馮營電力公司二次風機變頻調速改造研究

孫 亮

(焦作煤業(集團)馮營電力有限責任公司，河南 焦作 454002))

1 概述

馮營電力有限責任公司2×60MW綜合利用發電項目，是焦作煤業集團解決煤炭生產過程中產生的煤矸石、煤泥等低熱值資源綜合利用而興建的。焦作煤業(集團)馮營電力公司總裝機容量為2×6萬千瓦，各采用一臺500KW的二次風機。改變頻前二次風機主要采用進口風門檔板調節，以控制風量，其輸出功率不能隨機組負荷變化而變化。此方式具有能耗高、系統振動大等缺點，另電機的啟動電流較大，對電網和機械的沖擊大，設備維護費用高，同時調節閥門容易磨損，電機軸瓦溫度高，風機振動增大，影響機組正常運行，給機組的安全運行帶來隱患。

2 改造目的

為了降低生產成本，降低能耗，適應我國關于節能減排規劃的要求，采用低消耗、低排放、高效率的持續發展理念的經濟增長模式，再者變頻節能技術的廣泛的應用，獲取了較大的節能效果和維護經驗。隨著變頻器技術產品的成熟與穩定應用，我們把這一節能成果又進一步擴大到了高壓電機上，并于2007年5月完成了對二次風機的變頻調速改造。

3 改造方案

3.1 主回路方案選擇

高壓變頻器廠家提供一拖一手動旁路方案與自動旁路方案選擇。一拖一手動旁路方案在檢修變頻器時，有明顯斷電點，能夠保證人身安全，同時也可手動使負載投入工頻電網運行;手動旁路可人為判斷故障后再切換，比較安全;造價低等優點［1］。

自動旁路方案能在變頻器出現嚴重故障時，系統能夠自動轉入工頻電網中，切開變頻調速系統，而負載不用停機，滿足現場不能停機的要求。但價格比較高，使用復雜，電機變頻運行時向工頻運行轉換，自動旁路一般也不會有問題，但如果是由于電機及其負載的故障引起變頻器停機，再次旁路，有可能使故障擴大化。此外當電機在低于工頻的轉速下運行時，如果自動切換到工頻，電機轉速突然升高，爐膛負壓、風量等參數會發生突變，影響系統的穩定。

根據馮營電廠風機負荷的重要性，公司決定采用的變頻器一拖一手動旁路方案。具體的設計方案如圖1所示。

QF為我廠二次風機原有真空斷路器，QS1、QS2、QS3為3臺高壓變頻器高壓隔離刀閘(旁路切換柜內)。當二次風機需變頻狀態運行時，首先應將刀閘QS3拉開，然后將刀閘QS1和QS2合上，最后將QF真空斷路器合上，使高壓變頻器得電，啟動變頻器驅動二次風機。為保證電氣運行人員操作的安全性和準確性，在QS1、QS2和QS3刀閘之間實現電氣互鎖，保證QS2和QS3不能同時閉合;為提高刀閘操作的安全性，同時再增加機械互鎖，能進一步保證QS2和QS3不能同時閉合。當需二次風機工頻狀態運行時，首先應將刀閘QS1和QS2可靠斷開，然后將刀閘QS3旁路刀閘合上，刀閘操作、檢查完畢，最后再合上真空斷路器QF直接二次風機電動機工頻運行［2］。

為了保障高壓變頻器發生內部故障時，能及時、有效斷開變頻器進線真空斷路器QF，實現對變頻器的保護。變頻器發生故障時發出的跳閘指令，聯跳真空斷路器QF，保證變頻器故障狀態下自動斷開電源。

為保障運行人員對高壓變頻器的操作安全，同時將斷路器QF與三把刀閘QS1、QS2和QS3實現電氣互鎖，運行人員只有在真空斷路器QF可靠斷開的情況下，才能操作QS1、QS2和QS3三把刀閘。

圖1 一次主回路接線圖Fig.1 main circuitwiring

3.2 控制方案

馮營電廠機組控制系統為上海新華DCS系統實現控制，高壓變頻調速裝置滿足了過程控制系統的要求，可實現轉機設備無級調速。高壓變頻器按設定的程序實現對變頻調速系統頻率、轉速進行控制，以達到調速或節能目的。

