高压功率变频器在辽源热电厂锅炉引风机上的应用

辽源热电有限责任公司 宋利宇 于长胜


一、概述
　　辽源热电有限责任公司共两台100MW汽轮发电机组，总装机容量200MW，主机、主炉设备，全部从俄罗斯引进，辅机为国产设备，第一台发电机组于2000年12月并网发电，第2台发电机组于2001年10月并网发电。
　　厂内建有一座220KV变电站，两台发电机所发电量，除厂用外，通过两条220KV线路送入系统。两台机组相继投产后，厂用电率居高不下，占发电量的13%左右。因此，在2000年初，公司领导班子决定，一定要在节能降耗和新厂稳定生产上下大功夫，花大气力，在稳定生产和节能降耗方面做好工作。
　　高压变频技术随着功率元器件耐压等级的提高和计算机应用技术的日趋成熟，在电厂的应用已相当普遍，节能效果及控制水平已被电力系统所认识。但在高电压、大功率的设备上应用，我公司之前没有尝试，省内一些兄弟单位一样没有应用过，基本没有这方面的经验。
　　在2002年初，我们组织专业人员对国内外高电压、大功率的变频器这一新技术进行了考查、论证。既考察了国产的高压大功率变频器应用情况，也考察、论证了进口的高电压大功率的变频器应用业绩。最后得出结论：国产高电压、大功率变频调速装置，完全能够适应我公司设备，具体如下几点：
　　1、 产品备件采购方便。
　　2、 售后服务及时、周到。
　　3、 变频器计算机软件全部汉化，人机界面比较友好，易于掌握。
　　4、 国产大功率变频器应该说不比进口的性能差，有的方面还优于进口的变频器。如一些进口的变频器上，工控机仍是一些16位的单片机控制，且显示器全部是英文代码显示，既不直观又不易掌握。
　　5、 造价比进口的低：公司决定在2号炉两台引风机上进行高压变频改造，并作了性能及价格的比较。
　　　　通过招标形式，我公司选用了北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVERT－A06/130型高压变频器两台，于2002年6月28日签订了技术协议。设备于2002年8月到货并开始安装、调试，9月10日正式投入运行，现已累计运行2个多月，各运行参数均正常，与原有DCS系统接口通讯，方便远方控制及就地操作，方便可靠，而且节能效果十分显著。
二、改造过程及控制方式的选择
　　我公司2号炉及引风、变频器技术数据如下：
　　1、 锅炉
型号：E－420－13.7－560KT 　　饱和温度：346℃
额定蒸发量：420　t/h 　　　　　　 给水温度：228℃
汽包工作压力：15.7Mpa 　　　　　　排烟温度：138℃
过热器出口蒸汽温度：560℃
厂家：俄罗斯西伯利亚动力机械公司
　　2、 引风机电动机
电机型号：Y1000－8/1180
额定电压：6000V
额定功率：1000KW
额定电流：119A
额定转速：743r/min
绝缘数级：F级
接线方式：Y接
制造厂家：沈阳电机厂
　　3、 2号炉1、2号引风机变频器设置
变频器型号：HARVEST－A06/130
输出电压：0－6000V
额定电流：130A
输出频率：0.5－50HZ连续可调
制造厂家：北京利德华福电气技术有限公司
　　火力发电厂锅炉引风机是锅炉助燃的主要部分，将锅炉燃烧产生的高温烟气经静电除尘器、烟囱排除的动力设备。在锅炉燃烧负荷变化时，保证炉堂负压、烟气氧量及相应汽温、汽压，需要及时的调整吸风量。以前2号炉引风机采用调整引风机档板，靠节流损失改变吸风量，浪费了大量的电能。采用高电压大功率变频器来控制引风机的吸风量，只是通过改变电机转速n来实现的。由转速公式可知 ：
　　　　　　　n=60f *(1-S) /2P
其中：S－ 转差率
　　　n－ 转子实际转数（r/min）
　　　f －电流频率
　　　2p－电机的机对数
　　可见，只要改变电机的电流频率f，就可以实现电机的转速调节，高电压大功率变频器通过控制IGBT（绝缘栅双极型电力场效应管）的导通和关断，使输出频率连续可调。而且是随着频率的变化，输出电流、电压变化及功率变化，即达到了负荷大时转速大，输出功率大，负荷小时转速小，输出功率也小，因此变频器的节能是最科学合理的。
　　为了使引风机在变频器故障时也能够运行，变频器设置了手动工频旁路功能，即当变频器故障时使电机脱离变频器，将引风机转到工频状态继续运行。如下图：


　　　高压变频调速系统

　　我们在选用工频旁路系统时，没有采用自动工频旁路系统，是因为自动工频旁路系统要采用真空接触器，原件较多，因此，故障点要多，容易引发吸风机故障。
　　在与原DCS操作系统接口时，因高压变频器的各控制信号及故障信号的输出是标准的数字信号（开关量）和模拟信号（4-20mA电流源信号），因此与DCS系统可直接连接，接口连接十分方便。
　　高压大功率变频器是成套设备，安装时、调试周期短。我们在2号炉1、2号引风机变频器改造过程中，从设备到货，到安装调试投入运行仅用了二十几天。也可以在设备运行时，先安装变频器，在变频器空载状态下，先调试完毕，再寻找锅炉检修的机会，将电机一次电缆敷设到位，待接引完毕后进行带负荷调试，这样就可进一步的节省时间。
三、经济效益对比
　　我们在2号机组即行风机变频改造前，电热力试验组进行了改前试验，投入运行后再重新试验进行节能对比（具体见试验报告）。
　　通过上述对比可以看出，变频器改造后引风机的单机节电要比改造前单机的电耗明显降低。每度电按0.2元计，年运行小时数按7000小时计，年可节约电量3403392.3kwh，年节电费68.068万，两台变频器投资为284万元，可望在4年内收回成本。
　　以上为我公司在2号炉引风机上采用高电压大功率变频调速装置的一些体会，有不妥之处请批评指正。