300MW机组引风机变频调速改造分析

闫桂林

(茂名臻能热电有限公司，广东茂名　525000)



300MW机组引风机变频调速改造分析

闫桂林

(茂名臻能热电有限公司，广东茂名525000)

摘要：对茂名臻能热电有限公司300MW机组引风机变频调速改造技术进行研究，并对该引风机成功实施了6kV等级的电动机变频调速系统改造，投运后对该引风机变频改造项目进行了对比试验，引风机节电效果明显，机组厂用电率下降，充分证明大型火电厂进行高压变频技术改造的必要性，为该公司6kV等级辅机继续深化节能改造提供了宝贵经验。

关键词：引风机；变频；调速；分析

火力发电的各种风机和泵在生产发电过程中电耗非常高，各类风机和泵的总耗电量约占整个厂用电消耗的62％～73％，而厂用电约占机组总发电量的5.5％～6.5％左右［1］，所以提高风机和泵的工作效率，降低其耗电量，是降低厂用电率，提高火力发电的供电能力，降低火力发电企业运营成本，提高火力发电厂经济效益的一个重要途径。

根据电动机调速技术相关研究报告显示，国内约66.1％的年发电总量消耗在电动机上。目前国内电动机的装机容量已超过400GW，其中高压电动机的占比达一半。将近70.1％的空气压缩机、大功率水泵和风机等电厂6KV辅机采用高压电动机拖动的型式。火力发电厂的主要6kV辅机如下：锅炉给水泵、循环冷却水泵、汽机凝结水泵、脱硫系统增压风机、引（吸）风机、送风机、一次风机、输灰及仪用空压机等［2］。这些在火力发电厂不可或缺的6KV辅机设备，所消耗的电量基本占到厂用电份额的62％左右。

高压电机交流变频调速技术是现今节约能源、完善生产工艺过程以及改善电能质量的重要方法之一。变频调速以其良好的制动、调速、高效和节能性能而被广泛的应用，由于具备上述优势该种技术还将拥有更为广阔的300MW机组引风机变频调速改造技术进行研究，并成功对6kV电压等级的引风机电动机进行变频调速系统改造。

1　系统组成

高压变频调速系统由功率单元柜、移相变压器柜、旁路柜以及控制柜组成，如图1所示。其中功率单元柜和控制柜是整套调速系统的核心。每个功率单元输入的三相电源经滤波整流后变成单相电压U／V输出。采用三相全控整流方式，为防止充电电流对滤波环节电容的损害，该电容采用软充电技术。逆变部分采用IGBT功率器件和SPWM逆变控制技术。功率单元柜内各功率单元的结构、原理相同并可相互替换。各器件工作状态的监控、保护参数和IGBT的逆变控制指令都能及时传送至控制器。功率单元箱内直流母线电压都被实时传送至控制器并可在其操作界面上直接进行读取。

图1　高压变频调速系统组成

2　系统要求

由于电力产品的特殊性，电力生产给高压变频装置提出较高的要求。首先高压变频必须具有较高的稳定性，主要包含如下内容：①能够适应电网电压波动，即在电网电压波动（-20％～+10％）较大的情况下能够正常工作；②在电网瞬时失电并重合闸后能够继续运行，恢复供电后变频器能继续运行，要能够快速恢复至设备失电前的运行状态；③具备冗余功能，即在变频装置局部故障时不对其他部分运行造成影响，并能继续运行；④具备在线维护功能，局部故障可在变频调速装置连续运行的情况下排除；⑤谐波影响小，包括变频器对电网的影响（输入电流谐波）和变频器对驱动电动机的影响（输出的电压、电流谐波）。其次要求高压变频装置具有便捷性：①尺寸不大并可靠边安装，可适合各种安装场地；②可以较为方便的开展高压电缆安装工作，齐全的控制接口便于实现集散控制；③便于维护，可长时间使用。

3　系统特色功能

（1）主电源突然停电时，系统通过程序可以实现3秒内不停机，以满足母线切换的需要。主电源突然停电后，主控箱在检测到功率模块全部报缺相故障时，不立即发出跳高压开关指令（延迟三秒），而是调整变频器输出频率逐步衰减，如果主电源在三秒内恢复正常，变频器自动恢复停电前的运行频率；如果主电源在三秒内未能恢复，则变频器停止运行并输出跳开高压开关指令。

