高压变频调速技术在某发电厂中的应用

任 英

（无锡工艺职业技术学院，江苏 无锡 214200）

高压变频调速技术在某发电厂中的应用

任 英

（无锡工艺职业技术学院，江苏 无锡 214200）

给水泵、凝结泵、引风机、送风机、循环水泵、磨煤机等拖动系统，是发电机组的重要辅机系统，同时也是电厂厂用电系统中重要的负荷设备，属于电厂中的主要耗电大户。在电厂中，辅机系统耗电量约占厂用电量的80%左右，其中锅炉给水泵、凝结水泵、循环水泵等给排水辅机系统，其耗电量约占整个厂用电系统的45%，而锅炉送风机、引风机等风机系统，其耗电量约占整个厂用电系统的30%。发电机组容量规模的进一步提高，其对辅机设备功率性能也提出了更高的要求，高能耗、响应慢、调节性能差等已成为辅机系统制约发电机组安全高效运行的瓶颈[1]。因此，采取合理的高压变频调速控制方案对电厂辅机系统进行技术升级改造，有效增强辅机系统中水泵、风机等电机拖动系统的调节性能，可提高其运行的安全可靠性和电能综合利用效率，确保发电机组安全高效进行电能生产，促进电厂在低碳绿色环保技术要求的基础上实现节能降耗的目的[2]。

1 电厂风机节能改造方案

1.1 工程概况

电厂3号600 MW火力发电机组的2台6.3 kV高压风机系统功率设计值偏大，存在严重“大马拉小车”问题。3号机组一次风机辅机系统，鼓风机型号为17881 Z/1165，轴功率为1 868 kW，额定流量为110 m3/min，全压为14.318 kPa，额定转速为1480 r/min，能量转换效率为86.5%；配套电动机型号为YKK630-6 kV,额定功率为2 240 kW，额定电压为6.3 kV，额定电流为248 A，额定转速为1 480 r/min，功率因数为0.9。从大量历史运行数据可知，该发电机组在低负荷运行工况时，其风机动、静叶调节过程中的节流损失，相比于额定运行工况下节流损失会增加35%～45%，风机系统运行效率较低，能耗非常严重，严重影响到发电机组的厂用电率。结合风机系统运行历史数据，从理论分析可知，如采用6.3 kV高压变频节能调速控制方案，对3号机组的风机控制系统进行变频节能升级改造，可以降低风机系统厂用电率40%左右。

1.2 节能升级改造方案

为了满足绿色环保节能电厂技术升级改造要求，减少电能资源浪费，降低电厂厂用电率，并提高风机系统调节控制性能，决定采用高压变频器对3号发电机组2台6.3 kV高压风机系统进行节能技术升级改造。按照3号机组2台高压风机并联独立运行工艺需求，并考虑到风机系统运行的安全可靠性，决定采用1台高压变频器拖动1台高压风机的单元接线自动切换改造方案，其具体逻辑接线如图1所示。

图1 6.3 kV高压风机变频节能改造方案

从图1可知，除了采用6.3 kV高压变频器外，虚线部分为本次节能升级改造内容的主要一次系统，由3个6.3 kV高压真空接触器（KM1、KM2、KM3）、2个6.3 kV高压隔离开关 （QS1、QS2）、1个TV互感器共同组成一面旁路柜。电厂厂用电6.3 kV电源经QF11用户开关、QS1高压隔离开关、KM2高压真空接触器与高压变频调速装置相连，变频调速装置经内部运算模块形成对应的控制策略，经KM3高压真空接触器和QS2高压隔离开关与6.3kV高压风机电动机相连，将电源供给电动机实现风机辅机系统的变频调速节能控制运行。为了提高辅机系统运行的安全可靠性，在变频调速控制装置出现故障后为确保发电机组安全高效的运行，6.3 kV电源还可以通过KM1高压真空接触器直接供给高压风机电机，实现工频运行。

2 节能技术升级改造应用效果分析

2.1 3号机组日平均电力负荷计算

为了较为准确地分析3号机组高压风机进行变频调速节能控制技术升级改造后所取得的节能经济效益，将3号机组2011年1月升级改造后1月—12月的电力负荷运行情况进行详细统计分析，进而分析3号机组每天的平均日负荷曲线。3号机组2011年1月—12月每天典型数据所组成的日平均负荷波动曲线如图2所示。

