jù)臨界比例帶的算法先進(jìn)行初設(shè), 有一組基本參數(shù): P = 01025, T i= 100 s, 可供參考。 將A、B 送風(fēng)機(jī)動葉C0321、C0322 （原2 臺送風(fēng)機(jī)的擋板） 的開度, 按10% 的開度遞增進(jìn)行上行程試驗, 觀察爐膛負(fù)壓的變化情況, 記錄偏差大小以及偏差消除時間, 完成后進(jìn)行下行程試驗, 用A öB送風(fēng)機(jī)的動葉進(jìn)行擾動試驗。 通過改變其中一個的開度30% 觀察引風(fēng)變頻的轉(zhuǎn)數(shù)的變化情況以及負(fù)壓的響應(yīng)時間, 再做送風(fēng)機(jī)的動葉擾動試驗, 按10% 的開度遞增進(jìn)行上行程試驗, 觀察爐膛負(fù)壓的變化情況, 記錄偏差大小以及偏差消除時間, 以及變頻器的命令輸出及轉(zhuǎn)速的實際值, 完成后進(jìn)行下行程試驗, 核定單雙風(fēng)機(jī)運行的比例增益。 模擬M FT 動作條件, 啟動送風(fēng)機(jī)并將其動葉C0321、C0322 （原兩臺送風(fēng)機(jī)的擋板） 的開度調(diào)在50% , 觀察爐膛負(fù)壓的變化, 以及滅火后引風(fēng)超弛環(huán)節(jié)的動作情況, 進(jìn)行完自動試驗后, 將有關(guān)引風(fēng)變頻的聯(lián)鎖進(jìn)行一次實際動作試驗, 再將引風(fēng)變頻投入自動方式。 在試驗過程中, 還進(jìn)行將送風(fēng)機(jī)單側(cè)拉掉, 模擬運行中單側(cè)送風(fēng)機(jī)掉閘后變頻自動是否能夠?qū)⒇?fù)壓控制到滿意的范圍。 鍋爐的安全運行是全廠動力的根本保證, 雖然變頻調(diào)速裝置可靠, 但一旦出現(xiàn)問題, 必須確保鍋爐安全運行, 所以必須實現(xiàn)工頻—變頻運行的切換。一旦一臺引風(fēng)變頻故障, 無法在短時間內(nèi)恢復(fù), 需要引風(fēng)自動控制用原先的靜葉來調(diào)整, 在此背景和需要下, 必須將一臺引風(fēng)變頻停掉, 開大另一臺引風(fēng)變頻, 并將原引風(fēng)自動（靜葉） 投入, 進(jìn)行相應(yīng)的擾動, 經(jīng)過試驗, 對其中的一些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和修改。 2　經(jīng)濟(jì)綜合測試評價 2、1　節(jié)能效益明顯 表3 是1 號機(jī)組引風(fēng)機(jī)變頻器運行后, 6 月10日至16 日的生產(chǎn)數(shù)據(jù)與2、3、4 號機(jī)組數(shù)據(jù)的比較。 通過表3 的數(shù)據(jù)對比, 從節(jié)電率分析, 在4 個機(jī)組發(fā)電負(fù)荷相同情況時, 1 號機(jī)組2 臺引風(fēng)機(jī)每天平均耗電量16 431 kW h, 2 號、3 號、4 號機(jī)組2臺引風(fēng)機(jī)在平均耗電量32 450 kW h, 節(jié)約電量16 019 kW h, 節(jié)電率為49137%。 2、2　投資和回收年限估算 兩臺引風(fēng)機(jī)節(jié)電費用, 按全年運行7 200 h 的日負(fù)荷分布統(tǒng)計, 使用2 臺變頻調(diào)速引風(fēng)機(jī), 與以往的靜葉調(diào)節(jié)相比較, 經(jīng)計算, 全年便可以節(jié)省4 805 700 kW h。按發(fā)電成本電價0120 元ö kW h計算, 4 805 700×0120= 961 140 （元）。 2 臺變頻器的總投資費用, 包括安裝費用和土建費用約為440 萬元, 需要4 年左右時間回收。 3　結(jié)束語 綜上所述, 高壓變頻裝置在電廠應(yīng)用大有作為, 是今后的技術(shù)發(fā)展方向, 不僅節(jié)能明顯, 更主要是調(diào)節(jié)性能好, 同時也增加了風(fēng)機(jī)和電動機(jī)的使用壽命。隨著科技發(fā)展趨勢, 制造成本不斷下降, 新產(chǎn)品相繼問世, 大大簡化了裝置的結(jié)構(gòu), 減少了元器件, 提高了變頻裝置的可靠性。 作者簡介: 李鳳鳴（1964- ） , 男, 工程師, 山西平定人, 畢業(yè)于太原工業(yè)大學(xué)電力分校電力專業(yè), 現(xiàn)為山西陽光發(fā)電有限責(zé)任公司電氣檢修專工。