摘要：本文介紹山西兆豐鋁業(yè)公司自備電廠設(shè)計(jì)3臺(tái)135MW循環(huán)硫化床機(jī)組，于2006年6月相繼投產(chǎn)發(fā)電，投產(chǎn)以來，由于風(fēng)機(jī)出力不滿，風(fēng)機(jī)等效使用效率不高，廠用電率舉高不下，原風(fēng)機(jī)采用液力耦合器調(diào)速方式，該調(diào)節(jié)方式在滿負(fù)荷時(shí)相能對(duì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，但在低轉(zhuǎn)速情況下，能量損失嚴(yán)重，因此電廠必須對(duì)有節(jié)能空間的輔機(jī)進(jìn)行變頻器調(diào)節(jié)改造，自備電廠首先選擇引風(fēng)機(jī)進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)。

　　1、引風(fēng)機(jī)改造前現(xiàn)狀

　　自備電廠為3×135WM循環(huán)硫化床發(fā)電機(jī)組。三臺(tái)機(jī)組六臺(tái)引風(fēng)機(jī)全部采用液力耦合器調(diào)節(jié)方式，液力耦合器是通過控制工作腔內(nèi)工作油液的動(dòng)量矩變化，來傳遞電動(dòng)機(jī)能量并改變輸出轉(zhuǎn)速的，電動(dòng)機(jī)通過液力耦合器的輸入軸拖動(dòng)其主動(dòng)工作輪，對(duì)工作油進(jìn)行加速，被加速的工作油再帶動(dòng)液力耦合器的從動(dòng)工作渦輪，把能量傳遞到輸出軸和負(fù)載，這樣，可以通過控制工作腔內(nèi)的油壓來控制輸出軸的力矩，達(dá)到控制負(fù)載的轉(zhuǎn)速的目的。液力耦合器調(diào)速范圍在20%～95％之間，其效率基本上與轉(zhuǎn)速成正比，隨著輸出轉(zhuǎn)速的降低，效率基本上成正比下降。100%轉(zhuǎn)速時(shí)效率95%，75%轉(zhuǎn)速時(shí)效率約72%，20%轉(zhuǎn)速時(shí)效率約19%，液力耦合器用于風(fēng)機(jī)，其軸的輸出功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，雖然液力耦合器效率與轉(zhuǎn)速成正比下降，但電動(dòng)機(jī)綜合軸功率還是隨著轉(zhuǎn)速的下降成二次方比例下降，因此低轉(zhuǎn)速時(shí)，風(fēng)機(jī)的綜合效率很低，電機(jī)耗能相對(duì)較大。引風(fēng)機(jī)電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

　　2、改造實(shí)施方案

　　1、變頻器選型配置方案

　　按照引風(fēng)機(jī)電機(jī)容量，選用北京合康億盛變頻科技股份有限公司生產(chǎn)的變頻器HIVERT-Y06/220，額定輸出電流為220A。保留現(xiàn)有的引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)和高壓開關(guān)，考慮6kV配電室位置情況，我們將除塵器配電室空余空間位置隔離設(shè)置為變頻器間，變頻器電纜用原引風(fēng)機(jī)動(dòng)力電纜，變頻器至風(fēng)機(jī)電纜重新布置。變頻器控制電源采用380V控制，電源一路取源于變頻器變壓器變壓交流380V，另一路取于機(jī)組380V系統(tǒng)，兩路電源可以自動(dòng)切換無需人工調(diào)整。變頻器間電纜溝道在原電纜溝的基礎(chǔ)上進(jìn)行完善，保證滿足施工要求。

　　2、引風(fēng)機(jī)改造：由于原引風(fēng)機(jī)使用液力耦合器進(jìn)行調(diào)節(jié)，變頻改造后，電機(jī)由變頻器拖動(dòng)進(jìn)行變頻運(yùn)行，必須將液力耦合器拆除。但是拆除液力耦合器后電機(jī)和風(fēng)機(jī)間連接軸的空間距離太長(zhǎng)，扭距大容易造成變形，造成系統(tǒng)停機(jī)，因此在原液力耦合器位置專門進(jìn)行設(shè)計(jì)制作了連接軸，并考慮在軸中位置設(shè)計(jì)支撐聯(lián)軸器，軸的設(shè)計(jì)考慮了在0～50Hz范圍內(nèi)沒有共振點(diǎn)。

　　3、控制回路改造

　　變頻器的控制與原來的DCS連接起來，控制電纜由變頻器至DCS系統(tǒng)控制柜敷設(shè)，相關(guān)的控制信號(hào)引入到DCS控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控和就地控制，變頻器的加減頻率在DCS系統(tǒng)操作員站進(jìn)行，調(diào)節(jié)頻率范圍為0～50Hz，變頻的狀態(tài)及控制信號(hào)在DCS系統(tǒng)進(jìn)行顯示，滿足遠(yuǎn)方操作控制的要求。

　　4、變頻器的主要功能設(shè)置

　　1）變頻器改造時(shí)原電機(jī)及保護(hù)回路不加任何改動(dòng)可直接應(yīng)用。

　　2）變頻器內(nèi)部通訊采用光纖連接，可以有效提高控制信號(hào)通訊速度和抗干擾能力，變頻器內(nèi)部強(qiáng)弱電信號(hào)分開布置，通過光電隔離、鐵殼屏蔽技術(shù)消除了控制的諧波影響

