摘要：在發電廠開展節能降耗工作中高壓變頻技術是主要應用技術，對一些高耗能的高壓電動機進行變頻改造，節電效果一般在30%～40%以上。介紹了某發電廠一次風機系統進行變頻改造的背景、改造方案、節能效果，并分析了一次風機變頻運行中存在的問題以及解決辦法，同時提出了建議。 關鍵字：節能降耗；變頻技術；一次風機；冷卻系統 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現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G9-2×36No.17F 風壓15542Pa 風量160.5m3/s 電機型號YKK710-4 額定電壓6kV 額定電流260A 功率2400kW 轉速1494r/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28.16kW，省電48.8％，當轉速下降到原轉速的1/2時，其耗電量為6.875kW，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600MW下運行時，一次風機最大電流為186.5A，只有額定電流的71.7%，低負荷運行時最低電流到133A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ABPowerflex7000系列的雙PWM（PulseWidthModulation，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6kV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380V低壓交流廠用母線段和220V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。 在DCS原有一次風機系統畫面上增加一次風機工作方式提醒（如圖1中所示）。在一次風機系統畫面上不再增加變頻器啟動按鈕，在不同工作方式下仍然用同一個按鈕啟動一次風機。在工頻方式下，畫面提示一次風機在工頻方式，在原操作按鈕上按下啟動，則合6kV開關，并在風機運行中調整風機入口動葉開度以維持母管風壓在設定值。在變頻方式下，畫面提示一次風機在變頻方式，仍在原按鈕上按下啟動，一次風機變頻工作方式下的6kV開關與變頻器啟動順序是，當操作員按下啟動按鈕，首先合一次風機6kV開關，等待30s（變頻器電抗器充電時間），檢測變頻器準備好信號存在，啟動變頻器。這時運行風機的入口動葉保持全開，通過調整電機轉速改變風機出力以維持母管壓力在設定值。 2.2變頻方式下一次風機的控制方式 1）保留原來的一次風機擋板調節站，另外編輯一套變頻調節站。一次風機在變頻方式運行時，入口調整擋板應全開，通過變頻器改變電機轉速以調節風機出口母管壓力。 2）一次風機在工頻方式運行時，變頻調節站強制手動；在變頻方式運行時，擋板調節站強制手動。 3）變頻方式啟動時，強制擋板全開且變頻器輸出為最低轉速。變頻器在就地位運行時，控制站跟蹤轉速反饋值，以實現無擾切換。 4）變頻自動調節切手動條件如下（任一滿足）： （1）一次風機出口母管壓力信號故障； （2）一次風機在工頻方式運行； （3）當調速指令與速度反饋偏差大于150r/min。 2.3一次風機變頻運行存在的問題 一次風機經過變頻運行后，也發現存在一些問題，導致風機的運行安全受到威脅，節能效果受到影響。 2.3.1運行溫度高 變頻器運轉時本身發熱量大，設計的散熱裝置不能滿足需要，在給變頻小間加裝大功率柜式空調后有所改善，但運行溫度高的隱患仍然存在，且加裝大功率空調增加了耗電量。目前，本廠凝結水泵變頻器的冷系統運行效果良好，因此，已經對一次風機變頻系統配置了相同的強迫水冷風循環冷卻系統（系統布置如圖3所示），將會利用機組檢修的機會將冷卻系統和變頻器相聯結，相信可以完全解決運行溫度高的問題。 2.3.2風機變頻方式下RB（負荷快速返回）保護功能實現困難 一次風機RB保護不能正常實現既有設計問題也有擋板質量問題。主要表現為一臺一次風機跳閘后，由于跳閘風機的出、入口擋板關閉緩慢，導致一次風“回風”即部分一次風通過跳閘風機回到大氣中，一次風母管壓力快速下降不能保證運行制粉系統的正常輸送粉導致大量煤粉的積存，同時另一臺運行的一次風機有過電流跳閘的危險。2003年3#機發生過因為變頻運行的1#一次風機跳閘導致機組停機的事故。分析原因主要是一次風機出、入口擋板關閉時間太長，使大量一次風長時間通過跳閘風機回風，造成一次風壓力過低，運行的制粉系統和輸粉管道里大量煤粉積存，當一次風壓突然恢復后引起積存的大量煤粉瞬時進入爐膛爆燃，汽包水位急劇升高，導致汽包水位在幾十s內由最低水位-200mm迅速上升到+300mm，使高Ⅲ值保護動作跳閘停機。 可以說，一次風機RB保護不能實現和變頻改造關系不大，即使工頻方式下也存在同樣問題。可喜的是公司歷時3年，經過對一次風機RB不成功的原因分析，吸取事故教訓，通過對出入口擋板的改造和多次試驗調試，最終成功實現了工頻方式下一次風機RB保護功能。為下一步變頻方式下實現RB保護，確保一次風機長期變頻節能運行消除了安全隱患。 2.3.3風機工/變頻切換需停電手動操作 一次風機工頻和變頻工作方式切換，需要停運風機，然后高壓開關停電，手動改變變頻器出入口刀閘和旁路刀閘的狀態，然后重新送電，啟動風機。目前正在調研有關在線無擾切換的自動旁路系統的可行性，為進一步給變頻器加裝自動旁路系統做準備。 3一次風機變頻改造后的效果 從運行情況看，通過變頻改造以及運行優化使得機組在額定負荷時，一次風機功耗僅為1000kW左右，而改造前功耗為1700kW以上，節電率達40％以上，一次風機變頻改造后耗電率為0.47%，較改造前下降了0.17個百分點，月用電量平均減少65萬kW·h，年節電600余萬kW·h。運行三年即可收回巨額設備成本。 4 建議及結語 綜合盤山發電公司對一次風機系統進行變頻改造的實際情況，提出以下建議： 1）加強變頻裝置及其輔助系統的維護工作，確保不發生因變頻系統故障而發生的異常和安全事故； 2）做好風機變頻運行的工況下，發生事故的各種事故預案和事故演習，熟練掌握變頻方式下各種事故的處理方法，減少事故擴大的可能； 3）在實際運行中，繼續探索變頻調節系統各種參數的合理性和準確性，利用實際運行進一步調整各參數到最合適范圍，提高節能效果和安全系數； 4）擇機開展一次風機變頻工況下RB保護動作情況的實際試驗，確保一次風機變頻運行時RB保護動作可靠； 5）聯系廠家，一起探索風機工頻/變頻工作方式的在線自動無擾切換裝置的研究，爭取早日實現兩種工作方式的在線無擾切換。 盤山發電公司對一次風機的變頻改造取得了初步成功，節能效果明顯。發電生產設備中轉機設備占有絕對數量，對轉機設備進行變頻改造的節能效果十分明顯，節能經驗和數據說明技術因素對能耗的變化起著主導和決定性作用。利用新型技術對設備進行改造，根據實際應用情況做進一步完善和革新，確保節能和安全達到完全統一，把節能效果發揮到最大，相信可以為我國節能降耗工作做出更大的貢獻。