蒙西发电厂二次风机高压电动机变频器节能改造

王耀龙　翟溪

摘 要： 本文以蒙西发电厂一号机组二次风机变频改造为例，阐述了变频改造方案，分析比较了二次风机采用变频控制后的节能效果，事实证明该变频技术在节能降耗、提高自动化控制水平等方面具有优势。

关键词： 蒙西发电 变频 二次风机 节能

引言

蒙西发电厂使用2台300MW国产循环流化床机组，年运行小时数为5240.8h，长期处于较低负荷运行，平均发电功率为190MW。运行效率低，导致厂用电率较高，经济效益差。若进行变频改造，则可降低厂用电率0.6左右。实际统计循环流化床锅炉主要辅机：一次风机，二次风机，引风机，凝结水泵，循环水泵，在水泵原设计中约占厂用电率比例30%。为充分挖掘机组潜力，降低厂用电率和提高电网供电能力，电厂计划对2台引风机、2台一次风机、2台二次风机电机采用一拖一方式加装变频装置，即每台电机加装一台变频器；对2台凝结水泵电机采用一拖二方式加装变频装置，即每台变频器轮流带两台凝结水泵运行，提高电厂的经济收益。本文以蒙西发电厂一号机组二次风机变频改造项目为例，讨论变频调速技术在二次风机中的应用。

1.改造方案

蒙西发电厂#1、2炉型号为：SG-1057/17.4-M803型锅炉，锅炉为亚临界压力中间一次再热、单汽包自然循环、循环流化床锅炉。首次采用引进法国ALSTOM技术、由上海电器电站集团制造的300MW循环流化床锅炉，并配套上海汽轮机厂制造的直接空冷凝汽发电机组。于2007年年底两台机组相继投产。

该厂一号机组二次风机变频改造为：#1炉1A、1B二次风机变频器采用西门子（上海）电气传动设备有限公司生产的空冷型完美无谐波高压变频器，是控制交流电机速度调节的控制装置。#1炉1A、1B二次风机采用的是一对一的变频器，即每台电机拥有自己的变频器，可实现两台风机的变频运行方式。

完美无谐波变频器的硬件主要有干式变压器（绝缘等级H级）和功率单元及控制柜、旁路柜等。

干式变压器的主要作用是把6kV进线降压为630V，每相有6个抽头，其中每个抽头接一个功率单元，每相的6个功率单元采用串联方式连接。干式变压器共有18个抽头。

旁路柜内有三只隔离开关，分别是QS1（连接6kV进线至变频器）、QS2（变频器出口）、QS3（工频）。主要是用于工频、变频方式的倒换。QS1和QS2全部合入、QS3断开实现变频方式。将QS1和QS2断开，再合上QS3就可以实现工频方式。但是使用工频方式时（也就是QS3合闸状态）绝对不允许将QS1和QS2合入，否则上电时会对变频器造成损坏，而且QS2和QS3之间也带有机械闭锁功能。

图1 二次风机变频器一次图

Fig.1Electricalcircuitoffrequencyinverter

2.完美无谐波NBH系列高压变频器

完美无谐波高压变频器采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。完美无谐波变频器系统具有如下优点：提供纯净的输入特性，提供高功率因数，提供几近完美的正弦波输出。完美无谐波变频器符合最严格的电压、电流谐波畸变标准的要求，即使在输入容量不大于变频器额定容量的情况下也能满足。该变频器能保护其他在线设备（如计算机、电话、电子镇流器等）免受谐波干扰，同时能防止与其他调速装置发生串扰。功率因数是有功功率占总视在功率的比值，完美无谐波系列变频器获取几近完美的正弦波输入电流，使得其功率因数在整个调速范围内，无须使用外部功率因数补偿电容即可超过95%。完美无谐波变频器的设计使得变频器本身提供正弦波输出，无须使用外部输出滤波器。这意味着变频器只产生极少的失真电压波形，其产生的电机噪声根本感觉不到。事实上，完美无谐波变频器消除了变频器引发的使电机发热的有害谐波。同时，变频器引发的转矩脉动也被消除（即使在低速范围），因此降低了机械设备的应力，共模电压和dV/dt产生的应力也减至最小。

