高压变频技术在电站一次风机上的应用

0 引言

随着电力行业改革的不断深化，电力企业逐步由生产型向经营型转变，由高耗能企业向节约型企业发展。为提高企业效益，降低发电成本将是经营型企业长期坚持的目标，为此，节能降耗工作便成为发电企业生产经营管理的重要内容。火电厂如何实现低耗高效是一个被长期关注和不断发展的行业问题。在全球能源危机的大背景下，节能降耗技术也得到了日新月异的发展和普及。利用一些比较成熟稳定的新技术，对设备进行技术改造，一次性投入，实现长期节能降耗，这是一本万利，是利企利国的事情。

天津大唐国际盘山发电有限责任公司2×600MW火电机组是我国华北地区建设投产最早的600MW亚临界火电机组，是京津唐电网的主力机组，曾被国家计委列为1996 年利用国家外汇储备购买国产发电设备发展民族工业的试点项目。工程于1998 年10月开工，其中3#机组于2001 年12 月18 日正式投产，4#号机组于2002年6月5日正式投产。其对锅炉一次风机和汽机凝结水泵进行变频改造是实节

能降耗的具体例证。

1 一次风机系统简介

该公司每台机组配有两台沈阳鼓风机厂生产的双吸入前弯离心式一次风机。风机采用电机定速运转、入口电动动叶调整风机出力。一台一次风机容量为50%BMCR(锅炉最大连续负荷)。其具体参数如下。风机形式双吸入离心泵

风机型号G9-2×36 No.17F

风压15 542 Pa

风量160.5 m3/s

电机型号YKK710-4

额定电压6 kV

额定电流260 A

功率2 400 kW

转速1 494 r/min

绝缘等级F

锅炉一次风机主要是给锅炉制粉系统提供输粉的风源，属于锅炉三大风机之一，也是火力发电厂主要的高耗能设备。对于正压直吹式制粉系统，一次风机正常运行时主要起携带和干燥煤粉的作用，并提供煤粉着火初期所需空气。盘山发电公司锅炉一次风机系统的布置如图1所示。

2 一次风机变频改造介绍

由流体力学可知

P=qh (1)

式中：P为功率;

q 为流量;

h为压力。

而q∝n;h∝n2;P∝n3(n为转速)。如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速n 可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。例如：

一台水泵电机功率为55kW，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16 kW，省电48.8%，当转速下降到原转速的1/2 时，其耗电量为6.875 kW，省电87.5%。变频器是利用电力半导体器件将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，它先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。频率可控即电机转速可控，从而达到节能的目的。

G9-2×36No.17F型一次风机的额定电流为260A，当发电机在额定负荷600 MW下运行时，一次风机最大电流为186.5 A，只有额定电流的71.7%，低负荷运行时最低电流到133 A左右，是额定电流的51.2%左右，因此，一次风机具有很大的节能空间。经多方论证，公司决定将一次风母管压力控制由节流控制改为转速控制，以降低能耗，提高机组的整体经济效益。

2.1 改造方案

盘山发电公司分别在2003年和2004 年利用机组小修的机会为两台机组的4台一次风机电机进行了变频改造。采用的是罗克韦尔公司的AB Powerflex7000系列的双PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)、无输入隔离变压器的电流型变频调速装置，属于“一拖一”手动旁路方式，变频器接入原电气回路如图2所示。整个改造方案包括三部分：

1)变频器的安装和接入在风机旁就地搭建了专门的变频小间，其中安装的主要设备包括变频器主柜体、双路控制电源切换箱、变频器UPS(交流不停电)电源柜和变频小间柜式空调机，而变频器的所有就地操作以及运行参数和报警参数的检查设置都在变频小间内完成。

2)电气开关部分的改造6 kV高压开关加装了变频器保护回路和“工频/变频工作方式”切换把手，配合一次风机变频运行和工频两种工作方式的切换，另外从380 V低压交流厂用母线段和220 V直流母线段完成了对变频器控制电源和操作电源的供电改造。

3)热工逻辑和DCS操作画面的改造一次风机变频器改造后主要的工作方式选择和变频器启动允许程控逻辑方案如下。

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