摘要：在發(fā)電廠開(kāi)展節(jié)能降耗工作中高壓變頻技術(shù)是主要應(yīng)用技術(shù)，對(duì)一些高耗能的高壓電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，節(jié)電效果一般在30%～40%以上。介紹了某發(fā)電廠一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的背景、改造方案、節(jié)能效果，并分析了一次風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行中存在的問(wèn)題以及解決辦法，同時(shí)提出了建議。 關(guān)鍵字：節(jié)能降耗；變頻技術(shù)；一次風(fēng)機(jī)；冷卻系統(tǒng) 0 引言 隨著電力行業(yè)改革的不斷深化，電力企業(yè)逐步由生產(chǎn)型向經(jīng)營(yíng)型轉(zhuǎn)變，由高耗能企業(yè)向節(jié)約型企業(yè)發(fā)展。為提高企業(yè)效益，降低發(fā)電成本將是經(jīng)營(yíng)型企業(yè)長(zhǎng)期堅(jiān)持的目標(biāo)，為此，節(jié)能降耗工作便成為發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的重要內(nèi)容?；痣姀S如何實(shí)現(xiàn)低耗高效是一個(gè)被長(zhǎng)期關(guān)注和不斷發(fā)展的行業(yè)問(wèn)題。在全球能源危機(jī)的大背景下，節(jié)能降耗技術(shù)也得到了日新月異的發(fā)展和普及。利用一些比較成熟穩(wěn)定的新技術(shù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，一次性投入，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期節(jié)能降耗，這是一本萬(wàn)利，是利企利國(guó)的事情。 天津大唐國(guó)際盤(pán)山發(fā)電有限責(zé)任公司2×600MW火電機(jī)組是我國(guó)華北地區(qū)建設(shè)投產(chǎn)最早的600MW亞臨界火電機(jī)組，是京津唐電網(wǎng)的主力機(jī)組，曾被國(guó)家計(jì)委列為1996年利用國(guó)家外匯儲(chǔ)備購(gòu)買國(guó)產(chǎn)發(fā)電設(shè)備發(fā)展民族工業(yè)的試點(diǎn)項(xiàng)目。工程于1998年10月開(kāi)工，其中3#機(jī)組于2001年12月18日正式投產(chǎn)，4#號(hào)機(jī)組于2002年6月5日正式投產(chǎn)。其對(duì)鍋爐一次風(fēng)機(jī)和汽機(jī)凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的具體例證。 1 一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 該公司每臺(tái)機(jī)組配有兩臺(tái)沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的雙吸入前彎離心式一次風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)采用電機(jī)定速運(yùn)轉(zhuǎn)、入口電動(dòng)動(dòng)葉調(diào)整風(fēng)機(jī)出力。一臺(tái)一次風(fēng)機(jī)容量為50％BMCR（鍋爐最大連續(xù)負(fù)荷）。其具體參數(shù)如下。 風(fēng)機(jī)形式雙吸入離心泵 風(fēng)機(jī)型號(hào)G9-2×36No.17F 風(fēng)壓15542Pa 風(fēng)量160.5m3/s 電機(jī)型號(hào)YKK710-4 額定電壓6kV 額定電流260A 功率2400kW 轉(zhuǎn)速1494r/min 絕緣等級(jí)F 鍋爐一次風(fēng)機(jī)主要是給鍋爐制粉系統(tǒng)提供輸粉 的風(fēng)源，屬于鍋爐三大風(fēng)機(jī)之一，也是火力發(fā)電廠主 要的高耗能設(shè)備。對(duì)于正壓直吹式制粉系統(tǒng)，一次風(fēng) 機(jī)正常運(yùn)行時(shí)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(pán)山發(fā)電公司鍋爐一次 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的布置如圖1所示。 2 一次風(fēng)機(jī)變頻改造介紹 由流體力學(xué)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(zhuǎn)速）。如果水泵的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速n可成比例的下降，而此時(shí)軸輸出功率P成立方關(guān)系下降。