前言：

新疆東方希望有色金屬有限公司（以下簡稱為：新疆希鋁）是中國大型民營企業(yè)東方希望集團(tuán)旗下的全資子公司,是東方希望在新疆的重要重工支柱產(chǎn)業(yè)。該廠于2010年12月30日，在新疆昌吉州吉木薩爾縣五彩灣工業(yè)園成立，將建設(shè)大型現(xiàn)代化鋁電一體化工廠，是目前國內(nèi)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的典范。工程建成后做到零排放、零污染，將成為中國乃至世界最大的鋁電一體化企業(yè)，給地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來極大的推動作用?！?/span>

一、項目概況

新疆東方希望有色金屬有限公司自備電廠（以下簡稱為：新鋁電廠）是東方希望新疆重工為其建設(shè)成為世界最大的鋁電一體化企業(yè)所配套設(shè)立的動力廠，一期建設(shè)的5X350MW臨界壓力鍋爐機(jī)組已經(jīng)于2014年初全面投入生產(chǎn)運(yùn)行。

圖1：廠區(qū)概貌圖

二、鍋爐系統(tǒng)

該廠自備電廠1、2號機(jī)組為2×350MW燃煤發(fā)電機(jī)組，鍋爐為東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的亞臨界參數(shù)、四角切圓燃燒、自然循環(huán)汽包爐。風(fēng)機(jī)在各個工況的運(yùn)行效率在60%以下，運(yùn)行效率較低，節(jié)能空間巨大。

三、負(fù)載參數(shù)：

新鋁電廠一次風(fēng)機(jī)參數(shù)如下所示：

表一 負(fù)載參數(shù)表

四、一次系統(tǒng)方案：

對于風(fēng)機(jī)型負(fù)載一拖一改造，常規(guī)情況下有以下三種方案可供選擇：

方案一：一拖一手動方案

圖2：一拖一手動方案系統(tǒng)圖

方案介紹： 

1、QS1、QS2、QS3為手動刀閘開關(guān)，QS2、QS3之間采用機(jī)械連鎖。QF為用戶側(cè)高壓開關(guān)。（斷路器） 

2、 QS1、QS2、QS3為刀閘開關(guān)，不能帶負(fù)荷分合閘操作。當(dāng)要對QS1、QS2、QS3進(jìn)行操作時，必須將上級開關(guān)分?jǐn)嚅_，才允許進(jìn)行開關(guān)操作。 

3、 QS1、QS2閉合時，QF閉合時，電機(jī)處于變頻運(yùn)行狀態(tài)。QS3閉合時，QF閉合時，電機(jī)處于工頻運(yùn)行狀態(tài)。

方案優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高；投資成本低；可手動切換至工頻模式，增強(qiáng)系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行能力；有明顯的間斷點(diǎn)，檢修安全；

方案缺點(diǎn)：投工頻及時性較差；操作比較復(fù)雜。

方案二：一拖一自動（接觸器）方案

圖3：一拖一自動（接觸器）方案系統(tǒng)圖

方案介紹：

1、QS1、QS2為手動刀閘開關(guān)，KM1 、 KM2 、 KM3為真空接觸器。QF為用戶側(cè)高壓開關(guān)。 

2、 KM2、KM3之間存在電氣連鎖，QS2、KM2之間存在電氣連鎖，QS1 、KM1之間存在電氣連鎖。當(dāng)QS1合閘后，才允許合KM1；QS2合閘后，才允許合KM2。KM1分閘后才允許分、合QS1；KM2分閘后才允許分、合QS2。 

3、 QS1、QS2 、KM1 、KM2閉合時，QF閉合時，電機(jī)處于變頻運(yùn)行狀態(tài)。KM3閉合時，QF閉合時，電機(jī)處于工頻運(yùn)行狀態(tài)。