　　3）變頻器冷卻風(fēng)扇一用一備冗余設(shè)計(jì)，單臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)故障不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，并可實(shí)現(xiàn)在線檢修。

　　4）6kV主電源故障時(shí)，變頻器供電可保持3秒鐘，一旦主電源重新受電，裝置系統(tǒng)能自動(dòng)恢復(fù)正常工作而無需運(yùn)行人員的任何干預(yù)，以滿足主電源母線系統(tǒng)快切需求。

　　5）變頻器設(shè)計(jì)有電動(dòng)機(jī)所需的過載、過流、過壓、欠壓、過熱、缺相保護(hù)以及進(jìn)線變壓器的保護(hù)和變頻器過載，變頻器過熱等全部保護(hù)功能。

　　6）變頻器動(dòng)力電源和控制電源分開供電，動(dòng)力電源為變頻調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)部供電，控制電源獨(dú)立于動(dòng)力電源系統(tǒng)，變頻器自備UPS，可維持30min，控制電源故障時(shí)，變頻器不能立即停機(jī)。

　　7）變頻器在0～50Hz范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)節(jié)范圍廣，輸出電壓穩(wěn)定。

　　3、改造中重點(diǎn)考慮的幾個(gè)問題

　　1、變頻器做單獨(dú)接地網(wǎng)，接地網(wǎng)與電氣地網(wǎng)隔離，保證變頻器投運(yùn)后對(duì)其他設(shè)備不產(chǎn)生干擾。

　　2、引風(fēng)機(jī)原由電機(jī)非專用變頻電機(jī)，改造后電機(jī)冷卻風(fēng)量不足，電機(jī)溫升不能超標(biāo)。

　　3、考慮電機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)對(duì)廠用6KV母線的影響及對(duì)電機(jī)和風(fēng)機(jī)的影響。

　　4、現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)電機(jī)連接所用的液力偶合器拆除后，連接軸必須進(jìn)行認(rèn)真計(jì)算設(shè)計(jì)，要充分考慮在整個(gè)調(diào)頻范圍內(nèi)風(fēng)機(jī)的共振問題。

　　5、變頻器及變頻控制室的散熱通風(fēng)設(shè)計(jì)。

　　4、改造后經(jīng)濟(jì)效益分析

　　1、節(jié)能分析

　　機(jī)組在100%、80%兩種負(fù)荷運(yùn)行方式下電機(jī)狀況統(tǒng)計(jì)

　　Pg=1.732×6.3×I×cosφ

　　1）機(jī)組在100%負(fù)荷運(yùn)行方式下引風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻改造前后能耗比較

　　不使用變頻器調(diào)節(jié)模式：Pg=1391kw

　　使用變頻器調(diào)節(jié)模式：

　　風(fēng)機(jī)效率：μf=0.63

　　傳動(dòng)效率：μt=0.97

　　電機(jī)效率：μd=0.95

　　變頻器效率：μb=0.965

　　風(fēng)機(jī)出口流量：Q=115m3/s

　　風(fēng)機(jī)出口壓力：H=-5.4kPa

　　Pb=Pd/μb=Pf/μt×μd×μb=QH/（μf×μt×μd×μb）=115×5.4/（0.63×0.97×0.95×0.965）=1108kW

　　節(jié)能效果：μ=(Pg-Pb)/Pg=（1392-1108）/1392=20%

　　2）機(jī)組在80%負(fù)荷運(yùn)行方式下引風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻改造前后能耗比較

　　不使用變頻器調(diào)節(jié)模式：Pg=1298kw

　　使用變頻器調(diào)節(jié)模式：

　　風(fēng)機(jī)效率：μf=0.63

　　傳動(dòng)效率：μt=0.97

　　電機(jī)效率：μd=0.95

　　變頻器效率：μb=0.965

　　風(fēng)機(jī)出口流量：Q=115m3/s

　　風(fēng)機(jī)出口壓力：H=-4.3kPa

　　Pb=Pd/μb=Pf/μt×μd×μb=QH/（μf×μt×μd×μb）=115×4.3/（0.63×0.97×0.95×0.965）=883kW

　　節(jié)能效果：μ=(Pg-Pb)/Pg=（1298-883）/1298=30%

　　3）單臺(tái)引風(fēng)機(jī)節(jié)能計(jì)算

　　機(jī)組80%負(fù)荷運(yùn)行，單臺(tái)引風(fēng)機(jī)年使用300天，共計(jì)7200小時(shí)，935萬KW/h。

　　經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算：按照每度電0.3元計(jì)算，單臺(tái)引風(fēng)機(jī)每年節(jié)約88萬元。

　　5、結(jié)論

　　變頻器改造，不僅提高設(shè)備的安全可靠性，提高了工藝流程的自動(dòng)化水平，減少事故率，更為企業(yè)節(jié)約降耗提高經(jīng)濟(jì)效益作出貢獻(xiàn)，在國(guó)家大力倡導(dǎo)節(jié)能減排，減少環(huán)境污染政策的指引下，推廣和使用變頻器必將是降低能源消耗的有力措施。