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一、引言

    我國生物質能資源非常豐富，發展生物質發電產業前景廣闊。一方面，中國農作物播種面積有18億畝，年產生物質約7億噸。相當于3.5億噸標準煤。此外，農產品加工廢棄物包括稻殼、玉米芯、花生殼、甘蔗渣和棉籽殼等，也是重要的生物質資源。另一方面，我國現有森林面積約1.95億公頃，森林覆蓋率20.36%，每年可獲得生物質資源量約8億至10億噸。

    同時，發展生物質發電，實施煤炭替代，可顯著減少二氧化碳和二氧化硫排放，產生巨大的環境效益。與傳統化石燃料相比，生物質能屬于清潔燃料，燃燒后二氧化碳排放屬于自然界的碳循環，不形成污染。據測算，運營1臺2.5萬kW的生物質發電機組，與同類型火電機組相比，可減少二氧化碳排放約10萬t/a。

    到2025年之前，可再生能源中，生物質能發電將占據主導地位。未來，利用生物質再生能源發電已經成為解決能源短缺的重要途徑之一。

二、項目介紹

    該項目電廠容量為4×12MW，分兩期建設，一期建設2×12MW供熱發電機組。每年燃用稻殼量約20萬噸，年發電量144GWH，產品銷售收入8489萬元，年上繳稅金1417萬元，其中增值稅1288萬元。年利潤率為10.45%，在10年后可收回成本，具有良好的社會效益和經濟效益。

    為了進一步降低發電廠用電率，降低發電成本，提高電價競爭力，決定對系統內的給水泵進行變頻調速拖動，選用我司GD5000系列高壓變頻器。

三、系統方案

    1.主回路方案：

    由于給水泵屬于重要負載，除考慮正常運行情況下采用變頻方案外，還需考慮變頻檢修時采用工頻運行方案，所以經過多方面考慮，最終采用一拖一手動旁路方案。

    圖表2一拖一手動切換方案

    一拖一手動旁路柜是由三個高壓隔離開關QS1、QS2、QS3組成。手動旁路柜嚴格按照“五防”聯鎖要求設計，變頻器輸出QS2和旁路高壓隔離開關QS3機械閉鎖，完全能夠保證變頻調速系統安全運行。

    在變頻運行狀況下，QS1、QS2閉合，QS3斷開。

    如需手動切換至工頻運行時，系統先停止變頻器輸出，斷開用戶開關，再由機械操作依次斷開QS1、QS2，然后機械操作閉合QS3，使電機切換至工頻側，再合上用戶開關，使電機工頻運行；

    在工頻旁路運行狀況下，QS3閉合，QS1、QS2斷開。

    如需手動切換至變頻運行時，系統先斷開用戶開關，由機械操作斷開QS3，然后由機械操作依次閉合QS2、QS1，使電機切換至變頻側，再合上用戶開關。

2.控制系統方案

    為了更方便的操作，變頻器的起停在機旁箱進行控制，在DCS上進行監控。頻率調節通過前級的傳感器返回的電流模擬量信號（4—20mA）進行PID控制。其具體控制信號如下：

    1）合閘允許：常開接點，閉合有效，此信號串聯在供電高壓開關柜的合閘回路中，當變頻器自檢完成或系統處于工頻狀態時，信號閉合，允許用戶合高壓電；

    2）高壓跳閘：常閉接點，斷開有效，此信號并聯在供電高壓開關柜的分閘回路上，當變頻器發生重大故障或急停信號有效時，分斷用戶高壓電；如表1所示。

    變頻器DO信號，如表2所示。

    以上輸出信號全部為獨立無源干接點，默認為常開接點，閉合有效，容量大小為250VAC5A。

    變頻器DI信號，如表3所示。

    以上輸入信號僅需客戶提供獨立無源干接點，脈沖信號，除急停外，其它信號均默認為常開接點，閉合有效；

    變頻器AI信號，如表4所示。

    變頻器AO信號，如表5所示。

四、現場實際運行照片

現場變頻器運行照片

現場電機照片

五、改造后的效果：

    1.變頻調速的節能

    由于采用變頻調速后，風機水泵負載的節能效果最明顯，節電率可達到15%～60%，這是因為風機水泵的耗用功率與轉速的三次方成比例，當用戶需要的平均流量較小時，風機水泵的轉速較低，其節能效果也是十分可觀的。而傳統的擋板和閥門進行流量調節時，耗用功率變化不大。由于這類負載很多，約占交流電動機總容量的20%～30%。

    2.網側功率因數提高

    原電機直接由工頻驅動時，滿載時功率因數為0.81左右，實際運行功率因數遠低于0.8。采用變頻調速系統后，電源側的功率因數可提高到0.9以上，無需無功補償裝置就能大大的減少無功功率，滿足電網要求，可進一步節約上游設備的運行費用。

    3.設備運行與維護費用下降

    采用變頻調節后，由于通過調節電機轉速實現節能，在負荷率較低時，電機、風機水泵轉速也降低，主設備及相應輔助設備如軸承等磨損較前減輕，維護周期可加長，設備運行壽命延長；并且變頻改造后閥門開度可達100％，運行中不承受壓力，可顯著減少閥門的維護量。變頻器運行中，只需定期對變頻器除塵，不用停機，保證了生產的連續性。隨著生產的需要，調節風機水泵的轉速，進而調節風機水泵流量、壓力既滿足生產工藝的要求，工作強度又大大降低。采用變頻技術調速后，減少了機械磨損，維護工作量降低，檢修費用下降。

    4.用變頻調速裝置后，可對電機實現軟啟動，啟動時電流不超過電機額定電流的1.2倍，對電網無任何沖擊，電機使用壽命延長。在整個運行范圍內，電機可保證運行平穩，損耗減小，溫升正常。風機水泵啟動時的噪音和啟動電流非常小，無任何異常振動和噪音。

    5.與原來舊系統相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升等多項保護功能，更完善地保護了電機。

    6.操作簡單，運行方便。可通過計算機遠程給定等參數，實現智能調節。

    7.適應電網電壓波動能力強電壓工作范圍寬，電網電壓在-10%～+10%之間波動時，系統均可正常運行。

六、結束語

    隨著電力行業改革的不斷深化，以及競價上網、經濟調度等政策的逐步實施，降低發電廠用電率，降低發電成本，提高電價競爭力，已成為各發電廠努力追求的經濟目標；采用高壓變頻技術對高能耗用電設備進行技術改造，不僅能直接降低廠用電、降低供電煤耗、增加上網電量帶來的直接經濟效益，而且對設備的安全、可靠運行，減少設備故障等都起到了積極的作用。