冯营电力公司二次风机变频调速改造研究

孙 亮

(焦作煤业(集团)冯营电力有限责任公司，河南 焦作 454002))

1 概述

冯营电力有限责任公司2×60MW综合利用发电项目，是焦作煤业集团解决煤炭生产过程中产生的煤矸石、煤泥等低热值资源综合利用而兴建的。焦作煤业(集团)冯营电力公司总装机容量为2×6万千瓦，各采用一台500KW的二次风机。改变频前二次风机主要采用进口风门档板调节，以控制风量，其输出功率不能随机组负荷变化而变化。此方式具有能耗高、系统振动大等缺点，另电机的启动电流较大，对电网和机械的冲击大，设备维护费用高，同时调节阀门容易磨损，电机轴瓦温度高，风机振动增大，影响机组正常运行，给机组的安全运行带来隐患。

2 改造目的

为了降低生产成本，降低能耗，适应我国关于节能减排规划的要求，采用低消耗、低排放、高效率的持续发展理念的经济增长模式，再者变频节能技术的广泛的应用，获取了较大的节能效果和维护经验。随着变频器技术产品的成熟与稳定应用，我们把这一节能成果又进一步扩大到了高压电机上，并于2007年5月完成了对二次风机的变频调速改造。

3 改造方案

3.1 主回路方案选择

高压变频器厂家提供一拖一手动旁路方案与自动旁路方案选择。一拖一手动旁路方案在检修变频器时，有明显断电点，能够保证人身安全，同时也可手动使负载投入工频电网运行;手动旁路可人为判断故障后再切换，比较安全;造价低等优点［1］。

自动旁路方案能在变频器出现严重故障时，系统能够自动转入工频电网中，切开变频调速系统，而负载不用停机，满足现场不能停机的要求。但价格比较高，使用复杂，电机变频运行时向工频运行转换，自动旁路一般也不会有问题，但如果是由于电机及其负载的故障引起变频器停机，再次旁路，有可能使故障扩大化。此外当电机在低于工频的转速下运行时，如果自动切换到工频，电机转速突然升高，炉膛负压、风量等参数会发生突变，影响系统的稳定。

根据冯营电厂风机负荷的重要性，公司决定采用的变频器一拖一手动旁路方案。具体的设计方案如图1所示。

QF为我厂二次风机原有真空断路器，QS1、QS2、QS3为3台高压变频器高压隔离刀闸(旁路切换柜内)。当二次风机需变频状态运行时，首先应将刀闸QS3拉开，然后将刀闸QS1和QS2合上，最后将QF真空断路器合上，使高压变频器得电，启动变频器驱动二次风机。为保证电气运行人员操作的安全性和准确性，在QS1、QS2和QS3刀闸之间实现电气互锁，保证QS2和QS3不能同时闭合;为提高刀闸操作的安全性，同时再增加机械互锁，能进一步保证QS2和QS3不能同时闭合。当需二次风机工频状态运行时，首先应将刀闸QS1和QS2可靠断开，然后将刀闸QS3旁路刀闸合上，刀闸操作、检查完毕，最后再合上真空断路器QF直接二次风机电动机工频运行［2］。

为了保障高压变频器发生内部故障时，能及时、有效断开变频器进线真空断路器QF，实现对变频器的保护。变频器发生故障时发出的跳闸指令，联跳真空断路器QF，保证变频器故障状态下自动断开电源。

为保障运行人员对高压变频器的操作安全，同时将断路器QF与三把刀闸QS1、QS2和QS3实现电气互锁，运行人员只有在真空断路器QF可靠断开的情况下，才能操作QS1、QS2和QS3三把刀闸。

图1 一次主回路接线图Fig.1 main circuitwiring

3.2 控制方案

冯营电厂机组控制系统为上海新华DCS系统实现控制，高压变频调速装置满足了过程控制系统的要求，可实现转机设备无级调速。高压变频器按设定的程序实现对变频调速系统频率、转速进行控制，以达到调速或节能目的。

3.2.1 与DCS系统的接口方案。DCS系统与高压变频器之间的信号总共有10个，其中开关量信号8个，模拟量信号有2个。二次风机高压变频调速改造后的DCS系统介绍如表1所示。

表1 DCS系统介绍Table 1 DCS system Introduction table

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3.2.2 DCS增加画面内容：增加二次风机高压变频器频率调节模块;增加二次风机高压变频器运行电流指示;增加二次风机高压变频器轻故障报信号;增加二次风机高压变频器故障报警信号。正常情况下，二次风机高压变频调速运行方式。

3.2.3 二次风机高压变频器启动条件：满足二次风机原有启动条件;高压变频器无重故障信号;高压变频器开关在合闸位置，6kV高压侧部分反馈为1;高压变频器就地就绪信号到位，PLC反馈启动就绪为1。

4 改造效果评价

4.1 良好的经济效益

北京利德华福HARSVERT—A系列高压变频器采用模块化设计，便于高压变频器的运输和安装，缩短了设备的安装、调速时间。高压变频器从2007年7月20日开始进行设备安装，2007年7月23日完成设备的全部调试工作，二次风机投入变频运行。经过长期的安全、可靠运行，二次风机改造前后实际耗电量的统计如表2所示。

表2 二次风机能耗表Tab.2 Second fan energy consumption

由表2可知，二次风机高压变频调速改造后，设备运行电流降低25A，耗电量降低158多万 kW?h，设备节电率为50.6%，远远达到了预期节能目标。

4.2 降低对厂用电系统的冲击

二次风机高压变频器调速改造后，高压电机启动电流随频率缓慢递增至工作电流，实现了高压电动机的软启动。同工频直接启动相比，启动电流有了大幅度的降低，对厂用电系统几乎没有冲击［3］。

4.3 延长了设备使用寿命

二次风机采用高压变频调速，电动机启动电流小，降低了对其绕组的电应力和绝缘的损害，提高了电动机的使用寿命。同时，变频调速改造后，调风挡板的使用频率降低，这就大大延长了风机挡板、密封和轴承的使用寿命。

4.4 减少电机启动时的电流冲击

电机直接启动时的最大启动电流为额定电流的7倍;星角启动为4～5倍;电机软启动器也要达到2.5倍［4］。电动机采用变频器启动后，启动基本没有冲击，电流从零开始，仅是随着转速增加而上升，不管怎样都不会超过额定电流［5］。因此锅炉高压辅机变频运行解决了电机启动时的大电流冲击问题，消除了大启动电流对电机、传动系统和主机的冲击应力。

五 小结

发电厂生产工艺的特殊性和变频调速技术的复杂性，决定了变频调速技术在发电厂的应用有区别于其他行业的特殊性。在技术条件、工程设计、安装调速和运行维护方面必须进行认真的研究。在技术方面，要注意设备的可靠性、抗干扰能力、散热和防尘;在工程设计方面，要注意设备的选型、科学性、运行和操作的合理性以及经济性等。

［1］白恺等.火电厂大型电动机应用变频调速技术的可行性［J］.华北电力技术，1999，29(11)：33 ～35.

［2］程汉湘.高压变频器的实现方法研究［J］.电气传动自动化，2000，12(2)：16-18.

［3］丁旭元，程林，刘耀年.电机效率变化对变频改造节能效果的影响［J］.节能，2010，(11)：25-28，2.

［4］傅光辉，李剑军.汽轮机循环冷却水泵变频改造［J］.能源研究与管理，2010，(01)：51-52，59.

［5］高义，刘艳霞，王毕斐.热电厂高压变频工程设计应用［J］.中国科技博览，2010，12(5)：252 ～252.