合康变频HIVERT系列高压变频器在火力发电厂一次风机上的应用

作者：和春 来源： 内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司 

 内容摘要：随着经济的发展，资源约束的矛盾日益凸显，建设节约型社会，进行节能降耗技术改造，已成为各发电企业的积极努力的方向。本文详细介绍了大唐国际托克托发电公司2×300MW机组一次风机变频改造设计与运行情况，并对改造后的经济效益进行了分析。运行结果证明在火电厂辅机中利用中压变频技术具有卓越的技术性能和显著的经济效益，具有很好的推广应用价值。

关键词:一次风机  变频器  节能降耗  经济效益  推广价值

一、概述：

发电厂既是电能的生产者，又是电能的用户和消费者，我国的发电能源构成中，火电占70%以上，而一般的火电机组，其厂用电一般占发电量的4%～7%，拖动大容量风机、水泵类辅机的高压厂用电动机的耗电量占厂用电的80%左右。由于电力体制改革中厂网分开、竞价上网等事物的出现，电厂的发电煤耗、厂用电率已成为发电厂考核的重要指标，直接关系到电厂的经济效益和企业竞争力。而风机、水泵类辅机的变速调节所起到的节能效果可显著地降低厂用电和发电成本，因此选择合适的高压厂用电动机调速系统成为电厂节能工作的当务之急。

二、变频器调速节能原理

异步电动机的转速n与频率f、电动机转差率s、电动机磁极对数p有以下关系：

N＝60f(1-s)/p

由以上公式可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，同时电动机的输出功率也会发生变化，n与f之间呈线性关系，当f在0～50Hz变化时，转速的调节范围是非常宽的。当负荷变化而一次风机转速降低时，则输出功率也随之递减，而变频器就能较好的解决这一问题，达到节能的目的。

三、改造方案

2010年托电公司对2×300MW机组的一次风机进行中压变频调速改造，本次改造对每台机组两台电动机进行改造，采用一拖一方式，每台一次风机电动机均可采用工、变频两种方式运行。经过对比分析，选用北京合康亿盛变频科技股份有限公司生产的HIVERT-Y06/177系列高压变频器，该装置变频器整流器件为二极管，逆变器件为IGBT（如图1所示），控制方式采用无速度传感器矢量控制，运行性能更加优越。2010年6月新系统全部投入运行。

图1  功率单元原理图

四、系统运行工艺描述

变频器的6kV电源经变频装置输入刀闸到高压变频装置，变频装置输出经出线刀闸送至电动机；6kV电源还可经旁路刀闸直接起动电动机。进出线刀闸和旁路刀闸的作用是：一旦变频装置出现故障，即可马上断开进出线刀闸，将变频装置隔离，手动合旁路刀闸，在工频电源下起动电机运行。旁路柜具备五防闭锁功能；具备工、变频方式指示功能；带电指示功能和带电闭锁柜门功能。

系统改造一次回路如图2所示。为了充分保证系统的可靠性，给变频器同时加装工频旁路装置，变频器异常时，变频器停止运行，电机可以直接手动切换到工频运行状态下运行，这样可以保证机组的正常安全运行。

为了实现变频器故障的保护，变频器对6KV开关QF进行联锁，一旦变频器故障，变频器跳开QF。当工频旁路时，变频器始终允许QF合闸，撤消对QF的跳闸信号，使电机能正常通过QF合闸工频启动。

工频旁路由3个高压隔离开关QS1、QS21和QS22组成（见图2，其中QF为原6KV高压开关柜内的断路器）。要求QS21和QS22不能同时闭合，在机械上实现互锁。变频运行时，QS1和QS22闭合，QS21断开;工频运行时，QS21闭合，QS1和QS22断开。

图2  改造后的一次回路图

五、调试过程中出现的问题及改善措施：

（1）在调试过程中发现当转速指令信号丢失后变频器没有维持电动机原有的转速现象，针对该问题调整了变频器的控制部分，问题得到了有效的解决。

（2）人机界面如果死机，变频器直接退出运行。解决方案：更换DSP版本的人机界面后解决了该问题。

（3）将控制变频器的变压器的温度报警上传至DCS界面，有效的实现了变压器的超温监视。

（4）为解决变频器小间在夏季温度过高问题，大唐国际托克托发电厂在一次风机变频器小间冷却系统设计上首次采用了风道室外循环冷却方式（如图3所示），此设计大大降低了空调的使用率，目前四台变频装置不需空调冷却运行，只有在7、8月份气温很高时偶尔投入一下空调，即可满足变频装置运行要求，从而更加提高变频装置使用的节能效果。  

（5）为保证在部分功率单元损坏的情况下，变频器仍可正常运行，设置了功率单元一级功能旁路，当变频器的一组功率单元发生故障的情况下仍能正常运行。

六、节能改造后的经济效益分析

为了便于分析变频改造后的节能情况，选取在12号机组分别带150MW、200MW、250MW负荷的三种不同工况下对一次风机工频和变频两种运行方式下的参数情况进行了对比。

节能效果参见表1，从表1可以看出，当机组负荷分别为150MW、200 MW、250 MW时，一次风机变频运行比工频运行每小时分别节电499.3kW·h、547.3kW·h、518.6kW·h。变频改造后，节电效果显著。

根据MIS系统2010年06月至2010年11月的统计数据，托电公司12号机组平均负荷系数为69.42%，按变频改造后平均每小时节电量550kW·h计算，全年可节约电量4818000kW·h。按托电公司上网电价0.342元/(kW·h) 计算,直接经济效益约为164.7万元，约13个月即可收回投资成本。

表1  节能效果对比

七、结束语

一次风机经过变频改造以后，节能效果非常明显，而且启动频率低，转速低，电流小且平稳。实现了软启动，避免了以前用工频启动时的大电流大转矩对电机、电缆、开关及机械设备的冲击。不仅延长了电机等设备的寿命，也减轻了轴承的磨损，提高了安全供电的可靠性。

所属类别： 电力

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