宁波明州热电一次风机变频改造

一、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。
变频调速在节能、调速精度、调速范围等方面具有同其它调速装置无法比拟的优越性，以及可以方便实现同自动化控制系统（如DCS系统等）的通讯，使其在各领域得到广泛的应用。我公司＃1、＃2一次风机采用北京合康HIVERT-Y 3 10 9 /040p高压变频器，本文以我公司一次风机变频改造项目为实例，由此说明变频器装置在各行业技术改造中的广阔应用前景。

二、变频改造介绍
1、设备选型
宁波明州热电有限公司锅炉一次风机由一台三相10kV，500kW高压电动机拖动。
一次风机电动机参数：
　　型 号：YKK4506－4 额定功率：500kW
　　额定电压：10kV 额定电流：34.3A
　　额定频率：50HZ
根据电机额定功率500kW，额定电压10kV，选用北京合康亿盛科技有限公司自主研发和生产，适合驱动高压异步电动机的变频器HIVERT-Y 3 10 9 /040p，采用手动旁路；功率单元自动旁路功能等；另带有风罩（风道部分用户自己做接到外面），适配电机为500kW。属于“一拖一”手动旁路方式，变频器接入原电气回路如图1所示。

旁路柜中有三个隔离开关K1、K2和K3，其中K2和K3为一个双刀双投的隔离开关。双刀双投隔离开关的特点是两个方向只能合其一，实现机械互锁，防止误操作将工频电源反送到变频器输出侧而导致变频器损坏。
　　变频运行：K1、K2闭合，K3断开，由合闸断路器DL为变频器供电，再通过变频器本地或远程启动电机变频运行；
　　工频定速运行：K1、K2断开，K3闭合，由合闸断路器DL直接启动电机定速运行；
　　变频器维护、修理：K1、K2断开，变频器与高压电源完全隔离。
　　旁路柜与上级高压断路器DL有联锁关系，旁路柜隔离开关未合到位时，不允许DL合闸，DL合闸时，绝对不允许操作隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操作人员和设备的安全。隔离开关与DL的联锁通过操作手柄上的电磁锁实现，在DL合闸状态下，操作手柄被锁死。
2、改造方案
整个改造方案包括三部分：
（1）变频器安装在离风机约50米的电除尘配电室二楼小室，其中安装的主要设备包括变频器主柜体、壁挂式空调机、变频柜顶风道，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器就地完成。
（2）电气开关部分的改造10kV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380V低压交流厂用母线段和220V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。
　　在DCS原有一次风机系统画面上增加一次风机工作方式提醒。在一次风机系统画面上增加变频器启动按钮，在工频方式下，画面提示一次风机在工频方式，在原操作按钮上按下启动，则合10kV开关，并在风机运行中调整风机入口动叶开度以维持风压。在变频方式下，画面提示一次风机在变频方式，仍在原按钮上按下启动，一次风机变频工作方式下的10kV开关与变频器启动顺序是，当操作员按下启动按钮，首先合一次风机10kV开关，等待30s（变频器电抗器充电时间），检测变频器准备好信号存在，再按下变频器启动按钮，启动变频器。这时运行风机的入口动叶保持全开，通过调整电机转速改变风机出力以维持适合锅炉运行工况的风压。
在原锅炉大联锁启动MFT的条件中增加变频器运行信号，当在变频运行方式下，变频停止，则启动MFT。并将变频器合、跳闸回路引入锅炉电气大联锁。
3、变频方式下一次风机的控制方式
（1）保留原来的一次风机挡板调节方式，一次风机在变频方式运行时，入口调整挡板应全开，通过变频器改变电机转速以调节风机出口压力。
（2）一次风机在工频方式运行时，利用原有的风口挡板调节系统。
（3）变频方式启动时，挡板全开且变频器输出为最高转速。再根据锅炉实际工况通过变频调节电机转速。

三、节能分析
　　经过改造，设备运行稳定，安全可靠，节能效果明显。
　　按照目前两炉一机运行方式，参照一次风机相同工况对比，风机变频投入运行前后的用电情况如下表。

综上，日节电量为4871kWh（已扣除发热损耗），按年正常运行7000h计，年节电量为1420781kWh。
　　以0.5元/kWh的电费计，年节约电费71万元，投资回收期约为1.50年，折合10500小时。

四、变频改造中应注意的问题
　　热电厂充分利用变频器进行节能技术改造，不仅能提高经济效益，而且能产生巨大的社会效益，促进企业的技术进步。但在技术上，要根据不同的生产设备，选择相应特性的变频器，如在对锅炉风机进行变频器改造中，注意除必须考虑变频器的提速、降速特性是否满足燃烧工艺的要求以外，还同时在技术上必须要考虑下列问题，以免带来投资的损失。
1、锅炉的安全运行是全厂动力的根本保证，虽然变频调速装置是可靠的，但一旦出现问题，必须确保锅炉安全供汽，所以，必须实现工频——变频运行的切换系统（旁路系统），在生产过程中，采用手工切换如能满足设备运行工艺要求，建议尽量不要选用自动旁路。
2、对于大惯量负荷的电机（如锅炉引风机），在变频改造后，要注意风机可能存在扭曲共振现象，运行中，一旦发生共振，将严重损坏风机和拖动电机。所以，必须计算或测量风机——电机连接轴系扭振临界转速以及采取相应的技术措施（如设置频率跳跃功能避开共振点、软连接及机座加震动吸收橡胶等）。
3、采用变频调速控制后，如果变频器长时间运行在1/2工频以下，随着电机转速的下降，电机散热能力也下降，同时电机发热量也随之减少。所以电机的本身温度其实是下降的，仍旧能够正常运行而不至温度过高。
4、变频器不能由输出口反向送电，在电气回路设计中必须注意，不仅要求在电气二次回路中实现电气的连锁，同时要求在机械上实现机构互锁，以确保变频器的运行安全。
5、低压变频器，由于体积较小，在改造中的安装地点选择比较容易些。但对于高压变频器系统，体积相对较大，一般由4—5面柜体组成，对改造项目来讲，一般都需要重新建造变频器室。因此，选择变频器室位置，既要考虑离电机设备不能太远，又要考虑周围环境对变频器运行可能造成的影响。变频器的安装和运行环境要求较高，为了使变频器能长期稳定和可靠运行，对安装变频器室的室内环境温度要求最好控制在0——40℃之间，如果温度超过允许值，应考虑配备相应的空调设备。同时，室内不应有较大灰尘、腐蚀或爆炸性气体、导电粉尘等。
6、要保证变频器柜体和厂房大地的可靠连接，保证人员和设备安全。为防止信号干扰，控制系统最好埋设独立的接地系统，对接地电阻的要求不大于4Ω。到变频器的信号线，必须采用屏蔽电缆，屏蔽线的一端要求可靠接地。
7、在选择变频器时，根据设备实际运行情况，可以考虑采用降低一档功率的做法，如我公司在二次风机中就采用132 kW变频器控制160 kW 功率的电动机，运行中情况也一直良好。

五、变频改造总结
　　交流变频调速器，以适用性强、可靠性高、操作使用方便等性能，受到用户的欢迎。它应用在调速、节电、软启动方面，对企业有很大的实用价值。北京合康公司的HIVERT-Y 3 10 9 /040p高压变频器，相信会对我公司在节能降耗工作上做出突出的贡献。