摘要：本文分析了高壓變頻器在電廠鍋爐風機中的應用。實踐證明，高壓變頻器對降低除塵風機的用電率、減少起動電流、提高功率因數、改進工藝水平、提高自動化水平有很好的應用前景。 關鍵詞：變頻調速；高壓變頻技術；電廠；鍋爐風機 一、 用戶概述 烏達電廠隸屬于中國華電集團公司，現有2×150MW火力發電機組，屬于熱電聯產機組，于2005年3月、6月正式發電投產，未來還將新建2×600MW熱電聯產機組。烏達地區盛產煤礦，該區域電廠發電成本較低，效益顯著。烏達熱電廠目前鍋爐的引風機采用液粘調速器、一次風機均采用風門擋板調節方式。由于液粘調速器效率低下，故障率高，維護復雜；風門擋板調節方式節流損失較大，現以鍋爐的這兩種風機為改造對象對其變頻調速節能改造節電分析。 二、鍋爐風機工藝 烏達熱電廠鍋爐分別配置引風機功率為1400kW兩臺，一次風機功率為1800kW兩臺。由于機組較小又屬于熱電聯產，所以正常生產時，基本全天滿負荷穩定生產運行無變化，只是在大小修時，會因為停爐而減負荷運行。電廠實行分時上網電價，峰價0.24元/kWh，谷價0.20元/kWh，均價0.22元/kWh。 [align=center]鍋爐（ 145 MW負荷）風機運行數據 [/align] 從上述表中可看出，由于上述風機電動機設計有一定裕度，風機風門開度較小有較大裕量，正常生產過程中，風門檔板兩側必定形成較大的風壓差，造成較大的節流損失。 2、變頻改造系統描述 本次改造對上述風機進行變頻改造，對一臺風機新增一臺高壓變頻器，即總共配置2臺變頻器，將變頻器接入到原有的風機電機與高壓開關柜中。正常情況下，每臺變頻器拖動單臺風機電機運行，其接線圖下圖所示（圖中QF為原高壓開關）。 6kV電源經變頻裝置輸入刀閘QS1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經出線刀閘QS2送至電動機；6kV電源還可經旁路刀閘QS3直接起動電動機。進出線刀閘和旁路刀閘的作用是：一旦變頻裝置出現故障，即可馬上斷開進出線刀閘QS2，將變頻裝置隔離，手動合旁路刀閘QS3，在工頻電源下起動電機運行。以上進線柜刀閘與變頻裝置配套供貨。 注：QF保留用戶原高壓進線開關柜，QS1、QS2、QS3與變頻器配套供貨。進線柜的QS1、QS2機械互鎖、防止誤操作。 3、變頻器的可靠性設計 火力發電廠的風機的運行可靠性對鍋爐運行的影響至關重要，為此，變頻器本體在設計上從以下幾方面保障變頻器的可靠運行。 （1）變壓器采用干式變壓器并配置自控風冷 （2）采用功率單元串聯技術，用成熟的低壓變頻技術實現高壓變頻輸出 （3）采用特制的絕緣型材及板材，充分保證絕緣要求 （4）脈寬調制波形發生器采用FPGA硬件生成，避免了軟件死機的缺陷 （5）功率單元采用單元故障旁路措施，大大提高變頻器的整體可靠性 （6）控制與功率單元間采用光纖通訊，可靠性及抗干擾性大大提高 （7）邏輯控制采用西門子PLC及觸摸屏，極大提高了工作可靠性 （8）功率單元電力電子器件采用進口品牌器件，并大裕量選型 （9）單元柜采用獨特的并聯風道，配以德國原裝進口風機 （10）控制回路電源采用雙電源，其中一路取自變頻器主回路，可自動切換 （11）控制回路及旁路回路均配置高性能UPS，保證掉電15分鐘不影響正常工作 4、變頻改造后生產工藝控制 正常時，在控制室通過調節高壓變頻器的目標給定頻率（通過4～20mA信號輸出到高壓變頻器）來調節風量。 異常時，即變頻器出現故障而又無法自動排除時，變頻器自動跳機，如為自動工頻切換，則變頻器內的操作為：QS2分真空接觸器，QS3自動合真空接觸器，變頻器轉為工頻運行；如為手動工頻切換，則QS2分閘后，送一跳閘信號至開關柜斷路器DL，使DL聯鎖跳閘，同時輸出一故障信號至中控室。 5、變頻改造后的優點 風機改用變頻器后，在降低風機轉速運行的同時，噪音可大幅度地降低，同時消除了因調節擋板控制風量而造成的管網內氣流紊亂和風量調節不準確，以及管網振動和爐膛燃燒不穩等缺陷。 使用高壓變頻器后，風機擋板不需要頻繁調整，擋板開度保持在一個比較大的范圍內，通過調節變頻器的輸出頻率改變電機的轉速，達到調節風量的目的，滿足運行工況的要求。風機變頻運行后，噪音、振動都將大為減小。 在機組變負荷運行方式下，如果風機采用高效的變頻調速驅動系統取代常規的定速驅動系統，無疑可節約大量的節流損耗，節電效果顯著，潛力巨大，這已是不爭的事實。 由于變頻調速驅動系統本身具有軟起動功能，可使電廠風機實現軟起動，避免了由于電動機直接起動引起的電網沖擊和機械沖擊，從而可以防止與此有關的一系列事故的發生。例如電動機轉子籠條的疲勞斷裂，定子端部繞組絕緣損壞擊穿等重大事故，提高風機運行的可靠性。 