国电重庆恒泰电厂引风机变频节能改造

谢碧蓉，肖 寒，刘建国

(1.重庆电力高等专科学校，重庆400053;2.国电重庆恒泰发电有限公司，重庆400053)

0 引言

引风机是火电厂重要的辅助设备之一，它将锅炉燃烧产生的高温烟气经除尘装置后排向烟道，用来调整锅炉炉膛负压的稳定。国电重庆恒泰发电有限公司2台300MW火电机组，锅炉引风机选用成都电力机械厂生产的 AN28e6型，该机轴功率为1608kW、额定流量290.9m3/s、杨程4687Pa、额定转速740r/min、效率84.2%，采用静叶调节方式。匹配湘潭电机集团有限公司YKK710-8W型，额定功率1800kW、6kV，效率95%的卧式电机。炉膛压力调节系统通过调节引风机静叶开度控制炉膛负压，3个炉膛压力测点经滤波之后三取中作为反馈信号，送风指令经滞后环节作为前馈信号。调节系统设有防失速、闭锁升、闭锁降、优先升、优先降等功能。

按我国现行的火电设计规程SDJ-79规定，燃煤锅炉的引风机的风量裕度为5% ～10%，风压裕度为10%～15%。随着发电负荷的大范围调整，引风机风量也因锅炉负荷变化而经常处于低效率状态，大量能量浪费在风道挡板上。为了节能降耗，需要对引风机进行变频改造。

1 变频装置与电动机一次接线方案

变频装置与电动机采用“一拖一”方式，如图1所示。

1.1 工作过程

图1 一拖一连接示意图

变频器一次回路由3个高压真空接触器KM1～KM3和2个高压隔离开关QS1和QS2组成。6kV电源经高压隔离开关QS1、真空接触器KM2到高压变频装置，变频装置输出经真空接触器KM3、高压隔离开关QS2送至电动机，电动机变频运行;6kV电源还可经真空接触器KM1直接起动电动机，电动机工频运行。KM1与KM2、KM3电气闭锁，在KM1合上的情况下，KM2和KM3都不能合上;在KM2合上的情况下，才能合上 KM3，但 KM1不能合上。KM3、KM1任何时候都不能同时合闸，以保证变频器安全。隔离开关QS1、QS2的作用是对隔离变频器进行维护时保证维护人员安全。非维护期两个隔离开关处于合闸状态。

1.2 工作方案

1.2.1 变频启动

(1)变频器在启动之前 QS1、QS2已经手动合上;

(2)变频器在接收到DCS发送的“变频方式运行”指令后，自动合 KM2、KM3(KM1处于断开位置)，在系统条件允许(柜门已关、控制电源正常、风扇开关正常和没有其它电气故障)的情况下，延时300s向DCS发出“请合高压”信号;

(3)DCS在接收到“请合高压”信号后，合6kV高压开关;

(4)变频器在接收到6kV高压开关已合信号后，延时30s后给DCS发一个“请求运行”信号;

(5)DCS在接受到“请求运行”信号后，发出“运行指令”。变频器在接收到“运行指令”信号后开始运行，同时给DCS发一个“变频运行”状态信号，运行频率从0Hz按照设定的时间升频至给定频率值;

(6)DCS可以在变频器启动前将“频率给定信号”给定到预定值。

1.2.2 变频正常停机

(1)在运行期间需要正常停机时，DCS给变频器发出“停机”信号;

(2)变频器接收到“停机”信号后，运行频率按照设定的时间降至0Hz，然后断开“变频运行”信号，延时 2s发出“高压分断”信号，然后断开KM2、KM3。

1.2.3 变频紧急停机

变频器控制柜设置“紧急停机”按钮，可就地紧急分断高压开关。

变频器在正常运行时，若需要紧急停机，可以由DCS直接断开6kV开关(一般情况不要进行此项操作)。

1.2.4 变频故障切工频

变频器正常运行时，KM2、QS1、QS2、KM3 闭合，KM1断开。如果变频器出现重大故障，则:

(1)先断开KM2、KM3;(2)延时3s或者接收到DCS发送的“挡板就位信号”;(3)合KM1。

1.2.5 变频正常运行切工频

(1)变频器接收到“变频切工频”指令，频率升到50Hz，同时 DCS调节挡板开度;(2)断开KM2、KM3;(3)合 KM1。

1.2.6 工频切变频

(1)变频器接收到“工频切变频”指令;

(3)变频器预处理就绪，断开KM1，延时500ms合KM3，变频器给出“请求允许”信号;

(4)DCS根据“请求运行”，自动运行变频器，变频器自动检测电机运行相位和频率，在没有电流冲击的情况下，电机投入变频运行，直至 DCS给定频率。

1.2.7 工频正常停机

由DCS控制断开高压开关。

2 技术规范

恒泰电厂引风机变频装置主要技术规范如下:

所谓涉外商事法庭是指一国的国际商事法庭只审理与其有实质性联系的国际商事案件，国内商事案件以及与本国无实质性联系的案件不在该法庭的管辖范围内。荷兰阿姆斯特丹国际商事法庭就只负责审理涉及荷兰的国际商事纠纷[注]参见廖宇羿：《域外国际商事法庭建设最新发展及启示》。，属于涉外商事法庭。这类商事法庭从其不审理国内案件来看，具有国际性，但从其只审理与本国有关的国际案件来看，其国际性又极其有限。

(1)变频装置自带UPS电源，采用一拖一方式;配置检修旁路，当变频器故障时，任何一台电机在任何时刻都可切换为工频运行状态;

(2)变频调速装置具有就地监控和远方DCS监控方式，并可对其进行远程/现场控制的切换。远程采用DCS控制，在控制中心可以采用以前的控制系统对变频器进行监控;在就地监控方式下，通过变频器上的液晶触摸屏显示，可进行就地人工启停变频器，调整转速、频率;

