高壓變頻器在電廠風機和泵改造中實現節能的應用

石海鵬，趙亞瑩，陳柄君

(1.東華熱電有限公司，內蒙古包頭014040;2.東北電力大學能源與動力工程學院，吉林吉林132012;3.長春供電公司，長春130041)

東華熱電有限公司現有兩臺300 MW供熱調峰機組，2005年底正式開始商業運營。在2008年成為華電集團內蒙古分公司首家采用高壓變頻器實現節能降耗的試點單位。首先采用哈爾濱九州電氣公司的Power smart 6000－A/071型高壓變頻器兩臺機組共四臺凝結水泵進行了改造，在積累了一定的調試及運行經驗后，又引進國電南自公司AD6000S－2000型高壓變頻器兩臺機組的四臺引風機進行改造。相繼引進湖北三環公司的SH－HVF－Y6K/1800型高壓變頻器對雙機共四臺一次風機進行改造。運行3年多以來，使我廠廠用電率年年低于同類機組平均水平。在實際應用中我們也發現了高壓變頻器運行中的一些問題，現將運行情況和產生的問題做以論述。

1 凝結水泵變頻改造前設備狀況及存在的問題

我廠單機凝結水系統配置三臺筒袋式多級離心水泵，配置電機型號為YLKK450－4，額定功率為560 kW，額定電壓為6 kV，額定電流為62.7 A。原運行方式為兩臺工作，一臺備用。通過凝結水主管上的氣動調節閥門進行節流，節流損失大，閥門位開度難以控制，并存在如下問題［1］。

1.1 凝結水泵變頻改造前存在的問題

凝結水系統由調節閥門開度方式控制水的流量，這種調節方式主要存在以下幾個問題:

①采用給水泵定速運行，閥門調節流量損失大，出口壓力高，管損嚴重，系統效率低下，造成能源浪費;

②當流量降低，閥門位開度減小時，調節閥前后壓差增加工作安全特性變壞，壓力損失嚴重，造成能耗增加;

③長期處在40%～70%閥門開度，加速閥體自身磨損，導致閥門控制特性變差;

④管網壓力過高威脅系統設備密封性能，嚴重時導致閥門泄露，不能關嚴等情況發生;

⑤設備使用壽命短，日常維修量大，維修成本過高，造成各種資源極大浪費。

解決上述問題重要手段之一就是采用變頻調速控制技術［2］，利用高壓變頻器對冷凝結水泵電機進行變頻控制，實現給水流量的變負荷、變壓力的調節，這樣不僅解決了控制閥調節線性度差，純滯延大等難以控制的缺點，而且提高系統運行的可靠性，更重要的是減小了因調節閥門孔口變化造成的壓流損失，減輕了控制閥的磨損，降低了系統對管路密封性能的破壞，延長設備的使用壽命，維護量大減，改善了系統的經濟性和節能性。

1.2 電氣連接方式

在原有基礎上，將電機電纜由原斷路器QF下口抽出，置入變頻器旁路柜內，經刀閘QS1進入變頻器，由刀閘QS2下口引出接入電機，同時增放電纜經刀閘QS3，設變頻器工頻旁路。這種連接方式可提高凝結水系統的穩定性，當變頻器需要檢修或發生故障時，無需更換線路即可切換至工頻運行。主接線見圖1所示:

圖1 凝結水泵及變頻器主接線

1.3 節能效果

經過對凝結水變頻器投入生產運行后的觀察比較，凝結水泵變頻運行時電流明顯較工頻運行時降低，且由于一臺變頻調節的凝結水泵即可負擔機組70%負荷以下的凝結水供水量，而原系統在機組負荷大于50%就需要兩臺工頻泵供水，兩種調節方式中變頻調節節能效果明顯［3］。

2 引風機的變頻改造前設備狀況及存在的問題

我廠每臺爐配有兩臺靜葉可調軸流式引風機，配用電機型號為:YKK710－8，額定功率:2 000 kW，額定電壓6 kV，額定電流:238 A。原調節方式為靜葉調節，存在的問題如下:

①因采用調節風門的方法使效率低下。

②風量單位時間流過風機的空氣量也很低，造成軸功率輸出很大。

③效率在風機軸上的功率因有部分損失而不能全部傳遞給空氣，風機工作主要指標不符要求。

2.1 電氣連接方式

引風機連接方式與凝結水泵基本相同，但國電南自公司在旁路柜內增設了一個QS4刀閘(見下圖)，變頻器可通過QS4刀閘可靠接地。將QS1與QS4設為雙擲刀閘，QS2與QS3為雙擲刀閘，這種設置方式降低了在工頻變頻切換時誤操作機率，同時也對變頻器也起到了保護的目的。

圖2 高壓引風機雙擲刀閘主接線

2.2 節能效益

兩臺引風機改為變頻調節后較原靜葉調節方式耗電量約減少35%，同時電機實現軟啟動，減少了啟動電流的沖擊，延長電動機等設備壽命。風機在低速運行時，消除了喘振現象，減輕了風機葉輪及軸承等主要部件的磨損，風道的振動和磨損也隨之減輕。延長了風機葉輪及軸承等主要部件的使用壽命，節省了設備的維修和經濟效益。且直觀節電效果如下:風機平均每天運行10小時，每月按30天計，每度電費按1.0元/度計，實際功率大約2 000 kw:每天平均耗電量:12 000 kw×10小時=12 000度，每月耗電量:2 000度/天×每月30天=360 000度/月，月平均節電率按33%計算。每月節約電量360 000度×節電率33%=118800度/月，每月節約電費:118800度×1.0元/度=118800元。投資回收期:630000元÷118 800元/月≈5個月。

