火电厂引风机变频调速技术改造.pdf

运行与维护 Running and Maintenance 104 今日制造与升级 2023.8引风机是火力发电机组的重要组成部分，运行时要消耗大量能源。使得整个火力发电机组能耗量居高不下，不符合现代社会可持续发展的要求。因此，火电厂需要采取变频调速的方式对引风机进行改造，以降低引风机的能耗量，提升整个机组的节能水平。1 变频调速原理不同工况下风机运行特征曲线如图1所示，其中，曲线1表示全速工况下，风机风压 H 与风量 Q 的关联性；曲线2表示风门全开工况下，管网的特征曲线。曲线1与曲线2相交处，为自然运行时的工况点，其中风压用 H1表示，风量用 Q1表示。整个火力发电机组运行过程中，炉膛内的负压在不断改变，因而需要实时调节风量，这时，将风量调节为 Q2。对于传统控制方法来说，主要是根据 Q2值，适当对当班开度予以调节，使曲线2变成曲线3。这时，曲线3与曲线1在 B 处相交，即可推导出风量 Q2，但风压会提升到 H2；将风机特征曲线调节成曲线4，使其与曲线2在 C 处交汇，即可推导出风量 Q2，且风压减少到H3。处于 A、B、C3个工况点，若风机、电机与机械传递系统的效率完全相同，则可以发现风机功率 PA、PB、PC与风量、风压存在正相关关系，即图1中所示的矩形面积，PA对应的是 AH1OQ1，PB对应的是 BH2OQ2，PC对应的是 CH3OQ2。观察图像能够发现，CH3OQ2面积最小，而AH1OQ1面积最大，相对于通过风门调节来说，对风机转速调节所消耗的能量明显更低。2 某火力发电机组概述本研究选择某火力发电站1号机组作为研究对象，介绍引风机变频调速技术改造。该发电机组主要由锅炉、除尘器、制粉系统、冷却水系统、常用压缩空气、引风机和变频器等构成。其中，引风机采用静叶可调轴流式风机，按照垂直进风、水平出风的方式水平布置；机组共配置2台风机。引风机运行时，通过6kV 电机驱动。3 火电厂引风机变频调速技术改造方案3.1 引风机配置根据某火力发电机组运行需求，共布置了2台风机（1号与2号），并列工作，每台风机的功率均是1800kW。其中，1号风机与主厂房6kV 的 IA 段连接到一起，2号风机与主厂房6kV 的 IB 段连接到一起。3.2 引风机变频改造3.2.1 一次接线改造在2台引风机线路中均安装1台高压变频器，利用主厂房对应的电源向引风机及变频器提供驱动力。改造之后，采用变频控制时，通过对开关 QS2的控制，将6kV 电压经过高压断路器传输给变频器，之后通过开关 QS3的控制，将电压传输给电机；采用工频控制时，以断路器为媒介，由开关 QS1将6kV 电压直接传输给电机。变频器出现故障摘要文章介绍变频调速基本原理，以及火电厂引风机变频调速技术改造方案和变频器的选择。以此为基础，通过实例分析，对改造方案应用效果进行验证。通过验证发现，利用该方案对引风机改造后，能够显著降低能源消耗量。关键词火电厂；引风机；变频调速；技术改造中图分类号TM621.7 文献标志码A火电厂引风机变频调速技术改造蔡德春（国家电投集团协鑫滨海发电有限公司，江苏盐城224500）?H?H?Q?CABQ?H?O图1 不同工况下风机运行特征曲线运行与维护 Running and Maintenance 2023.8 今日制造与升级 105后，自动断开 QS2与 QS3，并将 QS1闭合，使电机正常运行。为避免出现误操作，在旁路柜中，隔刀应进行闭锁设计。改造后电路如图2所示。断路器QF6kV高压变频器QS1QS2QS3MQS1变频器旁路开关；QS2变频器进线刀闸；QS3变频器出线刀闸图2 一次接线改造后的电路3.2.2 二次接线改造原开关柜中分别安装了2个综合保护元件，一个是 WDZ-5232，用于向电机提供综合保护，另一个是WDZ-5231，用于电机的差动保护。本次改造中，主要是更换个保护元件，其中，前者更换为 WDZ-5237，后者更换为 WDZ-5234，其他保持不变。3.3 变频器室布置对于原高压变频器来说，包含进线柜、变压器柜等多个部分，体积较大，且还要布置风道，各变频器室应保持独立，对室内要求较高等，在一定程度上影响整个机组的运行。针对这一情况，本次改造过程，选择引风机房的后方，构建新的变频器室，用于变频器等设备的放置。3.4 变频器电缆布设改造后，电机的功率是1800kW，电流在216A 左右，原电缆符合要求，无需更换。但需要在进线柜与电机之间，利用 kvvp2-22电缆进行连接。此外，为了提升整个系统的安全性，应对电缆布设方式予以优化，即在新变频器室当中适当位置处，挖掘出高1000mm、宽1000mm 的电缆沟，以此用于电缆的布设。4 变频器选择4.1 核心技术指标目前，电力领域有多款变频器，通过横向对比，该项目采用 ASD6000U-1800变频器，其主要技术指标及参数见表1。