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(yùn)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。本文結(jié)合陽光電廠引風(fēng)機(jī)的變頻改造項目，介紹了如何根據(jù)電廠有關(guān)系統(tǒng)的特點(diǎn)，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)速裝置不僅可以達(dá)到節(jié)能明顯的目的，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 1、引言 　　山西陽光發(fā)電有限責(zé)任公司1#機(jī)組（燃煤）設(shè)計出力為300MW，機(jī)爐配有兩臺AN-28靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)，額定風(fēng)量928800m3/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)出力調(diào)整采用通過改變風(fēng)機(jī)的葉片的角度來調(diào)節(jié)。通過改變風(fēng)機(jī)靜葉的角度來調(diào)節(jié)風(fēng)量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)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)的使用壽命存在很大不利影響。 　　當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，其運(yùn)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)方式不能很好的滿足鍋爐燃燒能力及穩(wěn)定性運(yùn)行需要，所以有必要對引風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能和調(diào)節(jié)性能改造，來滿足機(jī)組整體調(diào)節(jié)性能需要。 　　變頻調(diào)速裝置可以優(yōu)化電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，大大提高其運(yùn)行效率，達(dá)到節(jié)能目的。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)中得到廣泛應(yīng)用。 　　本次我廠1#機(jī)組的引風(fēng)機(jī)上采用了兩套高壓變頻裝置，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＃機(jī)兩臺引風(fēng)機(jī)運(yùn)行實際情況，在機(jī)組滿發(fā)的情況下，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流只有140A左右，從節(jié)約成本的角度考慮，變頻器的選型并沒有按照電機(jī)的額定功率來進(jìn)行，而是按照電機(jī)實際運(yùn)行電流來考慮，最終選定的型號為HARSVEST－A06/220。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HARSVEST-A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:2250KVA、額定電壓:6kV、額定電流:220A。改造工期從2005年5月底-2005年6月初共40天，與1#機(jī)組大修后同步啟用，1#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(yùn)。 2、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用情況 2.1 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、控制柜三個部分組成。為單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)，其變頻器原理方框圖如圖1所示。 [align=center] 圖 1 單元串聯(lián)多電平高壓變頻器原理框圖[/align] 2.2 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共同構(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S7-200系列PLC，具有較好的與DCS系統(tǒng)接口能力，根據(jù)風(fēng)機(jī)的特性運(yùn)行要求以及變頻器控制的具體要求采取了相應(yīng)控制方案。 ①DCS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。（以A引風(fēng)機(jī)為例，B側(cè)對應(yīng)為07改08） 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； 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米。 共使用模件：DCS控制模件6DS1412-8RR兩塊，6DS1717-8RR兩塊，6DS1723-8BB模件一塊。 ③DCS畫面增加以下內(nèi)容 為實現(xiàn)對變頻引風(fēng)機(jī)的啟停控制及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，在DCS畫面上增加： 　　※變頻器啟停操作功能塊 ，用于遠(yuǎn)方啟停變頻器； 　　※變頻器轉(zhuǎn)速控制功能塊 ； 　　※變頻器輕故障報警塊 、重故障報警塊 ；工頻旁路狀態(tài) FF 2.3、變頻器運(yùn)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(yùn)行方式，考慮到變頻器有可能故障，引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)還具備一臺變頻一臺工頻的運(yùn)行方式和兩臺工頻的運(yùn)行方式。 　　變頻器運(yùn)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（C0701TRS ）跟蹤變頻器轉(zhuǎn)速反饋（C0701TRSG ）。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(yùn)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)（S07.1/S08.1）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。 　　