图2 3号机组日平均负荷波动曲线

从图2可知，通常在7：00前发电机所带电力负荷偏低，7：00后开始上升，10：00达到最高负荷，并基本维持最高负荷持续到12：00，之后有所下降，从13：00～18：00负荷维持在一个较高点，从19：00开始有所上升并维持2～3 h，最后到21：00开始慢慢下降，直到初始负荷。图2所示的3号机组负荷波动基本满足电力负荷日波动特性，通过对3号机组24 h的负荷进行加权平均，获得3号机组日平均负荷大约为每小时426 MW。2011年3号机组全年发电量为2 377 826 MWh，年运行小时数为4 247.18 h，由此可以计算出3号机组每小时平均功率为428.29 MW，与图2计算获得的429 MW基本相等。统计分析可知，机组按照330 MW、400 MW、500 MW、600 MW 4个运行工况运行，其负荷工况运行小时数大约为8 h，8 h，4 h，4 h，相应计算出的日平均负荷为427 MW，与日平均负荷426 MW比较符合。

2.2 节能效益分析

3号机组一次风机系统其在不同工况条件下工频和变频运行电动机所消耗电能，详见表1所示。

从表1可知看出，3号机组高压一次风机采用变频调速节能升级改造后，其在不同负荷工况下从工频运行的功率1 557.93 kW、1 582.36 kW、1 722.83 kW、1 801.31 kW有效降低到变频运行功率的401.6 kW、479.58 kW、868.82 kW、1 189.57 kW。当机组电力负荷不断下降时，变频调速所取得的节能效果越好，在330 MW负荷工况，其节约功率最为明显，节约1 156.33 kW。3号机组一次风机系统进行技术升级改造后，其一天可以节约电量为23 935.88 kWh，一年大约可以节约电量（按年运行小时数4 247.18 h计算）为4 235 833 kWh。

表1 一次风机工频及变频运行数据对比

按照平均每千瓦时发电标准煤耗为320 g计算，则可以节约标准煤约1 355.5 t。按照火电厂上网电价0.38元/kWh计算，则3号机组一次风机采用变频调速节能升级改造后，一年可以节约资金约161万元。6.3 kV变频调速装置按照950元/kW进行估算，则3号机组一次风机单台变频调速装置的升级改造成本约为213万元，只需1.5年就能完全收回成本。

3号机组一次风机进行高压变频调速节能升级改造后，不仅节能效果十分明显，每年可以节约213万元，而且调节运行较为灵活方便，且大大降低风机电动机启动电流，确保风机辅机系统具有较高安全可靠性。

3 结束语

随着电力电子技术理论研究和工程实践应用的进一步完善，高压变频器在响应性、调节性等各项技术性能方面均有很大拓宽和提高[5]。电厂高压一次风机变频调速装置，其投资较低且节能效益较为明显，通常在1～2年内就能完全收回投资成本。在火力发电行业中，风机、水泵等辅机负荷种类较多、功率较大，应充分结合辅机系统各种工况特性，合理选用变频器进行节能升级改造，提高辅机设备运行的高效稳定性和调速的准确可靠性，确保发电机组安全可靠、节能经济的高效稳定发电运行。

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[1]周希章,周全.电动机的启动、制动和调速[M].北京：机械工业出版社,2001.

[2]吴忠智,吴加林.变频器应用手册[M].北京：机械工业出版社,2002.

[3]谢茹.210 MW发电机组风机变频调速改造[J].中国设备工程,2010(5)：62-63.

[4]李凤鸣.高压变频调速在300 MW机组引风机上的应用[J].华北电力技术,2006(1)：34-37.

[5]舒服华,王艳.电动机节能降耗技术和方法探讨[J].电机技术,2008(3)：39-42.

Application of high voltage speed adjust and frequency conversion in some power plant

REN Ying
(Wuxi Institute of Arts and Technology，Yixing 214200，China）

1009-1831（2012）06-0031-02

F407.61；TK018

E

2012-08-17

任英（1981），女，江苏无锡人，助教，主要从事电子教学工作。