（2）当控制电源掉电时不会停机，利用UPS装置供电，可以维持变频器运行约三十分钟。

（3）变频、工频相互切换功能，变频器增设系统旁路开关，以确保在变频器退出运行时，电机直接切换为工频状态运行。

（4）系统设定信号掉线时，通过程序可实现变频器按原转速继续运转。当远程模拟给定信号掉线时，变频器通过存储掉线前的转速记录，保持其输出转速稳定。

（5）来电自启动功能，高压侧短时（≤20秒）失电后，变频器控制器自动记录电机的速度，并自动启动恢复系统失电前运行状态，实现电机的平滑启动。

（6）飞车启动功能，飞车启动是考虑电机还在旋转状态的状态下，启动变频器时其控制器自动查找电机的速度，实现电机平滑启动的功能。

4　引风机变频改造后节能分析

现选定茂名臻能热电有限公司300MW机组引风机进行变频调速改造，主要根据实测改造后引风机在机组不同负荷状态下的电流，综合计算得出改造后引风机的节能量，实现节能改造。引风机高压变频改造前后的相关数据做对比如表1所示。

按机组负荷率在75％情况下，年运行7500小时，年发电量为16.875亿kWh，机组在300MW（100％负荷工况）的运行小时为500小时，在270MW（90％负荷工况）的运行小时为500小时，在240MW（80％负荷工况）的运行小时为2000小时，在215MW（70％负荷工况）的运行小时为4500小时，详细计算各个引风机改造后的节能效果如下。

表1　引风机改造前后数据对比表

（1）在100％负荷工况下，改造后的引风机节约电量：

（2）在90％负荷工况下，改造后的引风机节约电量：

（3）在80％负荷工况下，改造后的引风机节约电量：

（4）在70％负荷工况下，改造后的引风机节约电量：

故引风机改造后一年可以节约的电量W总= 559424 . 2kWh + 449115 . 2kWh + 2341517 . 1k Wh + 6874382.8kWh=10224439.3 kWh，节约的电量将直接产生发电经济效益，按税后上网电价0.45元/ kWh计算，则引风机改造后可以产生的直接经济效益为4600997.7元（10224439.3 kWh×0.45元/ kWh=4600997.7元）。

5　结语

本文针对茂名臻能热电有限公司300MW机组引风机变频调节改造，对系统特色功能、性能参数等做了详细的介绍，并根据实测改造后引风机在机组不同负荷状态下的电流，综合计算得出改造后引风机的节能量，证明此次改造能够大幅降低300MW机组的厂用电率，增加机组上网电量，并产生可观的经济效益。

参考文献：

［1］李树明，李长庆.国产高压变频器在电厂辅机节能改造中的应用［J］.高压变频器，2010（1）：68-72.

［2］何川，郭立君.泵与风机［M］.第4版.北京：中国电力出版社，2008：54-56.

［3］Keiju Matsui,Yasutak Kawata, et al. Application of Parallel Connected NPC-PWM Inverters with Multilevel Modulation for AC Motor Driver ［J］. IEEE Trans on Power Electronics, 2000，15（5）：901-907.

［4］Yilmaz Sozer, David A. Torrey, Suhan Reva. New Inverter Output Filter Topology for PWM Motor Drives［J］. IEEE Trans. Power Electronics, November 2000（15）：1007-1017.

［5］Bor-Ren Lin,Analysis and Implementation of A Three-level PWM rectifier/inverter［J］. IEEE Trans Aerospace and Electronic Systems, July 2000（36）：948-956.

［6］宛路威. TS-HVAF-高压变频器的开发与应用［J］.变频器世界，2006（11）：51-54.

［7］中国电器工业协会. 2007年中国高压变频器行业发展报告［R］.北京：中国电器工业协会，2007.

［8］土松，吴小洪等.火电厂高压电动机调速技术应用情况分析［J］.变频器世界，2005（9）：33-36.

［9］徐晓宇.变频器在煤矿提升机中的应用与研究［D］.山东：山东大学硕士学位论文，2008.

［10］韩安容.通用变频器及其应用［M］.北京：机械工业出版社，2006.

作者简介：闫桂林（1982-），男，硕士，工程师，研究方向为热能动力。