郭永明，刘观起，张豪，赵雅利

 （1．华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定071003；2．华北石油管理局水电厂，河北任丘062550；3．华北油田公司生产运行处，河北任丘062550）

摘要：针对大型超超临界机组引风机电能浪费严重的现象，采用效果较好的变频改造方案来提高引风机自动化操作水平，改善电动机设备的启动性能。在此基础上，对变频器工作原理进行了阐述。实践结果表明，经变频改造后，厂用电率显著下降，达到了节能减排、减少设备机械磨损的目的。

关键词：引风机；变频器：节能减排

中图分类号：TK223.26 文献标志码：B 文章编号：1004-9649(2015)11-0013-03

0引言

 随着经济的快速发展．我国火电机组数量不断增多，发电企业的竞争日益增强。发电企业需要通过提高机组的发电效率、节能减排来提升市场竞争力．而降低厂用电率是降低发电成本，提高发电效率的重要节能手段之一。

 目前，大多数火电机组锅炉引风机存在电能浪费的现象。一般的锅炉引风机为静叶可调轴流式风机．这种风机通过改变挡板开度来改变风的阻力，达到调节燃烧的目的。实际运行中，很大一部分电能浪费在挡板阻力上，加之其启动电流较大和因保护延迟造成电机烧毁的缺点，使得锅炉引风机的改造已迫在眉睫。

 本文针对山东某电厂三期工程中锅炉引风机在改造前存在的诸多问题．选择变频改造的方案对引风机进行改造实践。通过变频改造，证明引风机稳定性得到提高．厂用电率显著下降，达到了节能减排的目的。

1  改造前存在的问题

 山东某电厂三期工程建有2台680 MW国产燃煤超超临界汽轮发电机组．分别为5号和6号机组。锅炉采用哈尔滨锅炉厂引进日本三菱技术设计和制造的HG-2001/26.15-YM3型超超临界、一次中间再热、变压运行单炉膛燃煤直流炉。每台锅炉配有成都电力机械厂制造的2台50%容量AN30c6/KSE型静叶调节轴流式引风机，在校核煤种、锅炉最大负荷条件下，引风机轴功率为3 781kW,引风机实际配套的驱动电机功率为5 700kW。引风机存在的主要问题如下：

 (1)引风机挡板的调节过程存在物理延迟，与多变的负荷相互矛盾，而且，延迟时间的不确定性使调节的效果不是最佳的。

 (2)引风机在工频电压不变的条件下，转速较高且恒定，高速的运转造成了转子和机身的磨损，大大降低了使用寿命。

 (3)带动引风机的异步电机产生较大的启动电流（为额定值的6~8倍）和转矩，对电机转子和风机叶片产生较大的冲击力，易造成其损坏。

 (4)引风机挡板的开度一般维持在75%左右，挡板的节流作用使电能浪费在挡板阻力上，并且挡板开度越小，能量浪费越严重。

 (5)机组在高负荷下运行时，2台引风机同时工作可以满足稳定性要求。当负荷较低时，从能量平衡的角度可以只开1台引风机，但实际运行中锅炉存在燃烧不稳定和温差偏大的问题，需要运行2台引风机．而2台运行相当于“小马拉大车”，加之引风机耗电量较大，电能的浪费较为可观。

2  变频改造技术原理

2.1  变频器一次接线

 变频器通过对异步电动机转速进行调整来调节引风机风量大小，系统一次接线如图1所示。变频柜由多个单相变频单元串联而成，如图2所示。在无滤波器的情况下，谐波含量较小，达到了国际标准，同时也减少了滤波设备的投入成本。此外．每个变频单元相互隔离．输入电压无互相干扰现象．因此故障率较低．平均无故障周期为12年．稳定性高。

2.2二次控制系统

 5号机组A.B引风机变频器交流控制电源由外接两路380 V电源供电，5号机组A、B引风机变频器控制电源分别接入5号机保安400 V控制柜的A、B段。引风机开关综合保护采用南瑞继保公司RCS-9627CN保护装置，面板有2个压板．分别为“投差动保护”和“变频器故障”压板，当变频运行时应退出“投差动保护”压板．投入“变频故障”压板．当工频运行时应投入“投差动保护”压板，退出“变频故障”压板。

 控制系统配置为6 kV输入控制开关SA603(58603)、具有防跳功能的变频器输入开关5A603J(58603J)、禁止带任何综合保护措施的工频旁路开关SA603P (58603P)以及具有防跳功能的变频器输出开关5A603C (58603C)。以上开关均具有机械保持结构。此外．5A603P( SB603P)与5A603C(58603C)不同时合闸．直接相互硬线闭锁。

 603J合闸同路受合闸允许信号控制，603J和603C分闸同路受跳闸信号控制。变频器正常运行时，硬线闭锁禁止603C分闸，要求603J、603P、603C断路器合闸和分闸的二次部分相互独立．并具有机械保持结构．

 DCS系统是用于储存断路器状态．监控其闭锁、分合闸状态的软件平台。由于断路器分、合闸状态和断线、短路状态逻辑相同，易造成DCS错误判断，在设计时，需要同时对开关位置进行逻辑判断，且开关分、合位置互为相反逻辑。DCS控制系统需要配置报警系统，并采用手动操作．避免逻辑错误造成的误判断，降低事故率。

