600 MW机组引风机电机高压变频调速装置利旧增容改造

黄海波

(湖南华电长沙发电有限公司，长沙 410203)

600 MW机组引风机电机高压变频调速装置利旧增容改造

黄海波

(湖南华电长沙发电有限公司，长沙 410203)

湖南华电长沙发电有限公司2台600 MW机组4台引风机变频器冷却方式均为开式循环，运行环境温湿度偏差大、粉尘含量过高，功率单元频繁发生故障。2台机组风烟系统均采用“引增合一”方式后，引风机电动机容量由4 000 kW增加到6 000 kW，目前配置的4 500 kV·A高压变频调速装置已无法满足其正常运行要求。为降低投资成本，提出变频器冗余并联运行方式，提高供电系统的容量。改造后节能率高达30%～50%，同时大大降低了设施设备的能耗成本和运行成本。

600 MW机组；引风机；电机；变频调速装置；供电系统；增容改造

0 引言

湖南华电长沙发电有限公司(以下简称长沙公司)为了降低机组能耗、提高资源利用率，决定对#2机组引风机电机高压变频调速装置进行利旧增容改造，规划利用现有4套4 500 kV·A高压变频调速装置并联成2套9 000 kV·A的高压变频调速装置实现，并将变频器冷却方式由开式循环改为闭式循环，克服变频室受外界环境的影响，提高对变频器的有效控制能力，降低变频器改造的投资成本，避免变频器受外部扰动停运对机组的影响。

1 高压变频器并联驱动系统总体设计

1.1系统主回路控制策略

并列驱动变频器一次回路原理如图1所示，通过光纤通信方式，实现控制板件之间的高速通信，如果A/B变频器的输出电压不同期，变频器之间会产生电流(横流)流动。为避免一次回路操作时序不同步，发生充电冲击、能量倒灌、单机运行等异常状况。主从机变频器的启停机、充电、工变切换等时序操作均由主机的可编程控制器(PLC)负责，从机不设计PLC控制，以保证系统操作的同步性[1]。

图1 并列驱动变频器一次回路原理框图

为避免二次回路电压电流波形出现偏差，导致变频器之间形成有功、无功环流，牺牲变频器容量等异常状况。在主从机控制系统参数、主回路器件参数绝对一致时，同时设计差流控制策略，保证主从机输出功率的平衡。

1.2系统主回路逻辑关系

高压变频调速装置一次回路由2把隔离刀闸QS1/QS2和3台高压真空断路器QF2/QF3/QF4组成一拖一自动旁路方式，具体接线如图2所示。其中，QF2为手车式真空断路器，QF3/QF4为固定式真空断路器。6 kV电源经隔离刀闸QS1、真空断路器QF3到高压变频装置，变频装置输出经真空断路器QF4、隔离刀闸QS2送至电动机，电动机变频运行；6 kV电源还可经高压真空断路器QF2直接启动电动机，电动机工频运行。QF4与QF2实现电气闭锁，保证任何时候不能同时合闸[2]。高压开关QF1与电动机为原有设备。

图2 电气一次回路原理接线图

1.3并联驱动系统控制原理

变频器并联驱动系统主机接受分散控制系统(DCS)的速度指令，主控系统将速度指令转换为电

压矢量的幅值Us和角度θ，Us和θ直接作为主变频器的控制指令。从机同时采样2台变频器的输出电流，通过闭环调节得到从机的幅值指令Uref，然后通过2台变频器主控板的通信光纤将Uref和θ经空间矢量脉宽调制(SVPWM)后，输出接近于理想的正弦波实时传给从机，具体接线如图3所示。

图3 并联驱动系统从机控制算法框图

2 现场实测变频器并联驱动系统的性能

2.1并联驱动系统的扰动试验

2台变频器输出波形相位一致，初始幅值也一致，输出差流基本为0，主从机输出功率平衡。0.2 s时B变频器输出电压幅值瞬间跌落10%，实测波形如图4所示。在图4中，横坐标为时间(s),纵坐标为电流(A)、电压(V)，从上至下5个波形依次为变频器并联后输出电压、输出电流、A变频器输出电流、B变频器输出电流以及输出差流,实践证明，变频器发生扰动后，控制策略也可以使差流迅速调节到零。

图4 现场实测变频器并联驱动系统扰动波形

主从机有功、无功功率及系统有功、无功功率波形如图5所示。在图5中，横坐标为时间(s)，纵坐标为功率(W)，从上至下依次为A变频器输出有功、无功功率，B变频器输出有功、无功功率，以及并联后输出的有功、无功功率调节过程。实践证明，变频器在外部扰动情况下，系统输出功率基本无波动。

图5 主从机有功无功功率及系统有功无功功率波形

2.2并联驱动系统的负载试验

实测#3引风机变频器输出额定频率时，并联驱动系统电机侧电压互感器(PT)二次电压波形图如图6所示，在图6中，横坐标为时间(s)，纵坐标从上到下依次为电压(V)、频率(Hz)。从上述波形可见，变频器并联后输出电压波形完美无畸变。

图6 主从机并联后输出电压波形(50 Hz、PT二次侧)