即水泵電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。例如：一臺(tái)水泵電機(jī)功率為55kW，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的4/5時(shí)，其耗電量為28.16kW，省電48.8％，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的1/2時(shí)，其耗電量為6.875kW，省電87.5％。變頻器是利用電力半導(dǎo)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(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。頻率可控即電機(jī)轉(zhuǎn)速可控，從而達(dá)到節(jié)能的目的。 G9-2×36No.17F型一次風(fēng)機(jī)的額定電流為260A，當(dāng)發(fā)電機(jī)在額定負(fù)荷600MW下運(yùn)行時(shí)，一次風(fēng)機(jī)最大電流為186.5A，只有額定電流的71.7%，低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)最低電流到133A左右，是額定電流的51.2%左右，因此，一次風(fēng)機(jī)具有很大的節(jié)能空間。經(jīng)多方論證，公司決定將一次風(fēng)母管壓力控制由節(jié)流控制改為轉(zhuǎn)速控制，以降低能耗，提高機(jī)組的整體經(jīng)濟(jì)效益。 2.1改造方案 盤(pán)山發(fā)電公司分別在2003年和2004年利用機(jī)組小修的機(jī)會(huì)為兩臺(tái)機(jī)組的4臺(tái)一次風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)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(diào)制）、無(wú)輸入隔離變壓器的電流型變頻調(diào)速裝置，屬于“一拖一”手動(dòng)旁路方式，變頻器接入原電氣回路如圖2所示。 整個(gè)改造方案包括三部分： 1）變頻器的安裝和接入在風(fēng)機(jī)旁就地搭建了專門(mén)的變頻小間，其中安裝的主要設(shè)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(diào)機(jī)，而變頻器的所有就地操作以及運(yùn)行參數(shù)和報(bào)警參數(shù)的檢查設(shè)置都在變頻小間內(nèi)完成。 2）電氣開(kāi)關(guān)部分的改造6kV高壓開(kāi)關(guān)加裝了變頻器保護(hù)回路和“工頻/變頻工作方式”切換把手，配合一次風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)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(duì)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(huà)面的改造一次風(fēng)機(jī)變頻器改造后主要的工作方式選擇和變頻器啟動(dòng)允許程控邏輯方案如下。 在DCS原有一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)畫(huà)面上增加一次風(fēng)機(jī)工作方式提醒（如圖1中所示）。在一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)畫(huà)面上不再增加變頻器啟動(dòng)按鈕，在不同工作方式下仍然用同一個(gè)按鈕啟動(dòng)一次風(fēng)機(jī)。在工頻方式下，畫(huà)面提示一次風(fēng)機(jī)在工頻方式，在原操作按鈕上按下啟動(dòng)，則合6kV開(kāi)關(guān)，并在風(fēng)機(jī)運(yùn)行中調(diào)整風(fēng)機(jī)入口動(dòng)葉開(kāi)度以維持母管風(fēng)壓在設(shè)定值。在變頻方式下，畫(huà)面提示一次風(fēng)機(jī)在變頻方式，仍在原按鈕上按下啟動(dòng)，一次風(fēng)機(jī)變頻工作方式下的6kV開(kāi)關(guān)與變頻器啟動(dòng)順序是，當(dāng)操作員按下啟動(dòng)按鈕，首先合一次風(fēng)機(jī)6kV開(kāi)關(guān)，等待30s（變頻器電抗器充電時(shí)間），檢測(cè)變頻器準(zhǔn)備好信號(hào)存在，啟動(dòng)變頻器。這時(shí)運(yùn)行風(fēng)機(jī)的入口動(dòng)葉保持全開(kāi)，通過(guò)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速改變風(fēng)機(jī)出力以維持母管壓力在設(shè)定值。 