高壓功率變頻器在遼源熱電廠鍋爐引風機上的應用

遼源熱電有限責任公司 宋利宇 于長勝


一、概述
　　遼源熱電有限責任公司共兩臺100MW汽輪發電機組，總裝機容量200MW，主機、主爐設備，全部從俄羅斯引進，輔機為國產設備，第一臺發電機組于2000年12月并網發電，第2臺發電機組于2001年10月并網發電。
　　廠內建有一座220KV變電站，兩臺發電機所發電量，除廠用外，通過兩條220KV線路送入系統。兩臺機組相繼投產后，廠用電率居高不下，占發電量的13%左右。因此，在2000年初，公司領導班子決定，一定要在節能降耗和新廠穩定生產上下大功夫，花大氣力，在穩定生產和節能降耗方面做好工作。
　　高壓變頻技術隨著功率元器件耐壓等級的提高和計算機應用技術的日趨成熟，在電廠的應用已相當普遍，節能效果及控制水平已被電力系統所認識。但在高電壓、大功率的設備上應用，我公司之前沒有嘗試，省內一些兄弟單位一樣沒有應用過，基本沒有這方面的經驗。
　　在2002年初，我們組織專業人員對國內外高電壓、大功率的變頻器這一新技術進行了考查、論證。既考察了國產的高壓大功率變頻器應用情況，也考察、論證了進口的高電壓大功率的變頻器應用業績。最后得出結論：國產高電壓、大功率變頻調速裝置，完全能夠適應我公司設備，具體如下幾點：
　　1、 產品備件采購方便。
　　2、 售后服務及時、周到。
　　3、 變頻器計算機軟件全部漢化，人機界面比較友好，易于掌握。
　　4、 國產大功率變頻器應該說不比進口的性能差，有的方面還優于進口的變頻器。如一些進口的變頻器上，工控機仍是一些16位的單片機控制，且顯示器全部是英文代碼顯示，既不直觀又不易掌握。
　　5、 造價比進口的低：公司決定在2號爐兩臺引風機上進行高壓變頻改造，并作了性能及價格的比較。
　　　　通過招標形式，我公司選用了北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT－A06/130型高壓變頻器兩臺，于2002年6月28日簽訂了技術協議。設備于2002年8月到貨并開始安裝、調試，9月10日正式投入運行，現已累計運行2個多月，各運行參數均正常，與原有DCS系統接口通訊，方便遠方控制及就地操作，方便可靠，而且節能效果十分顯著。
二、改造過程及控制方式的選擇
　　我公司2號爐及引風、變頻器技術數據如下：
　　1、 鍋爐
型號：E－420－13.7－560KT 　　飽和溫度：346℃
額定蒸發量：420　t/h 　　　　　　 給水溫度：228℃
汽包工作壓力：15.7Mpa 　　　　　　排煙溫度：138℃
過熱器出口蒸汽溫度：560℃
廠家：俄羅斯西伯利亞動力機械公司
　　2、 引風機電動機
電機型號：Y1000－8/1180
額定電壓：6000V
額定功率：1000KW
額定電流：119A
額定轉速：743r/min
絕緣數級：F級
接線方式：Y接
制造廠家：沈陽電機廠
　　3、 2號爐1、2號引風機變頻器設置
變頻器型號：HARVEST－A06/130
輸出電壓：0－6000V
額定電流：130A
輸出頻率：0.5－50HZ連續可調
制造廠家：北京利德華福電氣技術有限公司
　　火力發電廠鍋爐引風機是鍋爐助燃的主要部分，將鍋爐燃燒產生的高溫煙氣經靜電除塵器、煙囪排除的動力設備。在鍋爐燃燒負荷變化時，保證爐堂負壓、煙氣氧量及相應汽溫、汽壓，需要及時的調整吸風量。以前2號爐引風機采用調整引風機檔板，靠節流損失改變吸風量，浪費了大量的電能。采用高電壓大功率變頻器來控制引風機的吸風量，只是通過改變電機轉速n來實現的。由轉速公式可知 ：
　　　　　　　n=60f *(1-S) /2P
其中：S－ 轉差率
　　　n－ 轉子實際轉數（r/min）
　　　f －電流頻率
　　　2p－電機的機對數
　　可見，只要改變電機的電流頻率f，就可以實現電機的轉速調節，高電壓大功率變頻器通過控制IGBT（絕緣柵雙極型電力場效應管）的導通和關斷，使輸出頻率連續可調。而且是隨著頻率的變化，輸出電流、電壓變化及功率變化，即達到了負荷大時轉速大，輸出功率大，負荷小時轉速小，輸出功率也小，因此變頻器的節能是最科學合理的。
　　為了使引風機在變頻器故障時也能夠運行，變頻器設置了手動工頻旁路功能，即當變頻器故障時使電機脫離變頻器，將引風機轉到工頻狀態繼續運行。如下圖：


　　　高壓變頻調速系統

　　我們在選用工頻旁路系統時，沒有采用自動工頻旁路系統，是因為自動工頻旁路系統要采用真空接觸器，原件較多，因此，故障點要多，容易引發吸風機故障。
　　在與原DCS操作系統接口時，因高壓變頻器的各控制信號及故障信號的輸出是標準的數字信號（開關量）和模擬信號（4-20mA電流源信號），因此與DCS系統可直接連接，接口連接十分方便。
　　高壓大功率變頻器是成套設備，安裝時、調試周期短。我們在2號爐1、2號引風機變頻器改造過程中，從設備到貨，到安裝調試投入運行僅用了二十幾天。也可以在設備運行時，先安裝變頻器，在變頻器空載狀態下，先調試完畢，再尋找鍋爐檢修的機會，將電機一次電纜敷設到位，待接引完畢后進行帶負荷調試，這樣就可進一步的節省時間。
三、經濟效益對比
　　我們在2號機組即行風機變頻改造前，電熱力試驗組進行了改前試驗，投入運行后再重新試驗進行節能對比（具體見試驗報告）。
　　通過上述對比可以看出，變頻器改造后引風機的單機節電要比改造前單機的電耗明顯降低。每度電按0.2元計，年運行小時數按7000小時計，年可節約電量3403392.3kwh，年節電費68.068萬，兩臺變頻器投資為284萬元，可望在4年內收回成本。
　　以上為我公司在2號爐引風機上采用高電壓大功率變頻調速裝置的一些體會，有不妥之處請批評指正。