高壓變頻調速技術在某發電廠中的應用

任 英

（無錫工藝職業技術學院，江蘇 無錫 214200）

高壓變頻調速技術在某發電廠中的應用

任 英

（無錫工藝職業技術學院，江蘇 無錫 214200）

給水泵、凝結泵、引風機、送風機、循環水泵、磨煤機等拖動系統，是發電機組的重要輔機系統，同時也是電廠廠用電系統中重要的負荷設備，屬于電廠中的主要耗電大戶。在電廠中，輔機系統耗電量約占廠用電量的80%左右，其中鍋爐給水泵、凝結水泵、循環水泵等給排水輔機系統，其耗電量約占整個廠用電系統的45%，而鍋爐送風機、引風機等風機系統，其耗電量約占整個廠用電系統的30%。發電機組容量規模的進一步提高，其對輔機設備功率性能也提出了更高的要求，高能耗、響應慢、調節性能差等已成為輔機系統制約發電機組安全高效運行的瓶頸[1]。因此，采取合理的高壓變頻調速控制方案對電廠輔機系統進行技術升級改造，有效增強輔機系統中水泵、風機等電機拖動系統的調節性能，可提高其運行的安全可靠性和電能綜合利用效率，確保發電機組安全高效進行電能生產，促進電廠在低碳綠色環保技術要求的基礎上實現節能降耗的目的[2]。

1 電廠風機節能改造方案

1.1 工程概況

電廠3號600 MW火力發電機組的2臺6.3 kV高壓風機系統功率設計值偏大，存在嚴重“大馬拉小車”問題。3號機組一次風機輔機系統，鼓風機型號為17881 Z/1165，軸功率為1 868 kW，額定流量為110 m3/min，全壓為14.318 kPa，額定轉速為1480 r/min，能量轉換效率為86.5%；配套電動機型號為YKK630-6 kV,額定功率為2 240 kW，額定電壓為6.3 kV，額定電流為248 A，額定轉速為1 480 r/min，功率因數為0.9。從大量歷史運行數據可知，該發電機組在低負荷運行工況時，其風機動、靜葉調節過程中的節流損失，相比于額定運行工況下節流損失會增加35%～45%，風機系統運行效率較低，能耗非常嚴重，嚴重影響到發電機組的廠用電率。結合風機系統運行歷史數據，從理論分析可知，如采用6.3 kV高壓變頻節能調速控制方案，對3號機組的風機控制系統進行變頻節能升級改造，可以降低風機系統廠用電率40%左右。

1.2 節能升級改造方案

為了滿足綠色環保節能電廠技術升級改造要求，減少電能資源浪費，降低電廠廠用電率，并提高風機系統調節控制性能，決定采用高壓變頻器對3號發電機組2臺6.3 kV高壓風機系統進行節能技術升級改造。按照3號機組2臺高壓風機并聯獨立運行工藝需求，并考慮到風機系統運行的安全可靠性，決定采用1臺高壓變頻器拖動1臺高壓風機的單元接線自動切換改造方案，其具體邏輯接線如圖1所示。

圖1 6.3 kV高壓風機變頻節能改造方案

從圖1可知，除了采用6.3 kV高壓變頻器外，虛線部分為本次節能升級改造內容的主要一次系統，由3個6.3 kV高壓真空接觸器（KM1、KM2、KM3）、2個6.3 kV高壓隔離開關 （QS1、QS2）、1個TV互感器共同組成一面旁路柜。電廠廠用電6.3 kV電源經QF11用戶開關、QS1高壓隔離開關、KM2高壓真空接觸器與高壓變頻調速裝置相連，變頻調速裝置經內部運算模塊形成對應的控制策略，經KM3高壓真空接觸器和QS2高壓隔離開關與6.3kV高壓風機電動機相連，將電源供給電動機實現風機輔機系統的變頻調速節能控制運行。為了提高輔機系統運行的安全可靠性，在變頻調速控制裝置出現故障后為確保發電機組安全高效的運行，6.3 kV電源還可以通過KM1高壓真空接觸器直接供給高壓風機電機，實現工頻運行。

2 節能技術升級改造應用效果分析

2.1 3號機組日平均電力負荷計算

為了較為準確地分析3號機組高壓風機進行變頻調速節能控制技術升級改造后所取得的節能經濟效益，將3號機組2011年1月升級改造后1月—12月的電力負荷運行情況進行詳細統計分析，進而分析3號機組每天的平均日負荷曲線。3號機組2011年1月—12月每天典型數據所組成的日平均負荷波動曲線如圖2所示。