 中间继电器常闭点起到对603C的二次回路电源的失电监控作用，必要时，发出报警信号，DCS. PLC收到报警信号后，禁止旁路系统动作。

2.3  变频控制逻辑

2.3.1  停机到变频运行

 首先．DCS系统确认603J、603C、603P开关柜处于分闸状态。然后，603J合闸后发出信号到DCS,经过一定的延时，手动合闸603C开关柜。最后．603J，603C合闸信号发出后，发出变频器准备信号．DCS收到信号，发出命令启动变频器，电机开始运行。

2.3.2  变频切换到工频旁路运行

 首先，DCS系统确认603P开关柜处于分闸状态。其次，在变频器故障情况下，跳开断路器603J，同时发出故障信号。DCS收到变频器故障信号后，经过一定的延时，跳开603C。最后，DCS确认输入输出断路器跳开后，再次确认风门位置是否为允许值，若为允许值则合603P（反之则延时），实现工频旁路运行。若旁路系统开关为自动控制时，需要增加风门位置反馈控制回路．防止转速突变造成的误动作。旁路开关闭合后，需要进行减载操作并调节2台引风机风量均衡，防止抢风现象的发生。

2.3.3  工频运行切换到变频运行

首先．DCS确认T频向变频的切换条件允许并确认旁路开关603P为合闸状态，为了避免断电后转速下降系统扰动较大，发出命令关闭风门并进行减载操作。

其次，603J合闸对变频器预充电。充电准备工作完成后发出跳闸信号到DCS,跳开603P,为了防止电动机剩磁产生的电压对变频器的冲击，需要延时一定的时间再进行603C合闸操作。最后．DCS在收到603J和603C合闸状态信号和变频器准备就位信号后，发出命令启动变频器。通过转速的确定和反馈控制系统的控制，逐渐打开风机的挡板，进入运行状态。为了防止发生事故并避免扰动，上述过程采取手动操作，每一步必须经过严格确认。

3  变频改造效果分析

在保证同机组发电量、机组平均负荷和运行工况基本相同的条件下，5、6号机组引风机变频改造前后运行数据见表1和表2。

3.1  功能目标评价

 (1)引风机高压驱动电机实现软启动的功能．启动电流不大于1.1倍额定电流。

 (2)增加了控制系统，在调试过程中．模拟变频器故障，控制系统立即由变频运行瞬间切换到工频运行，没有甩负荷，实现了自动无扰切换功能。

 (3)根据表1和表2，引风机变频改造后,引风机耗电率平均下降约0.195个百分点。按照

改造前5、6号机组年度实际发电量793 620.61万kW·h计算，5、6号机组4台引风机变频改造后年节电1 547.6万kW·h左右，原引风机耗电率平均为0.785%，因此节电率实际为0.195/0.785：24.8%。

3.2投资回收期评价

 改造前5、6号机组年发电量为793 620.61万kW·h，锅炉引风机变频改造后，5、6号机组引风机耗电率平均下降0.195个百分点，年节电量=793 620.61万kW·hx0.195%=1  547.6万kW·h。按电价平均为0.455元／(kW·h)计算，则三期2台机组年节约电费=1 547.6万kW．hx0.455元／kW·h) =704.1万元。

 实际上2台机组4台引风机每年需要增加变频器维护费用48万元，减少风机维护费23万元。上述三者合计收益704.1-48+23=679.1万元。

 5、6号机组4台引风机变频改造项目总投资1741.42万元，因此实际投资回收期=1 741.42/697.2 =2.56年，比评估结果的3.37年提前0.81年，主要原凶是引风机变频改造节电效果比预计的要好，厂用电率比预期目标低。

3.3环保指标评价

 5、6号机组引风机变频改造前，平均耗电率为0.785%，年耗电量AA．=793 620.61万kW．h×0.785%=6 229.9万kW-h，当二氧化碳排放系数EF,为1kg/(kW-h)时，相当于二氧化碳年排放量为△Wco2=AA.xEFi=6 229.9万kW-hxl kg/(kW·h)=6 229.9万kg=62 299 t

 5、6号机组引风机变频改造后，平均耗电率为0.59%，年耗电量ΔAc=793 620.61万kW·h×0.59%=4 682.4万kW-h，当二氧化碳排放系数EFi为1 kg/(kW·h)时，相当于二氧化碳年排放量：

 △WCo2=ΔAcxEFi=4 682.4万kW-hxl kg/(kW·h)=4 682.4万kg=46 824 t

 2台机组引风机变频改造后，二氧化碳年减排量为

 ΔWco2=62 299 t-46 824 t=15 475 t

4结语

 变频改造是发电企业节约厂用电、节能减排、提高生产效率的重要手段之一，已被广泛应用于电厂水泵、风机等旋转设备上。变频调速的实现只需对控制回路进行整改，无需改动变频对象．改造成本较小，还起到了保护异步设备、减少磨损程度、延长使用寿命的作用。同时，高压变频对电网的冲击较小，基本无谐波污染，具有很高的推广价值。