2.3 運行中發現的問題

由于引風機設置在電除塵后部，變頻器設置位置和電除塵器接近［4］。電除塵的電場對變頻器通信產生一定影響，也容易引發變頻器通信板與模塊間的通信故障。

3 應用經驗及結論

通過改變電動機的供電頻率f來實現調速，是目前交流電動機最好的調速方式［5］。高壓輔機設備運行的穩定性、可靠性直接影響火力發電機組的安全穩定運行，一旦這些關鍵輔機設備由于變頻器故障而非正常停運，往往會導致機組負荷大幅下降甚至發生跳機、鍋爐熄火等事故。造成的損失是節能效益無法彌補的。

由于我廠購置的是三種不同廠家、不同型號高壓變頻器均采用相同的技術，即多重化技術。所謂多重化技術就是每相由幾個低壓SPWM功率單元串聯組成，各功率單元由一個多繞組的隔離變壓器供電，用高速微處理器實現控制和以光導纖維隔離驅動。在三種變頻器幾年的運行中，也發現一些問題，對高壓變頻器的發展存在一定制約。所以不少的變頻器在實際運行中還需不斷完善。經過幾年的使用我們總結了幾條經驗供大家借鑒。

3.1 散熱和防塵問題

變頻器與電機間電纜不能過長，這就決定了變頻器需安裝于輔機附近。變頻器中的降壓變壓器和功率模塊發熱量較大，需要風機強制通風進行冷卻，而生產現場灰塵較多，如果灰塵進入變頻器柜內導致絕緣下降或擊穿損壞元器件。只能在變頻器柜通風口加裝濾網。一旦濾網堵塞會造成功率柜散熱效果差，易導致功率模塊過熱損壞。濾網必須經常更換清洗。

3.2 變頻器負載過流問題

變頻器在運行期間，均發生過“負載過流”保護動作的現象，由于擋板不嚴、電機倒轉等原因，使變頻器啟動負載過大，輸出過電流而無法啟動。同時，對變頻器也有較大沖擊，易使變頻器功率模塊損壞。

3.3 變頻器旁路問題

變頻器旁路柜內設置的多為手動刀閘，且內部構件簡單，經過一定切換后會出現刀閘分、合不到位的狀態，無法讓處理器判斷刀閘位置，不能確認變頻器是否具備上電條件，影響變頻器的投運。在變頻器發生故障需將輔機設備切換至工頻運行時，延長設備的啟動時間，對處理機組異常不利。容易引起刀閘的觸點發熱、放電。給變頻器的安全運行存帶來隱患。變頻器進行工頻/變頻切換時，必須先將輔機設備停運和停電，無法實現無擾切換，對機組的平穩運行造成很大的影響。

3.4 變頻器故障維修問題

采用多重化技術的變頻器IGBT模塊造價較高，各廠基本均將其列為事故備件，備件數量很少。模塊結構比較復雜，由于檢修技術和檢修設備的限制無法在廠內進行維修，一旦發生模塊故障只能進行返廠處理，維修工期、運輸時間較長。導致輔機設備在模塊故障返廠檢修時被迫長時間工頻運行，削弱了變頻器的節能效果。

3.5 變頻器輔助設備的問題

因為變頻器工作環境差，變頻器本身發熱量大，加速了變頻器內部的電纜、光纖、控制板等設備的老化。發生過熱時故障觸摸屏無法監視的狀況需要熱傳感器監測，因一臺變頻器功率模塊冷卻風機故障變頻器被迫停運，會造成模塊過熱而被擊穿［6］。我廠處于內蒙境內，全年干旱少雨空氣中風沙較大，我廠的變頻器中卻裝有濕度感應裝置而用于防塵只有一層簡單的濾網。各個變頻器生產廠家不能根據用戶的需求情況對輔助設備進行選擇，使變頻器經常出現水土不服的現象。各個用戶還需要根據自身情況添加輔助設備，或者對變頻器的安裝進行重新設計。無形中增加了變頻器生產廠家的生產成本和用戶的使用成本。

4 結束語

從東華熱電有限公司應用高壓變頻器三年來看，利大于弊是有目共睹的，起到了節能降耗的目的。因其直接和間接的經濟效益使我廠的生產運營成本降低。由此可見，高壓變頻器在電廠的應用前景還是非常廣闊的。對電廠的節能降耗，提高企業的市場競爭力還是大有裨益的。我們相信，隨著社會的發展，科學技術的不斷進步，高壓變頻裝置會不斷前行，一代又一代的新興產品會問世，給我們帶來更大更好更安全的經濟效益。

［1］胡炫，朱虎，楊志.高壓變頻器在發電廠引風機上的應用與節能分析［J］.電機與控制應用，2010.37(2):37－39.

［2］黃立陪.變頻應用技術及電動機調速［M］.北京:人民郵電出版社，1997.

［3］中國電工技術學會.風機水泵調速節能手冊［M］.北京:機械工業出版社，1987.

［4］杜金城.電氣變頻調速設計技術［M］.北京:中國電力出版社，2001.

［5］張進秋，陳永利，張中民.可編程控制的原理及應用［M］.北京:機械工業出版社，2004，1.

［6］馮垛生，張淼.變頻的應用與維修［M］.廣州:華南理工大學出版社，2002.