高壓變頻技術在電站一次風機上的應用

0 引言

隨著電力行業改革的不斷深化，電力企業逐步由生產型向經營型轉變，由高耗能企業向節約型企業發展。為提高企業效益，降低發電成本將是經營型企業長期堅持的目標，為此，節能降耗工作便成為發電企業生產經營管理的重要內容。火電廠如何實現低耗高效是一個被長期關注和不斷發展的行業問題。在全球能源危機的大背景下，節能降耗技術也得到了日新月異的發展和普及。利用一些比較成熟穩定的新技術，對設備進行技術改造，一次性投入，實現長期節能降耗，這是一本萬利，是利企利國的事情。

天津大唐國際盤山發電有限責任公司2×600MW火電機組是我國華北地區建設投產最早的600MW亞臨界火電機組，是京津唐電網的主力機組，曾被國家計委列為1996 年利用國家外匯儲備購買國產發電設備發展民族工業的試點項目。工程于1998 年10月開工，其中3#機組于2001 年12 月18 日正式投產，4#號機組于2002年6月5日正式投產。其對鍋爐一次風機和汽機凝結水泵進行變頻改造是實節

能降耗的具體例證。

1 一次風機系統簡介

該公司每臺機組配有兩臺沈陽鼓風機廠生產的雙吸入前彎離心式一次風機。風機采用電機定速運轉、入口電動動葉調整風機出力。一臺一次風機容量為50%BMCR(鍋爐最大連續負荷)。其具體參數如下。風機形式雙吸入離心泵

風機型號G9-2×36 No.17F

風壓15 542 Pa

風量160.5 m3/s

電機型號YKK710-4

額定電壓6 kV

額定電流260 A

功率2 400 kW

轉速1 494 r/min

絕緣等級F

鍋爐一次風機主要是給鍋爐制粉系統提供輸粉的風源，屬于鍋爐三大風機之一，也是火力發電廠主要的高耗能設備。對于正壓直吹式制粉系統，一次風機正常運行時主要起攜帶和干燥煤粉的作用，并提供煤粉著火初期所需空氣。盤山發電公司鍋爐一次風機系統的布置如圖1所示。

2 一次風機變頻改造介紹

由流體力學可知

P=qh (1)

式中：P為功率;

q 為流量;

h為壓力。

而q∝n;h∝n2;P∝n3(n為轉速)。如果水泵的效率一定，當要求調節流量下降時，轉速n 可成比例的下降，而此時軸輸出功率P成立方關系下降。即水泵電機的耗電功率與轉速近似成立方比的關系。例如：

一臺水泵電機功率為55kW，當轉速下降到原轉速的4/5時，其耗電量為28.16 kW，省電48.8%，當轉速下降到原轉速的1/2 時，其耗電量為6.875 kW，省電87.5%。變頻器是利用電力半導體器件將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，它先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。頻率可控即電機轉速可控，從而達到節能的目的。

G9-2×36No.17F型一次風機的額定電流為260A，當發電機在額定負荷600 MW下運行時，一次風機最大電流為186.5 A，只有額定電流的71.7%，低負荷運行時最低電流到133 A左右，是額定電流的51.2%左右，因此，一次風機具有很大的節能空間。經多方論證，公司決定將一次風母管壓力控制由節流控制改為轉速控制，以降低能耗，提高機組的整體經濟效益。

2.1 改造方案

盤山發電公司分別在2003年和2004 年利用機組小修的機會為兩臺機組的4臺一次風機電機進行了變頻改造。采用的是羅克韋爾公司的AB Powerflex7000系列的雙PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調制)、無輸入隔離變壓器的電流型變頻調速裝置，屬于“一拖一”手動旁路方式，變頻器接入原電氣回路如圖2所示。整個改造方案包括三部分：

1)變頻器的安裝和接入在風機旁就地搭建了專門的變頻小間，其中安裝的主要設備包括變頻器主柜體、雙路控制電源切換箱、變頻器UPS(交流不停電)電源柜和變頻小間柜式空調機，而變頻器的所有就地操作以及運行參數和報警參數的檢查設置都在變頻小間內完成。

2)電氣開關部分的改造6 kV高壓開關加裝了變頻器保護回路和“工頻/變頻工作方式”切換把手，配合一次風機變頻運行和工頻兩種工作方式的切換，另外從380 V低壓交流廠用母線段和220 V直流母線段完成了對變頻器控制電源和操作電源的供電改造。

3)熱工邏輯和DCS操作畫面的改造一次風機變頻器改造后主要的工作方式選擇和變頻器啟動允許程控邏輯方案如下。

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