3.2.1 與DCS系統的接口方案。DCS系統與高壓變頻器之間的信號總共有10個，其中開關量信號8個，模擬量信號有2個。二次風機高壓變頻調速改造后的DCS系統介紹如表1所示。

表1 DCS系統介紹Table 1 DCS system Introduction table

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3.2.2 DCS增加畫面內容：增加二次風機高壓變頻器頻率調節模塊;增加二次風機高壓變頻器運行電流指示;增加二次風機高壓變頻器輕故障報信號;增加二次風機高壓變頻器故障報警信號。正常情況下，二次風機高壓變頻調速運行方式。

3.2.3 二次風機高壓變頻器啟動條件：滿足二次風機原有啟動條件;高壓變頻器無重故障信號;高壓變頻器開關在合閘位置，6kV高壓側部分反饋為1;高壓變頻器就地就緒信號到位，PLC反饋啟動就緒為1。

4 改造效果評價

4.1 良好的經濟效益

北京利德華福HARSVERT—A系列高壓變頻器采用模塊化設計，便于高壓變頻器的運輸和安裝，縮短了設備的安裝、調速時間。高壓變頻器從2007年7月20日開始進行設備安裝，2007年7月23日完成設備的全部調試工作，二次風機投入變頻運行。經過長期的安全、可靠運行，二次風機改造前后實際耗電量的統計如表2所示。

表2 二次風機能耗表Tab.2 Second fan energy consumption

由表2可知，二次風機高壓變頻調速改造后，設備運行電流降低25A，耗電量降低158多萬 kW?h，設備節電率為50.6%，遠遠達到了預期節能目標。

4.2 降低對廠用電系統的沖擊

二次風機高壓變頻器調速改造后，高壓電機啟動電流隨頻率緩慢遞增至工作電流，實現了高壓電動機的軟啟動。同工頻直接啟動相比，啟動電流有了大幅度的降低，對廠用電系統幾乎沒有沖擊［3］。

4.3 延長了設備使用壽命

二次風機采用高壓變頻調速，電動機啟動電流小，降低了對其繞組的電應力和絕緣的損害，提高了電動機的使用壽命。同時，變頻調速改造后，調風擋板的使用頻率降低，這就大大延長了風機擋板、密封和軸承的使用壽命。

4.4 減少電機啟動時的電流沖擊

電機直接啟動時的最大啟動電流為額定電流的7倍;星角啟動為4～5倍;電機軟啟動器也要達到2.5倍［4］。電動機采用變頻器啟動后，啟動基本沒有沖擊，電流從零開始，僅是隨著轉速增加而上升，不管怎樣都不會超過額定電流［5］。因此鍋爐高壓輔機變頻運行解決了電機啟動時的大電流沖擊問題，消除了大啟動電流對電機、傳動系統和主機的沖擊應力。

五 小結

發電廠生產工藝的特殊性和變頻調速技術的復雜性，決定了變頻調速技術在發電廠的應用有區別于其他行業的特殊性。在技術條件、工程設計、安裝調速和運行維護方面必須進行認真的研究。在技術方面，要注意設備的可靠性、抗干擾能力、散熱和防塵;在工程設計方面，要注意設備的選型、科學性、運行和操作的合理性以及經濟性等。

［1］白愷等.火電廠大型電動機應用變頻調速技術的可行性［J］.華北電力技術，1999，29(11)：33 ～35.

［2］程漢湘.高壓變頻器的實現方法研究［J］.電氣傳動自動化，2000，12(2)：16-18.

［3］丁旭元，程林，劉耀年.電機效率變化對變頻改造節能效果的影響［J］.節能，2010，(11)：25-28，2.

［4］傅光輝，李劍軍.汽輪機循環冷卻水泵變頻改造［J］.能源研究與管理，2010，(01)：51-52，59.

［5］高義，劉艷霞，王畢斐.熱電廠高壓變頻工程設計應用［J］.中國科技博覽，2010，12(5)：252 ～252.