— 工程技術部  郜學戰 —

        隨著電力行業改革的不斷深化和發展，降低發電成本提高上網電價的競爭力，成為各電廠的首要經營任務。降低發電廠的廠用耗電率是發電企業降低發電成本的重要手段之一�；痣姀S機組中原設計中一次風機是由工頻定速電機拖動，在運行中通過改變擋板開度的方法進行調節。一次風機根據機組的額定容量而設計制造的，只有在額定工況下才能在高效區運行，然而在實際運行中的很少機組能達到額定負荷率，在這樣的情況下工作區域往往都偏離其高效工作區，設備的使用效率較低，增加了廠用耗電量。為了降低廠用電率，國電某電廠1#爐600MW機組采用湖北三環變頻器（SH-HVF-Y6K/1650）對一次風機的2臺電機進行了變頻改造。

        一、國電某電廠一次風機概況

        該發電廠共有4*#600MW機組，其中1#爐配置2臺一次風機，正常時并列運行，一次風機風量調節通過調節進口擋板的來實現對爐膛壓力的控制。由于擋板節流損失大，運行效率低，而且在負荷經常變化時調節不及時等多方面原因導致浪費了大量電能。一次風機設計流量67m3/s，風機全壓：9.2kPa；轉速：1492rpm。

一次風機電動機型號參數

型號         AMA500L4A BAYH    

額定功率     1650kW

額定電壓     6000V

額定電流     182A

功率因數     0.9

轉速         1492 rpm

重量         10550kg

生產廠家     ABB

        二、主回路方案

        1機組一次風機電機進行變頻調速改造，每臺一次風機電機各用一套變頻調速裝置，變頻裝置為“一拖一”方式，一次風機變頻改造主回路方案為了充分保證系統的可*性，變頻器加裝工頻旁路裝置。當變頻器異常不能正常運行時，電機可以切換到工頻運行狀態下運行，以保證生產的需要；其原理圖如下：

        QF為用戶側高壓開關柜，由用戶提供。隔離刀閘QS1、QS2和真空接觸器KM1、KM2、KM3組成工頻旁路柜，由供方與變頻器配套提供。高壓電源經用戶開關柜高壓開關QF到刀閘柜，經輸入隔離刀閘QS1、真空接觸器KM1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經真空接觸器KM2、出線刀閘QS2送至電動機；高壓電源還可經真空接觸器KM3直接起動電動機。

        工頻旁路柜的作用是：一旦變頻裝置出現故障，即可自動斷開KM1、KM2，將變頻裝置隔離，再自動合上KM3，在工頻電源下起動電機運行。另外通過在遠程DCS工作站或變頻器觸摸屏上手動實現工頻啟動；當變頻器故障消除后，無需停下電機，可以直接在電機工頻運行情況下切換到變頻運行，即“飛車啟動”，實現工頻/變頻的任意啟動模式。

        KM2、KM3之間有電氣互鎖，同時QS2與KM3之間通過機械閉鎖，防止誤操作。電機及用戶側高壓斷路器QF保留用戶原有設備。

        三、湖北三環變頻器的系統構成

        一次風機變頻改造選用湖北三環的SH-HVF-Y6K/1650變頻調速器，變頻調速系統柜體組成包括、變壓器柜、功率單元柜、以及控制柜、旁路柜四部分組成。18個功率單元，每6個功率單元串聯構成一相，每個功率單元結構上完全一致，可以互換，為基本的交－直－交單相逆變電路，整流側為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制。

        1、輸入側移相變壓器

        輸入側移相變壓器將網側高壓變換為副邊的多組低壓，各副邊繞組在繞制時采用延邊三角接法，相互之間有一定的相位差。

        移相變壓器柜是一臺特殊結構的干式整流變壓器，H級絕緣，系統溫度可達180℃。設有三相溫度巡檢儀，其原邊通過高壓開關柜內的高壓隔離刀閘與6kV廠用段相連，而副邊繞組則根據電壓等級和變頻功率單元的級數分為多組，與功率單元柜內的功率單元連接，為所有功率單元供電。

        2、功率單元

        功率單元是整臺變頻器實現變壓變頻輸出的基本單元，整臺變頻器的變壓變頻功能是通過單個功率單元實現的，每個功率單元都相當于一臺交-直-交電壓型單相低壓變頻器。

        功率單元整流側用二極管三相全橋進行不控全波整流，中間采用電解電容濾波和儲能，輸出側為4只IGBT組成的H橋。

        3、單元串聯多電平的輸出結構

        變頻器輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，中性點浮空。雖然每個功率單元輸出的都是等幅PWM電壓波形，但相互間有確定的相位偏移，通過串聯疊加，可得到正弦階梯狀PWM波形。