在電力行業，對于許多高壓大功率的輔機設備推廣和采用高壓變頻調速技術，不僅可以取得相當顯著的節能效果，是電廠節能降耗的一個有效的途徑，而且也得到國家產業政策的支持，代表了今后電力行業節能技改的方向，目前電力行業越來越多的人員對此都已形成廣泛共識。 采用變頻調速改造后，由于對電機實現真正的軟啟動，對電機、擋板、高壓開關、軸承等設備以及電網的啟動沖擊大大減少，它們的使用壽命得以延長，可以大幅度節省這些設備的維護費用。另外，變頻器高精度寬范圍的無級調速功能，不僅全面滿足了電廠峰荷動態調節的需要，而且變頻器屬于高度智能化的新型高科技設備，可與電廠DCS系統實現真正的無縫連接，提高生產效率和機組自動化水平，大大改善電廠的工作和生產環境。 三、設備參數 1、電機銘牌數據 （1）鍋爐引風機 電機型號：YKK630-2-6 電機功率：1400kW 額定電壓：6kV 額定電流：164.2A 功率因數：0.86 額定轉速：990r/min 調節方式：液粘調速器（轉速比為90％） 輸入轉速990 r/min，輸出轉速要求900 r/min左右 液粘調速器 型號：NT－14C 額定扭矩：14000NM 輸入轉速：1000 r/min 調速范圍：30～100％ （2）鍋爐一次風機 電機型號：YKK630-4 電機功率：1800kW 額定電壓：6KV 額定電流：206A 功率因數：0.86 額定轉速：1495r/min 調節方式：風門（百葉窗式閥門，顯示開度為45％，但有兩片葉片已固定死全開）簡單換算后開度為60％ 出口流量：10萬m3/h 額定出口流量：195751m3/h 入口流量：13萬m3/h 出口風壓：24153Pa 2、風機運行數據（廠方提供） （1） 鍋爐（ 145 MW負荷）風機運行數據 （2）年運行時間： 7200小時 （3）電價均價：0.22元/kWh 四、變頻改造效益分析 1、直接效益 湖北三環發展股份有限公司提供給內蒙古華電烏達熱電股份有限公司的兩臺高壓變頻器（SH-HVF-Y6K/2000）在#1機發電量相同工況下，做了#1爐引風機在變頻條件和＃1爐引風機在工頻條件下耗電量對比試驗。詳細試驗情況如下： ＃1爐引風機在工頻條件下耗電：（查原始報表得知） 運行時間： 2006-8-18（2：00～8：00） 發電量：875700KWh 甲引風機耗電：6120KWh 乙引風機耗電：5400 KWh ＃1爐引風機在變頻條件下耗電：（查當日報表得知） 運行時間： 2006-11-29（2：00～8：00） 發電量：875700KWh 甲引風機耗電：4320KWh 乙引風機耗電：4320 KWh 節能計算： 工頻條件下：#1機發電量平均為14.5萬千瓦/小時的2臺引風機平均每小時耗電量為：（6120+5400）/6=1920 KWh 變頻條件下：#1機發電量平均為14.5萬千瓦/小時的2臺引風機平均每小時耗電量為：（4320+4320）/6=1440 KWh 平均每小時的節電量=1920-1440=480 KWh 年節電量=480×24×300=3456000 KWh （年正常運行時間按300天計算） 年節電收益=3456000×0.24=82.94萬元 （電價按每度電0.24元計算） 備注：在此計算過程中沒有考慮供暖，按照現場實際情況1爐在8月份沒有供暖，11月份有供暖。即工頻條件時的實際負載沒有變頻條件時負載大，如將其考慮進去節電量遠大于現運算的節電量。同時變頻器在發電量越低時節電效果越明顯。故以上運算的節電量為最低值。 2、其它間接收益 A、由于高壓變頻器卓越的軟啟動/停止功能（可以零轉速啟動），大大減小了啟動沖擊電流對電動機和電網的沖擊，有效減小了電機故障，從而大大延長了電機的檢修周期和使用壽命，同時還有效避免了沖擊負荷對電網的不利影響； B、由于變頻改造后，原調節閥門全開，不需要再作任何調節，可延長閥門使用壽命，減少檢修維護費用。 C、由于變頻改造后，原液力偶合器取消，節省了液力偶合器的維護費用。 D、由于高壓變頻器特有的平滑調節以及引風機電機的轉速降低，從而大大減少了風機以及電機的機械磨損，同時降低了軸承、軸瓦的溫度，有效減少了檢修費用，延長了設備的使用壽命。 E、由于采用自動控制，進一步提高了設備運行控制和系統運行管理的自動化水平，從而真正實現自動調節，大大增強了運行的安全可靠性。 F、變頻器對電機的保護功能齊全，大大提高了電機運行的安全穩定行。 總結： 湖北三環從1999年開始進入高壓變頻器領域，至今已有5個年頭了，目前在電力行業的應用達到50多臺，為電力行業的節能環保做出了自己的貢獻。我們認為目前高壓變頻器正逐步取代液力耦合器的傳統應用領域，隨著高壓變頻器的大規模應用，性價比不斷提高，最終變頻器將會取代液力耦合器而成為電機調速的最佳選擇。