方案優(yōu)點(diǎn)：自動化程度高，投工頻及時性較好，生產(chǎn)連續(xù)性可靠；

方案缺點(diǎn)：成本比較高；系統(tǒng)比較復(fù)雜。

方案三：一拖一自動（斷路器）方案

圖4：一拖一自動（斷路器）方案系統(tǒng)圖

方案介紹：

1、QF1、QF2、QF3為手車式真空斷路器。QF為用戶側(cè)高壓開關(guān)。 

2、 QF2、QF3之間存在電氣連鎖，只能閉合其中一個。

3、QF1、QF2閉合時，電機(jī)處于變頻運(yùn)行狀態(tài)，QF3閉合時，電機(jī)處于工頻運(yùn)行狀態(tài)。

方案優(yōu)點(diǎn)：自動化程度高，投工頻及時性好，較方案二相比，系統(tǒng)可靠性更強(qiáng)。

方案缺點(diǎn)：成本高，初始投入大。

對于上述三種方案，各有優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)過與用戶的多次討論溝通，考慮到一次風(fēng)機(jī)在機(jī)組運(yùn)行中的重要性，一旦出現(xiàn)故障，系統(tǒng)負(fù)荷將直接受到影響，為確保整個系統(tǒng)的可靠性，最終確定選擇自動化程度高，耐投切電流強(qiáng)的一拖一自動（斷路器）方案，系統(tǒng)采用1250A斷路器用以提高可靠性。選擇斷路器方案和接觸器方案都能夠滿足本系統(tǒng)的要求，目前在國內(nèi)選型存在一定的誤區(qū)，對一些小容量的系統(tǒng)也選擇斷路器方案，從表面來看，系統(tǒng)方案更好，但實際上經(jīng)濟(jì)性差，斷路器分?jǐn)嗄芰?qiáng)的優(yōu)點(diǎn)沒有完全使用到。一般情況下，當(dāng)變頻器輸出端發(fā)生短路的時候，先IGBT封鎖，然后再分?jǐn)鄶嗦菲鳎虼?，從系統(tǒng)應(yīng)用中，斷路器沒有分?jǐn)嗳魏味搪冯娏鞯淖饔?。變頻器的輸入端斷路器沒有配置保護(hù)裝置，即使當(dāng)變頻器輸入端發(fā)生短路故障時，斷路器也不會分?jǐn)?。本次系統(tǒng)采用斷路器方案，主要考慮到系統(tǒng)額定電流需要，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1)安全性高，斷路器開通和關(guān)斷能力較真空接觸器有很大優(yōu)勢，當(dāng)變頻器發(fā)生故障的時候，可以直接切換到工頻系統(tǒng)。

   (2)可靠性強(qiáng)，操作自動化程度高，切換及時穩(wěn)定，確保在系統(tǒng)故障時能及時穩(wěn)定的切換到工頻運(yùn)行，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。

   (3)旁路系統(tǒng)采用抽出式斷路器柜，三個斷路器在結(jié)構(gòu)和電氣參數(shù)上完全一致，當(dāng)任何一個斷路器發(fā)生故障時，都可以用另外一個斷路器作為備用，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性。

五、調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題-故障切工頻解決方案

項目采用為一拖一自動工/變頻切換系統(tǒng)，實際調(diào)試過程中，對于故障自動切工頻功能進(jìn)行了專項調(diào)試試驗，投切邏輯如下：

（1）當(dāng)變頻器系統(tǒng)判斷出自身發(fā)生故障，變頻器系統(tǒng)發(fā)故障信號給DCS系統(tǒng)。

（2）變頻系統(tǒng)自動分QF1、QF2斷路器。

（3）系統(tǒng)自檢，當(dāng)滿足切換條件的時候，閉合QF3，電機(jī)工頻運(yùn)行。

（4）DCS根據(jù)風(fēng)量風(fēng)壓信號，自動調(diào)整風(fēng)門或人工調(diào)整風(fēng)門開度，直到滿足系統(tǒng)需求。