2.2變頻方式下一次風(fēng)機(jī)的控制方式 1）保留原來(lái)的一次風(fēng)機(jī)擋板調(diào)節(jié)站，另外編輯一套變頻調(diào)節(jié)站。一次風(fēng)機(jī)在變頻方式運(yùn)行時(shí)，入口調(diào)整擋板應(yīng)全開(kāi)，通過(guò)變頻器改變電機(jī)轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)出口母管壓力。 2）一次風(fēng)機(jī)在工頻方式運(yùn)行時(shí)，變頻調(diào)節(jié)站強(qiáng)制手動(dòng)；在變頻方式運(yùn)行時(shí)，擋板調(diào)節(jié)站強(qiáng)制手動(dòng)。 3）變頻方式啟動(dòng)時(shí)，強(qiáng)制擋板全開(kāi)且變頻器輸出為最低轉(zhuǎn)速。變頻器在就地位運(yùn)行時(shí)，控制站跟蹤轉(zhuǎn)速反饋值，以實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換。 4）變頻自動(dòng)調(diào)節(jié)切手動(dòng)條件如下（任一滿足）： （1）一次風(fēng)機(jī)出口母管壓力信號(hào)故障； （2）一次風(fēng)機(jī)在工頻方式運(yùn)行； （3）當(dāng)調(diào)速指令與速度反饋偏差大于150r/min。 2.3一次風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行存在的問(wèn)題 一次風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)變頻運(yùn)行后，也發(fā)現(xiàn)存在一些問(wèn)題，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的運(yùn)行安全受到威脅，節(jié)能效果受到影響。 2.3.1運(yùn)行溫度高 變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)本身發(fā)熱量大，設(shè)計(jì)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(diào)后有所改善，但運(yùn)行溫度高的隱患仍然存在，且加裝大功率空調(diào)增加了耗電量。目前，本廠凝結(jié)水泵變頻器的冷系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，因此，已經(jīng)對(duì)一次風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)配置了相同的強(qiáng)迫水冷風(fēng)循環(huán)冷卻系統(tǒng)（系統(tǒng)布置如圖3所示），將會(huì)利用機(jī)組檢修的機(jī)會(huì)將冷卻系統(tǒng)和變頻器相聯(lián)結(jié)，相信可以完全解決運(yùn)行溫度高的問(wèn)題。 2.3.2風(fēng)機(jī)變頻方式下RB（負(fù)荷快速返回）保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)困難 一次風(fēng)機(jī)RB保護(hù)不能正常實(shí)現(xiàn)既有設(shè)計(jì)問(wèn)題也有擋板質(zhì)量問(wèn)題。主要表現(xiàn)為一臺(tái)一次風(fēng)機(jī)跳閘后，由于跳閘風(fēng)機(jī)的出、入口擋板關(guān)閉緩慢，導(dǎo)致一次風(fēng)“回風(fēng)”即部分一次風(fēng)通過(guò)跳閘風(fēng)機(jī)回到大氣中，一次風(fēng)母管壓力快速下降不能保證運(yùn)行制粉系統(tǒng)的正常輸送粉導(dǎo)致大量煤粉的積存，同時(shí)另一臺(tái)運(yùn)行的一次風(fēng)機(jī)有過(guò)電流跳閘的危險(xiǎn)。2003年3#機(jī)發(fā)生過(guò)因?yàn)樽冾l運(yùn)行的1#一次風(fēng)機(jī)跳閘導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)的事故。分析原因主要是一次風(fēng)機(jī)出、入口擋板關(guān)閉時(shí)間太長(zhǎng)，使大量一次風(fēng)長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)跳閘風(fēng)機(jī)回風(fēng)，造成一次風(fēng)壓力過(guò)低，運(yùn)行的制粉系統(tǒng)和輸粉管道里大量煤粉積存，當(dāng)一次風(fēng)壓突然恢復(fù)后引起積存的大量煤粉瞬時(shí)進(jìn)入爐膛爆燃，汽包水位急劇升高，導(dǎo)致汽包水位在幾十s內(nèi)由最低水位-200mm迅速上升到+300mm，使高Ⅲ值保護(hù)動(dòng)作跳閘停機(jī)。 