(3)变频调速装置为高——高结构，系统输入为6kV、50Hz，采用单元串联多电平技术和移相式PWM控制方式，6kV直接输出，不需输出升压变压器;输入侧的干式移相变压器要求铜线绕制，并采用封闭柜体;

(4)变频调速装置输出波形不会引起电机的谐振，转矩脉动小于0.1%;变频器有共振点频率跳跃功能，可避免风机喘振现象;

(5)变频调速装置的控制系统采用全数字微机控制，有很强的故障自诊断功能，具有完整的故障监测电路和精确的故障报警保护，能对所发生的故障类型及故障位置提供中文指示，能在就地显示并远方报警，便于运行检修人员辨别和解决所出现的问题;

(6)变频器控制系统具有在线检测功能。运行中可监测并显示变频器输入电压、电流，输出电压、电流、频率，电机转速等参数以及其他需要显示的参数;

(7)变频调速装置内置PLC，具有与机组DCS系统的通讯接口，并能以硬接线形式反馈变频调速装置的主要状态和故障报警信号;

(8)变频调速装置对旁路柜内的一次元件具有自动控制和电气闭锁功能;对于一拖一配置方案可能出现的所有运行方式，都可通过对旁路柜内的一次元件进行手动或自动操作来实现，同时，各一次元件间的互锁逻辑也由变频调速装置自身来完成;

(9)变频调速装置设有以下保护:过电压、过电流、欠电压、缺相保护、短路保护、超频保护、失速保护、变频器过载、电机过载保护、半导体器件的过热保护、瞬时停电保护等，并能联跳输入侧6kV开关。

3 引风机变频控制方案

通过变频器将工频电源变换为频率、电压均连续可调的电源，实现引风机电机调速运行，从而达到控制炉膛负压的目的。变频器的自动控制沿袭原炉膛压力控制方案，主要有:

(1)3个炉膛压力测点经滤波之后再经过三取中，作为反馈信号;送风量作为前馈信号。

(2)当炉膛压力低二值或SCS强降信号来时，强降引风机电机转速;炉膛压力高二值或SCS强升信号来时，强升引风机电机转速。

(3)MFT发生，引风机电机转速在原值下迅速减小转速，该转速是总风量的函数，经过一定时间(时间可调)后，引风电机转速挡释放到正常，由炉膛压力控制。

(4)当A、B引风机变频器调节均在手动位时，其手动指令自动保持一致。当A、B引风机变频器均在自动位时，变频器频率给定自动平衡。

(5)为防止引风机在变频控制方式下，运行人员误操引风机静叶调节挡板，特设置“当引风机在变频控制时，强制全开引风机静叶调节挡板”指令。

(6)为保证变频器安全运行，该变频器限制频率调节范围为20Hz～50Hz，且变化时间为3min。

(7)引风机变频器调节在自动时，当指令最大或最小时，引风机将闭锁负荷指令增、减;当炉膛压力远高于其设定点时，引风机指令最大或最小时，逻辑回路将产生RUN DOWN信号送至LDC的负荷指令回路，迫使负荷指令缓慢下降。

4 改造效果

引风机变频改造后，降低了机组厂用电率，提高了机组调节性能。

4.1 经济效益显著

恒泰电厂地处重庆綦万地区，机组调峰频繁，日均负荷较低，引风机变频改造后降低了厂用电率，经济效益明显。引风机变频改造后年节约厂用电量:

电动机额定参数:PN=1800kW，UN=6kV，IN=215A。根据日发电量，日平均负荷约为210MW。

(1)未改变频运行时的功率，负荷210MW，对应引风机静叶档板开度60%:

Pg1=1.732×U×I×cosφ=1.732×6×104×0.85=918.65kW

(2)变频运行时，风门全开，由变频器调节风机速度以满足风量要求:

Pb1=1.732×U×I×cosφ×η2=1.732×6×45×0.85=397.49kW

(3)每小时节电量:

△P1=(Pg1-Pb1)×t=918.65-397.49=521.16kW·h

(4)节电率:(521.16÷918.65)×100%≈56.73%

(5)每台电机全年运行如按4000小时、电费暂按0.3273元/kW·h计，如系统按上述工况运行则:

全年节约电量约=(4000×521.16)=208.464万kW·h

(6)2台电机全年节约电费约=208.464×0.3273×2=136.46万元

(7)每吨标煤按 500元计算，折合标煤约2729.2吨。

4.2 锅炉炉膛负压调节性能得到显著改善

引风机变频改造后，通过变频器将工频电源变换为频率、电压均连续可调的电源，实现引风机电机调速运行，从而达到控制炉膛负压的目的。变频器的自动调节沿袭原炉膛压力控制方案，保留原引风机静叶调节系统，方便在引风机变频器故障或者检修(工频)情况下切换使用。

变频调节后，炉膛负压调节性能得到进一步改善。变动负荷情况下，负压波动范围:＜±150Pa;稳态负荷情况下，负压波动范围:＜±50Pa。

5 结论

国电重庆恒泰电厂对引风机进行变频改造后，不仅降低了机组厂用电率，实现了节能降耗的目标，而且改善了机组的调节性能。经过一段时间的运行，机组各方面性能指标均达到较好的状态。

［1］谢碧蓉，向贤兵，曾蓉.热工过程自动控制技术［M］.北京:中国电力出版社，2007.

［2］王志祥，黄伟.热工保护与顺序控制［M］.北京:中国电力出版社，2008.

［3］曾蓉，谢碧蓉，许红兵.热工保护与顺序控制［M］.北京:中国电力出版社，2009.