在實際操作過程中，出現(xiàn)了投切不穩(wěn)定的問題，導(dǎo)致上端進(jìn)線柜保護(hù)跳閘的情況。其主要原因存在于，斷開QF1、QF2后，短時間內(nèi)電機(jī)中仍存在部分剩磁電壓，而由于剩磁電壓的幅值相位的不確定，在接入工頻電源后會形成較大的沖擊電流，造成上端進(jìn)線柜過流保護(hù)跳閘。

對于這種情況，由于不同的運(yùn)行頻率，其剩磁電壓衰減的時間不等，我司現(xiàn)場人員利用示波器等專用工具，對剩磁電壓進(jìn)行了測量采集，經(jīng)過分析測算，最終確定最佳投切點(diǎn)，對系統(tǒng)整定參數(shù)進(jìn)行修改，開啟投切自整定功能，保證了投切的時效性。最終經(jīng)過現(xiàn)場模擬試驗，投切順利，獲得了用戶的高度認(rèn)可。電機(jī) 剩磁電壓檢測波形如下圖：

六、運(yùn)行成果

2014年11月，新疆希鋁為踐行集團(tuán)竭盡全力創(chuàng)造企業(yè)的相對優(yōu)勢的價值理念，推動新鋁電廠1#、2#機(jī)組一次風(fēng)機(jī)節(jié)能技改項目?？紤]到項目的重要性，該廠技術(shù)人員對變頻器行業(yè)進(jìn)行了充分的調(diào)研，并最終選擇希望森蘭科技股份有限公司SBH系列高壓變頻器產(chǎn)品，共計4套，型號規(guī)格為：SBH-060-2000。

設(shè)備于2015年1月完成全部安裝就位，4臺設(shè)備一次性調(diào)試成功，并于2015年3月全面投入生產(chǎn)運(yùn)行，并順利通過廠內(nèi)168小時考核，各項指標(biāo)滿足設(shè)計要求。從實際使用情況來看，一次風(fēng)機(jī)采用高壓變頻器實現(xiàn)變頻調(diào)速具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、控制精度高，節(jié)能效果明顯。當(dāng)鍋爐負(fù)荷為70%時，節(jié)電率為：43%，當(dāng)鍋爐負(fù)荷為80%時，節(jié)電率為：33%。

1、變頻器系統(tǒng)效率高，變頻器效率在97%以上。

2、提高系統(tǒng)功率因數(shù)，功率因數(shù)達(dá)到0.96以上。

3、起動平緩，起動電流小，便于實現(xiàn)自動化控制。

4、可實現(xiàn)真正的軟啟動，對電動機(jī)和電網(wǎng)無沖擊，降低風(fēng)機(jī)及電動機(jī)的故障率，減少維修費(fèi)用。

5、易維護(hù)；改造、調(diào)試周期短；故障時可切換工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，風(fēng)機(jī)不用停機(jī)就能切換到工頻運(yùn)行，提高可靠性。

實踐證明，本次對1#、2#爐進(jìn)行變頻改造是成功的，節(jié)能效果達(dá)到預(yù)期效果。高壓變頻器從安裝、調(diào)試、到設(shè)備最終投運(yùn)，一次性調(diào)試成功，產(chǎn)品性能先進(jìn)，生產(chǎn)制造工藝優(yōu)良，產(chǎn)品質(zhì)量可靠，各項指標(biāo)均滿足生產(chǎn)系統(tǒng)要求。

小結(jié)：

隨著電廠節(jié)能優(yōu)化的深入，變頻器的發(fā)展，技術(shù)逐步成熟，可靠性的提高，電廠的重要輔機(jī)已經(jīng)敢于進(jìn)行變頻器改造的嘗試，通過多個項目的改造實例證明，電廠風(fēng)機(jī)的變頻改造是可行的。通過我們的共同努力，電廠輔機(jī)的能耗必能下降到一個新的臺階，電廠的春天已經(jīng)來臨。同時，東方希望新鋁電廠一次風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造成功，再次證明森蘭SBH系列高壓變頻器作為一種高效、節(jié)能、無電網(wǎng)污染的高壓大功率變頻調(diào)速控制裝置，領(lǐng)先同行水平。