可以說(shuō)，一次風(fēng)機(jī)RB保護(hù)不能實(shí)現(xiàn)和變頻改造關(guān)系不大，即使工頻方式下也存在同樣問(wèn)題?？上驳氖枪練v時(shí)3年，經(jīng)過(guò)對(duì)一次風(fēng)機(jī)RB不成功的原因分析，吸取事故教訓(xùn)，通過(guò)對(duì)出入口擋板的改造和多次試驗(yàn)調(diào)試，最終成功實(shí)現(xiàn)了工頻方式下一次風(fēng)機(jī)RB保護(hù)功能。為下一步變頻方式下實(shí)現(xiàn)RB保護(hù)，確保一次風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期變頻節(jié)能運(yùn)行消除了安全隱患。 2.3.3風(fēng)機(jī)工/變頻切換需停電手動(dòng)操作 一次風(fēng)機(jī)工頻和變頻工作方式切換，需要停運(yùn)風(fēng)機(jī)，然后高壓開(kāi)關(guān)停電，手動(dòng)改變變頻器出入口刀閘和旁路刀閘的狀態(tài)，然后重新送電，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。目前正在調(diào)研有關(guān)在線無(wú)擾切換的自動(dòng)旁路系統(tǒng)的可行性，為進(jìn)一步給變頻器加裝自動(dòng)旁路系統(tǒng)做準(zhǔn)備。 3一次風(fēng)機(jī)變頻改造后的效果 從運(yùn)行情況看，通過(guò)變頻改造以及運(yùn)行優(yōu)化使得機(jī)組在額定負(fù)荷時(shí)，一次風(fēng)機(jī)功耗僅為1000kW左右，而改造前功耗為1700kW以上，節(jié)電率達(dá)40％以上，一次風(fēng)機(jī)變頻改造后耗電率為0.47%，較改造前下降了0.17個(gè)百分點(diǎn)，月用電量平均減少65萬(wàn)kW·h，年節(jié)電600余萬(wàn)kW·h。運(yùn)行三年即可收回巨額設(shè)備成本。 4 建議及結(jié)語(yǔ) 綜合盤(pán)山發(fā)電公司對(duì)一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的實(shí)際情況，提出以下建議： 1）加強(qiáng)變頻裝置及其輔助系統(tǒng)的維護(hù)工作，確保不發(fā)生因變頻系統(tǒng)故障而發(fā)生的異常和安全事故； 2）做好風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行的工況下，發(fā)生事故的各種事故預(yù)案和事故演習(xí)，熟練掌握變頻方式下各種事故的處理方法，減少事故擴(kuò)大的可能； 3）在實(shí)際運(yùn)行中，繼續(xù)探索變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)各種參數(shù)的合理性和準(zhǔn)確性，利用實(shí)際運(yùn)行進(jìn)一步調(diào)整各參數(shù)到最合適范圍，提高節(jié)能效果和安全系數(shù)； 4）擇機(jī)開(kāi)展一次風(fēng)機(jī)變頻工況下RB保護(hù)動(dòng)作情況的實(shí)際試驗(yàn)，確保一次風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)RB保護(hù)動(dòng)作可靠； 5）聯(lián)系廠家，一起探索風(fēng)機(jī)工頻/變頻工作方式的在線自動(dòng)無(wú)擾切換裝置的研究，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)兩種工作方式的在線無(wú)擾切換。 盤(pán)山發(fā)電公司對(duì)一次風(fēng)機(jī)的變頻改造取得了初步成功，節(jié)能效果明顯。發(fā)電生產(chǎn)設(shè)備中轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備占有絕對(duì)數(shù)量，對(duì)轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備進(jìn)行變頻改造的節(jié)能效果十分明顯，節(jié)能經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)說(shuō)明技術(shù)因素對(duì)能耗的變化起著主導(dǎo)和決定性作用。利用新型技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況做進(jìn)一步完善和革新，確保節(jié)能和安全達(dá)到完全統(tǒng)一，把節(jié)能效果發(fā)揮到最大，相信可以為我國(guó)節(jié)能降耗工作做出更大的貢獻(xiàn)。