變頻器就地送來的就緒信號（S0701.RD和S0801.RD）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，而這時啟動變頻器必然會對爐膛負(fù)壓有一個較大擾動,并且容易造成運(yùn)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。 　　總結(jié)A\B引風(fēng)機(jī)變頻器啟動必須具備以下3個條件： 　　引風(fēng)機(jī)A、B的高壓部分S07-1、S08-1的啟動反饋為1。 　　引風(fēng)機(jī)A、B的變頻器就地從其PLC送來的啟動就緒開關(guān)：S0701-RD、S0801-RD為1。 　　引風(fēng)機(jī)A、B的變頻器的轉(zhuǎn)速設(shè)定值C0701TRS、C0801TRS的輸出小于30%。 ②引風(fēng)機(jī)變頻器轉(zhuǎn)速調(diào)整的自動方面 　　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PS0921觸發(fā)時延時3秒后閉鎖轉(zhuǎn)速增加，當(dāng)爐膛負(fù)壓高一值PS0925觸發(fā)時延時3秒后閉鎖轉(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(diǎn)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(dú)立的加入其單、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)速回路中就不在增加?？紤]到一旦發(fā)生單臺引風(fēng)變頻跳閘，又不能恢復(fù)變頻方式運(yùn)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)變頻逐步加到最大后投入引風(fēng)自動。 ③引風(fēng)機(jī)變頻涉及相關(guān)跳閘保護(hù)方面 　　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)。并聯(lián)關(guān)相應(yīng)擋板及靜葉的邏輯不變。 　　雙側(cè)風(fēng)機(jī)的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。 2.4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C04-1與C04-2的靜葉開至100%，將爐膛負(fù)壓設(shè)為-50Pa；啟動A、B送風(fēng)機(jī)后并將其動葉C03-1、C03-2的開度至10%，將A、B引風(fēng)機(jī)變頻在最低轉(zhuǎn)數(shù)225轉(zhuǎn)/分下將引風(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，先將積分時間放到較大為4分鐘，比例系數(shù)放到0.3逐步改變原比例系數(shù),用臨界比例帶法,進(jìn)行參數(shù)設(shè)定.出現(xiàn)調(diào)節(jié)的等幅震蕩后根據(jù)臨界比例帶的算法，先進(jìn)行初設(shè)，有一個基本的參數(shù)：P=0.025 Ti=100s。 　　將A、B送風(fēng)機(jī)并將其動葉C03-1、C03-2的開度，按每10%的開度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\B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，在做送風(fēng)機(jī)的動葉進(jìn)行擾動試驗, 每10%的開度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以及轉(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(yùn)行的比例增益； 　　模擬MFT動作條件,在送風(fēng)機(jī)并將其動葉C03-1、C03-2的開度在50%的情況下, 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在引風(fēng)變頻投入自動的； 　　在試驗過程中，還進(jìn)行將送風(fēng)機(jī)單側(cè)拉掉，仿真運(yùn)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(yùn)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(yùn)行，所以必須實現(xiàn)工頻—變頻運(yùn)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)自動控制有原先的靜葉來調(diào)整，在此背景和需要下，必須對一臺引風(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。 3 、經(jīng)濟(jì)綜合測試評價 3.1 節(jié)能效益明顯 　　以下是1＃機(jī)組引風(fēng)機(jī)變頻器運(yùn)行后，6月10日至16日生產(chǎn)數(shù)據(jù)與2、3、4號機(jī)組的比較。 　　通過上表數(shù)據(jù)對比，從節(jié)電率分析，在四個機(jī)組發(fā)電負(fù)荷相同情況時，1#機(jī)組兩臺引風(fēng)機(jī)每天平均耗電量16431 KW·h，2#、3#、4#機(jī)組兩臺引風(fēng)機(jī)每天平均耗電量32450 KW·h，節(jié)約電量16019 KW·h，節(jié)電率為49.37%。 3.2 節(jié)能計算 　　兩臺引風(fēng)機(jī)節(jié)電費(fèi)用，按全年運(yùn)行7200小時的日負(fù)荷分布統(tǒng)計，使用兩臺變頻調(diào)速引風(fēng)機(jī)，與以往的靜葉調(diào)節(jié)相比較，經(jīng)計算，全年可以節(jié)省4805700kW·h。按發(fā)電成本電價0.20元/kW·h計算，4805700kW·h ×0.20元/kW·h=961140元。 4、結(jié)束語 　　綜上所述，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，不僅是節(jié)能明顯，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)的使用壽命。隨著高科技技術(shù)發(fā)展趨勢，制造成本不斷下降，新的產(chǎn)品不斷問世，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。 李風(fēng)鳴，男，1964年，山西平定人，1987年畢業(yè)于太原工業(yè)學(xué)院電力系統(tǒng)自動化專業(yè)，現(xiàn)任山西陽光發(fā)電有限責(zé)任公司工程師