       變頻器采用這種單元串聯的結構，使變頻器可以實現單元旁路功能（該功能為選件），當某一個單元出現故障時，通過使功率單元輸出端子并聯的繼電器K閉合，將此單元旁路出系統而不影響其他單元的運行，變頻器可持續降額運行，可減少很多場合下突然停機造成的損失。

        需要特別注意的是，三環高壓變頻器采用的是機械旁路方式，而國內其他大部分高壓變頻器廠家采用的是電氣旁路方式。三環高壓變頻器所用的機械旁路方式（后簡稱機械旁路）和其他廠家采用的電子旁路兩者的根本區別如下：

        （1）機械旁路采用旁路模塊來完成旁路，而電氣旁路方式則往往采用可控硅/IGBT 等電子元件；

         （2）機械旁路的旁路執行機構是獨立的部分，不管故障單元上驅動板/功率器件/通訊光纖等器件如何損壞，都不會影響旁路功能，可*性比較高；而電氣旁路往往需要由單元驅動板來控制，當驅動板上任何元件發生問題，都將使得旁路功能陷于失控的危險狀態，所以電子旁路的可*性差。
 

        4、控制系統

        變頻器控制系統接收用戶的控制指令（啟動、停機、急停、頻率給定等），對各功率單元進行觸發、封鎖、旁路等控制，使變頻器提供相應的頻率和電壓輸出�？刂葡到y還對變頻器各部件的狀態（如各個功率單元、變壓器、風機等）進行監控，提供故障診斷信息，實現故障的報警和保護。

        在現場應用中，控制系統負責與現場接口，提供閥門聯動、自動調度等現場需要的控制功能。

為了實現控制部分和高壓部分完全可*隔離，控制器與功率單元之間采用光纖通訊技術，系統具有極高的安全性，同時具有很好的抗電磁干擾性能。

       5、變頻改造后工藝

        變頻改造后，通過變頻器與DCS的連接，實現遠程控制，與DCS的接口信號如下：

      正常時，在控制室根據生產工藝和負荷調節高壓變頻器的目標給定頻率（通過4～20mA信號輸出到高壓變頻器）來調節風量。

      異常時，即變頻器出現故障而又無法自動排除時，變頻器可以斷開K2和K3，將變頻裝置隔離，閉合旁路接觸器K1，切換時間不大于5秒，使運行風機在工頻電源下正常運行，以保證生產的安全運行。同時輸出故障信號至中控室。

       6、改造后經濟性分析

       國電某電廠通過對1#爐兩臺一次風機的變頻改造，取得了顯著的經濟效益，降低了廠用電率，下表為變頻前后的耗電對比情況。

  以上為在不同負荷時的節電率，由于發電機組經常處于變負荷運行狀態，由上表數據可以看出，正常負荷節電率為20%左右，同時變頻器在發電量越低時節電效果越明顯。

        7、變頻改造后間接效益

        在機組變負荷運行方式下，風機采用高效的變頻調速驅動系統取代常規的定速驅動系統，節約大量的節流損耗，節電效果顯著，潛力巨大。

        風機改用變頻器后，在降低風機轉速運行的同時，噪音可大幅度地降低，同時消除了因調節擋板控制風量而造成的管網內氣流紊亂和風量調節不準確，以及管網振動和爐膛燃燒不穩等缺陷。

        使用高壓變頻器后，風機擋板不需要頻繁調整，擋板開度保持在一個比較大的范圍內，通過調節變頻器的輸出頻率改變電機的轉速，達到調節風量的目的，滿足運行工況的要求。風機變頻運行后，噪音、振動都將大為減小。

        由于變頻調速驅動系統本身具有軟起動功能，可使電廠風機實現軟起動，避免了由于電動機直接起動引起的電網沖擊和機械沖擊，從而可以防止與此有關的一系列事故的發生。

        總結：

        設備自運行以來來，高壓變頻器所帶的1＃爐600MW一次風機電機調速性能穩定，節能效果顯著。另外由于實現軟啟動，避免了電機啟動時對電網和機械的沖擊，電網電壓更加穩定，同時電機和風機的使用壽命得到延長。如果考慮到節省系統維護費的用及系統運行可*性的提高，綜合經濟效益更高。

        鍋爐一次風機等風機類設備采用變頻調速技術實現節能運行是我國節能的一項重點推廣技術，受到國家政府的普遍重視，實踐證明，變頻器用于風機類設備驅動控制場合取得了顯著的節電效果，是一種理想的調速控制方式。既提高了設備效率，又滿足了生產工藝要求，并且因此而大大減少了設備維護、維修費用，還降低了停產周期。直接和間接經濟效益十分明顯，我們認為目前高壓變頻器正逐步取代其他調速方式成為首先的應用方式讓用戶認可，隨著高壓變頻器的大規模應用，性價比不斷提高，最終變頻器將會成為電機調速的最佳選擇。