主从机并联后输出差流及频率波形(5 Hz)如图7所示，在图7中，横坐标为时间(s)，纵坐标从上至下依次为差流(A)、频率(Hz)。从上述波形可见，#3引风机变频器输出242.2 A电流时，主从机差流仅0.9 A，即主从机电流基本平衡，电流有效值不平衡度仅为1.6%，远远优于5%的设计目标。

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3 关键技术与创新点

(1)执行DL/T 5153—2014《火力发电厂厂用电设计技术规程》[3]完善引风机电机变频运行方式下保护配置，在变频器出口及电机中性点侧分别装设一组用于差动保护的宽频电流互感器，利用旁通柜的开关位置自动切换差动保护的工作原理，保证工频和变频状态下差动保护均正常投入运行。

图7 主从机并联后输出差流及频率波形(5 Hz)

(2)采用“空水冷”空调系统解决变频器积灰及凝露问题，利用炉侧工业冷却水为热量交换介质对高压变频通风系统进行冷却，控制变频器运行环境的温湿度，其运营成本是同等热交换功率空调冷却方式的1/5～1/6，避免了节约能源的二次浪费。

(3)执行参考文献[4]配置瞬时停电再启动功能，当6 kV厂用电源瞬间闪变或工作电源切换时，引起变频器进线电压波动，变频器将短时中断输出保护自身设备，在电源恢复之后，电动机仍在运转时，变频器会自动跟踪电动机转速再启动，提高供电的可靠性。

(4)冷却用风扇及供电电源均冗余配置，当工作风扇故障时，自动投入备用风扇并发出报警信号至DCS；风扇电源能实现外接电源与移相变单独绕组自产电源之间双电源自动切换，当工作电源故障时，备用电源自动投入并发出报警信号至DCS。

(5)根据高压变频调速装置动态试验确定引风机电机定子频率与谐振频率的关系曲线，并确定谐振增益与谐振频率关系曲线，然后对这2条曲线进行比较分析，确定在运行中需要躲开的临界共振转速区域，设置变频调速装置使其在调速过程中迅速通过，防止因机械共振而损坏机械设备。

(6)重新优化变频器交流电源配置，避免电源故障扩大事故，变频器控制电源取机组220 V交流不停电电源(UPS)，预充电和风机电源取锅炉保安段，照明和空调等电源取锅炉工作段并设置专用的配电箱，提高运行方式的灵活性和供电电源的可靠性。

4 投运后经济效益测算

表1 600 MW机组引风机电机各负荷段高压侧电流

注：Ib表示高压侧变频电流，A；Ig表示高压侧工频电流，A。#2机引风机变频器改造后运行时间，2016年2 460.25 h，2017年676.18 h。

2台6 kV引风机投入运行3 136.43 h，电价按0.456元/(kW·h)计，#3，#4引风机高压变频调速装置投入运行后，经济效益测算：2×6 kV×(128.0～144.6 ) A×3 136.43 h×0.456元/(kW·h)=220～248万元。

#3，#4引风机高压变频调速装置投入运行1年产生的经济效益测算： 2×6 kV×(128.0～144.6) A×365 d×24 h/d×0.456元/(kW·h)=614～693万元。

600 MW超临界发电机组，引风机电机变频器利旧增容改造总投资145万元，测算带350～450 MW负荷运行4个月就可收回投资。

5 风烟系统性能优势

(1)#2机组风烟系统采用变频调速实现风量控制后，引风机风道挡板在全开位置，风道挡板压流损失减少，风机可以平滑稳定地调整风量，运行人员可灵活地调控燃烧，变频器频率经常运行在30～40 Hz,提高了锅炉效率。

(2)#2机组引风机电机通过变频器平滑软启动,启动电流小于额定电流值,减少了设备机械冲击，延长了设备使用寿命,避免了风机首先关闭出口挡板后再启动的要求，电机运行状况明显改善，维护量及检修费用大大减少。

(3)引风机是锅炉重要的能耗设备，采用变频调速方式降低风机转速,减少电机输入功率,能够回收大量的电能损耗，同时电机谐波损耗大大减小,消除了由此引起的机械振动,能更好地保障锅炉运行的安全性和可靠性。

运行实践证明，#2机组2台引风机电机高压变频调速装置利旧增容改造，不仅可以提高系统的容量、系统的可靠性，还具有节能降耗效果明显、投资回收期短、延长设备使用寿命、降低设备维护费用等特点，值得广泛推广。

[1]东方日立电控设备有限公司.东方日立高压变频器 DHVECTOL-DI系列用户手册(REV.03)[M].2016.

[2]李先彬.电力系统自动化[M].5版.北京：中国电力出版社，2007.

[3]火力发电厂厂用电设计技术规程:DL/T 5153—2014[S].

[4]发电厂及变电站辅机变频器高低电压穿越技术规范：DL/T 1648—2016[S].

TM 621.7

B

1674-1951(2017)10-0063-03

2017-06-02；

2017-09-04

(本文责编：白银雷)

黄海波(1969—)，女，山东青岛人，高级工程师，从事电力系统继电保护和自动装置的管理及维护方面的工作(E-mail:chdhhb@126.com)。