圖2 3號機組日平均負荷波動曲線

從圖2可知，通常在7：00前發電機所帶電力負荷偏低，7：00后開始上升，10：00達到最高負荷，并基本維持最高負荷持續到12：00，之后有所下降，從13：00～18：00負荷維持在一個較高點，從19：00開始有所上升并維持2～3 h，最后到21：00開始慢慢下降，直到初始負荷。圖2所示的3號機組負荷波動基本滿足電力負荷日波動特性，通過對3號機組24 h的負荷進行加權平均，獲得3號機組日平均負荷大約為每小時426 MW。2011年3號機組全年發電量為2 377 826 MWh，年運行小時數為4 247.18 h，由此可以計算出3號機組每小時平均功率為428.29 MW，與圖2計算獲得的429 MW基本相等。統計分析可知，機組按照330 MW、400 MW、500 MW、600 MW 4個運行工況運行，其負荷工況運行小時數大約為8 h，8 h，4 h，4 h，相應計算出的日平均負荷為427 MW，與日平均負荷426 MW比較符合。

2.2 節能效益分析

3號機組一次風機系統其在不同工況條件下工頻和變頻運行電動機所消耗電能，詳見表1所示。

從表1可知看出，3號機組高壓一次風機采用變頻調速節能升級改造后，其在不同負荷工況下從工頻運行的功率1 557.93 kW、1 582.36 kW、1 722.83 kW、1 801.31 kW有效降低到變頻運行功率的401.6 kW、479.58 kW、868.82 kW、1 189.57 kW。當機組電力負荷不斷下降時，變頻調速所取得的節能效果越好，在330 MW負荷工況，其節約功率最為明顯，節約1 156.33 kW。3號機組一次風機系統進行技術升級改造后，其一天可以節約電量為23 935.88 kWh，一年大約可以節約電量（按年運行小時數4 247.18 h計算）為4 235 833 kWh。

表1 一次風機工頻及變頻運行數據對比

按照平均每千瓦時發電標準煤耗為320 g計算，則可以節約標準煤約1 355.5 t。按照火電廠上網電價0.38元/kWh計算，則3號機組一次風機采用變頻調速節能升級改造后，一年可以節約資金約161萬元。6.3 kV變頻調速裝置按照950元/kW進行估算，則3號機組一次風機單臺變頻調速裝置的升級改造成本約為213萬元，只需1.5年就能完全收回成本。

3號機組一次風機進行高壓變頻調速節能升級改造后，不僅節能效果十分明顯，每年可以節約213萬元，而且調節運行較為靈活方便，且大大降低風機電動機啟動電流，確保風機輔機系統具有較高安全可靠性。

3 結束語

隨著電力電子技術理論研究和工程實踐應用的進一步完善，高壓變頻器在響應性、調節性等各項技術性能方面均有很大拓寬和提高[5]。電廠高壓一次風機變頻調速裝置，其投資較低且節能效益較為明顯，通常在1～2年內就能完全收回投資成本。在火力發電行業中，風機、水泵等輔機負荷種類較多、功率較大，應充分結合輔機系統各種工況特性，合理選用變頻器進行節能升級改造，提高輔機設備運行的高效穩定性和調速的準確可靠性，確保發電機組安全可靠、節能經濟的高效穩定發電運行。

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[1]周希章,周全.電動機的啟動、制動和調速[M].北京：機械工業出版社,2001.

[2]吳忠智,吳加林.變頻器應用手冊[M].北京：機械工業出版社,2002.

[3]謝茹.210 MW發電機組風機變頻調速改造[J].中國設備工程,2010(5)：62-63.

[4]李鳳鳴.高壓變頻調速在300 MW機組引風機上的應用[J].華北電力技術,2006(1)：34-37.

[5]舒服華,王艷.電動機節能降耗技術和方法探討[J].電機技術,2008(3)：39-42.

Application of high voltage speed adjust and frequency conversion in some power plant

REN Ying
(Wuxi Institute of Arts and Technology，Yixing 214200，China）

1009-1831（2012）06-0031-02

F407.61；TK018

E

2012-08-17

任英（1981），女，江蘇無錫人，助教，主要從事電子教學工作。