表1 变频器主要技术指标及参数指标参数或规范电源连接标准电压三相 6kV频率区间（Hz）45 55电压区间（%）+10，-30功率位移因数 0.96电机连接过载承受水平120%过载工况时运行 60s调频区间（Hz）0 50输出频率分辨率（Hz）0.01效率（%）96相对谐波含量（%）2控制控制模式正弦波 PWM 串联移相叠波的交直流高压控制模式加/减速斜坡（s）60 180环境状况存储温度（）-40 70运行温度（）-10 55相对湿度（%）90运行条件无阳光直射，无易腐、易燃、易爆等气体4.2 主电路ASD6000U 变频器运行时，调频原理非常简单，通过对多个功率模块的串联，不断提升电压等级，从而产生较高的电压，符合负载运行需求。向变频器内输送三相6kV/50Hz 交流电后，先传输给移相变压器。对于移相变压器，二次侧分成15套副边绕组，每套副边线圈分别给对应的功率模块供电，包括15个功率模块，每相5个功率模块，分成5个不同的相位组，相差12，通过延边三角形的方式组合到一起。对于各功率模块来说，均为低压设备，标准电压是690V，各相中的功率模块整合到一起后，整个相电压为3450V。通过 Y 联结的方式，将三相整合到一起，最终输出6kV 电压，以此驱动电机运行。4.3 功率模块引风机功率模块结构如图3所示。各模块之间，能够相互进行替换；功率模块的一端，连接了一个交直交电压源型逆变器，通过 PWM 模式进行控制，其中，输入为三相电流，输出端为单相电流。功率模块运行时，根据各模块的运行需求，由主控系统对电压、频率进行调整，以使功率模块处于最佳运行状态。二极管全桥整流直流滤波逆变输出旁路KMUVQ4Q2Q1Q3熔断器RST图3 功率模块结构运行与维护 Running and Maintenance 106 今日制造与升级 2023.84.4 控制系统为了自动对功率模块进行控制，此改造项目还设计了控制系统。其中，选择全数字控制系统，结构如图4所示。对于各功率模块来说，利用光纤的方式与主控板连接到一起，各功率模块相互独立，之间互不干扰。主控板根据各功率模块运行情况数据的采集，评估各模块运行情况，并以此为基础，向各模块发出相应的控制指令，以使功率模块按照要求运行。?图4控制系统结构5 节能效果分析选择与1号机组结构相同的2号机组作为对照，对改造方案的节能效果进行了分析。按照上述方案对1号机组改造后，分别检测2台机组1个星期内的日用电量、日发电量，并以此为基础，推导出耗电率与节电率，以此判断该方案的节能效果。（1）耗电率。运算公式为 A=B/C100%，其中，A为耗电率，B 为用电量，C 为发电量。（2）节电率。运算公式为 Q=（P-R）/P100%，其中，Q 为节电率，P 为工频耗电率，R 为变频耗电率。通 过 检 测 与 计 算 可 知，1 号 机 组 运 行 过 程中，日 耗 电 量 在 48.60 45.36MWh，日 发 电 量 在2525 2665MWh，日 耗 电 率 在 1.75%2.12%，均 值 为 1.94%；2 号 机 组 运 行 过 程 中，日 耗 电 量 在77.84 82.83MWh，日发电量在2827 3002MWh，日耗电率在2.68%2.86%，均值为2.76%。由此表明，相对于2号机组来说，1号机组具有更加良好的节能效果，节电率将近30%。6 结束语综上所述，利用变频调速方式对引风机进行改造，可显著降低整个机组的耗电率，不仅符合现代社会可持续发展需求，而且降低火力发电机组运行成本，为发电厂创造更多经济效益，有利于火电厂快速、稳定发展。参考文献1 赵璞.变频调速技术在工业电气自动化控制中的应用研究J.造纸装备及材料，2023，52（4）：118-120.2 张鲁宁.600MW机组引风机电机双速改造的节能分析J.节能与环保，2023，17（3）：80-81.3 屈永强.火电厂节能改造中高压变频调速技术的应用J.能源与节能，2022，6（1）：76-78.4 杨威，琚敏，陈勤根，等.深度调峰下电站锅炉动调轴流引风机节能改造技术研究J.风机技术，2021，63（3）：94-100.5 张菁.引风机电机改造变频运行时轴系系统扭振的分析及处理J.上海大中型电机，2019，22（4）：1-6.作者简介蔡德春（1985），男，河南信阳人，本科，工程师，主要研究方向为火电厂电气设备检修运维。（上接第103页）2 胡佑兵.翻车机系统反位错车自动动作工艺设计J.起重运输机械，2021（21）：77-80.3 胡佑兵.粉尘检测与翻车机底层洒水联动系统设计与研究J.矿山机械，2022，50（6）：15-19.4 戴浩林，杜勇，杜君，等.翻车机回转装置重心分析与研究J.起重运输机械，2021（1）：64-68.5 曲太旭.“O”型不解列双车翻车机转子钢结构多工况有限元分析J.机械设计与制造工程，2020，49（11）：17-20.6 刘珊，吴立新.翻车机卸车系统能力影响因素分析及优化J.水运工程，2021（2）：48-52，63.7 陈义国，杜君，朱昌进，等.基于近似模型的C96翻车机轻量化设计J.机械设计与制造，2020（2）：288-291，295.作者简介张劲松（1989），男，河北秦皇岛人，本科，工程师，主要研究方向为设备管理。