对于6kV电压等级完美无谐波变频器而言，每单元个数6，线电（VAC）6600V，变频器总单元数18，分立的功率单元安装在单元部分。所有功率单元的机械和电气参数均相同，所以它们可以方便地进行互换。每个单元包含自己的控制板用来与主控系统通过光纤进行通讯，该通讯是单元与控制柜内的主控部分之间的唯一连接，因而每个单元与主控系统完全电气隔离。

图2 功率单元结构

Fig.2Structurediagramofpowerunit

功率单元旁路（选件）作为选件，系统内的每个功率单元配备一只旁路接触器。如果功率单元发生故障，则变频器主控板自动接通对应的接触器。一旦该接触器得电，损坏的功率单元就不再作为系统电气的一部分，因而变频器可继续工作。一旦功率单元发生故障并被旁路，系统控制自动进行补偿（中心点漂移）以保持电机电压平衡。为了补偿跌落的电压，每相最多为5个功率单元的系统可为每相配备一个额外的功率单元（选件）。该3个备用功率单元用来补偿跌落的电压。如果没有配备备用功率单元，则变频器将工作在稍低的输出电压，但是仍然提供全部额定电流。功率单元旁路系统包括每个功率单元一个旁路接触器，一个接触器控制板（安装在功率单元柜内）及主控系统与接触器控制板之间的光纤连接。

因为完美无谐波变频器每相中的单元是串联的，所以将故障单元旁路不影响变频器的电流容量，但电压容量将下降。通常所要求的电机电压大致与速度成比例，所以变频器能满足应用要求的最大速度也将下降。在一个或多个单元发生故障后使电机有效电压最大是十分重要的。

（A） （B）

图3 电压叠加原理

Fig.3Voltagesuperpositionprinciple

如上图（A）每相5个功率单元串联，正常运行。为15单元变频器中没有单元被旁路，100%的单元在使用，提供100%的电压。A相电压指令相对B相電压指令有120°的位移，相对C相的位移为120°。

在上圖（B）中，通过调整相位角（中性点漂移）使变频器输出恢复平衡，15单元变频器仅A相旁路2个单元，余下87%的正常单元在使用，可提供80%的输出电压。单元电压的相位角被调整，因而，A相与B相及C相的相位差为132.5°，而不是通常120°这种方法等效于在单元电压指令矢量中引进零序成分。

3.节能分析

变频器节能分析理论计算

根据蒙西电网的实际运行情况，蒙西发电厂其年平均利用小时数约为5240.8小时，电价按0.35元/KWh计算，变频系统效率不低于95%。

二次风机电机参数：功率：1800kW，电压：6kV，电流：206A，功率因素：0.88，转速：1490rpm，电机类型：三相异步电动机，型号：YFKK630-4W。

当#1机组负荷为150MW时，风门开度为50%，电动机电流为110A。

工频运行时的耗电功率P=UIcosφ/η

=1.732×6000×110×0.88/0.95

=1058890W=1058.89kW

变频运行时的耗电功率P=P（Q%）/η式中，P为变频调速后的电动机功率，P为电动机的额定功率，Q%为机组固定负荷时风机运行功率与额定功率的比值转差率，η为变频系统效率。

则当#1机组负荷为150MW时，风门开度为50%，变频运行时的耗电功率为

P=P（Q%）/η

=1800×0.5/0.95

≈236.84kW

加装变频装置后，每年节省费用计算

D=（P-P）×H×A

=（1058.89-236.84）×5240.8×0.35

=1507869.874元≈150万元

结语

根据节能分析，二次风机在两年内可收回成本。蒙西发电厂1号锅炉二次风机改为变频调速控制后，取得了明显的经济效益，也提高了机组运行的安全可靠性。另外，采用变频调速后，二次风机不仅可以实现软启动，延长电机的使用寿命，改善电机的运行条件，而且二次风机转速下降，可减少阻力，降低噪音，可见变频调速技术在节能降耗、提高自动化控制水平方面具有很大的优势，值得推广应用。

参考文献：

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[2]梅升.300MW机组引风机变频控制改造[J].电机与控制应用，2010，37（4）：36-38.

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